La correlazione tra la Sindrome di Dravet e mutazioni del gene SCN1A è nota fin dal 2001 (Claes et al, 2001), ed è stata riscontrata a partire dalla correlazione tra mutazioni del gene SCN1A e Epilessia Generalizzata con Convulsioni Febbrili Plus (GEFS+) (Escayg et al, 2000).
SCN1A: gene e proteina
Il gene SCN1A appartiene ad una famiglia di geni che codificano per i canali del sodio voltaggio-dipendenti. Questi canali trasportano ioni sodio nelle cellule e svolgono un ruolo chiave nella capacità della cellula di generare e trasmettere segnali elettrici.
Il gene SCN1A è localizzato sul cromosoma 2 in posizione 24.3 (2q24.3), accanto ad altri canali del sodio (SCN2A, SCN3A, SCN7A e SCN9A). L’RNA messaggero di SCN1A codifica la subunità alfa 1 del canale del sodio voltaggio-dipendente Nav1.1, una proteina di membrana composta da 2009 aminoacidi appartenente alla famiglia dei canali del sodio voltaggio dipendenti (VGSC).
I canali Nav sono composti da subunità α e β. Le subunità α sono codificate da 9 geni distinti (SCN1A, SCN5A, e SCN7A – SCN10A) e sono fondamentali per la conduzione ionica, mentre le subunità β sono codificate da 4 diversi geni (SCN1B – SCN4B) e contribuiscono a regolare la cinetica e la densità di superficie del canale.
Il canale Nav1.1 è espresso prevalentemente nel Sistema Nervoso Centrale (SNC), dove contribuisce alla regolazione dell’eccitabilità neuronale e alla regolazione fine della trasmissione sinaptica. Infatti, è localizzato nel Segmento Assonale Iniziale, dove l’ingresso degli ioni sodio mediato da Nav1.1 favorisce la generazione di un potenziale d’azione, cioè dell’attività elettrica del neurone (Hu & Jonas, 2014). Questa attività elettrica viene poi trasmessa attraverso l’assone ad altri neuroni. Nella Sindrome di Dravet, la mutazione in uno degli alleli del gene SCN1A impedisce la fisiologica trasmissione dell’attività elettrica del neurone.
L’espressione del canale Nav1.1 è fondamentale nella trasmissione dell’eccitazione degli interneuroni inibitori GABAergici, una classe di neuroni di limitata numerosità ma particolarmente importanti, in quanto sono in grado di controllare l’eccitazione per moderare l’attività delle reti neurali. Quando si verifica una disfunzione nel canale Nav1.1, come nel caso della Sindrome di Dravet, gli interneuroni non sono in grado di controllare completamente l’attività dei neuroni eccitatori, e questo fenomeno è alla base delle crisi epilettiche e della sintomatologia associata alla SD.
Mutazioni di SCN1A
Il malfunzionamento del canale Nav1.1, causato da mutazioni del gene SCN1A, è stato correlato a numerosi disturbi neurologici, tra cui epilessia, emicrania e disturbi dello spettro autistico. Oltre l’80% dei pazienti con Sindrome di Dravet è portatore di una mutazione loss-of-function1in SCN1A, gene che codifica la subunità alfa 1 del canale del sodio voltaggio-dipendente (Nav1.1). Delezioni o mutazioni somatiche a mosaico in SCN1A si trovano in circa il 3% dei pazienti inizialmente negativi all’indagine genetica. In circa il 10% dei casi, l’eziologia rimane sconosciuta. Circa il 90% delle mutazioni a carico del gene SCN1A sono de novo2 (Mei et al, 2019);solo il 4 – 10% delle mutazioni SCN1A sono ereditate da genitori, e sono solitamente mutazioni missenso (Claes et al, 2001). In questi casi, altri membri della famiglia con mutazione del gene SCN1A presentano fenotipi lievi, compatibili con lo spettro GEFS+ (Nabbout et al, 2003). L’aploinsufficienza3 è il meccanismo patologico predominante. Mutazioni loss-of-function causano una ridotta eccitabilità degli interneuroni GABAergici e quindi una ridotta inibizione GABAergica, con conseguente ipereccitabilità della rete. A partire dal 2001 è stato identificato un numero incredibilmente elevato di mutazioni SCN1A, e nel corso degli anni sono stati sviluppati numerosi database per tenere traccia di queste mutazioni, tra i quali il più recente e aggiornato è lo Human Gene Mutation Database (HGMD) dell’Institute of Medical Genetics di Cardiff.
Il database elenca 2.050 mutazioni, 1.463 delle quali univocamente associate alla SD. Circa il 20% delle mutazioni a carico di SCN1A responsabili della sindrome di Dravet sono varianti ricorrenti, ovvero si ritrovano in più individui affetti non legati tra loro da vincoli di parentela (Zhang et al, 2024). La maggioranza di mutazioni sono quindi riscontrate in un unico paziente o in un numero molto limitati di persone affette da SD. Secondo i dati disponibili nel database HGMD, l’ampia maggioranza delle mutazioni riscontrate (circa il 93%) è costituita da piccole varianti del DNA del gene SCN1A, come mostrato nella figura, di cui la maggior parte sono variazioni missenso4o nonsenso.5
Circa il 7% delle mutazioni identificate è associata a grandi varianti strutturali del DNA o riarrangiamenti complessi, come ad esempio delezioni, duplicazioni o inserzioni. Questo dato potrebbe tendenzialmente essere sottostimato, poiché queste varianti non sono individuabili con le tecniche di Next Generation Sequencing (NGS) tradizionalmente utilizzate per l’indagine genetica, e quindi risultano più difficilmente individuabili; esse potrebbero essere identificate sequenziando, ad esempio, anche le regioni di DNA non codificanti. Grandi varianti strutturali del DNA dovrebbero essere ricercate nei pazienti con sindrome di Dravet negativi al test genetico effettuato ricorrendo al solo sequenziamento.
In letteratura sono state descritte associazioni di fenotipi simili alla Sindrome di Dravet e varianti patogenetiche in altri geni, come PCDH19, SCN1B, GABRA1, STXBP1, CHD2, SCN2A, SCN8A, SCN9A, HCN1, KCNA2 e GABRG2. In particolare, le mutazioni nel gene PCDH19 potrebbero essere responsabili di circa il 5% dei casi femminili. Sebbene lo spettro fenotipico legato a questi geni possa in parte, o temporaneamente, sovrapporsi a quello della Sindrome di Dravet correlata ad un difetto del gene SCN1A, rimane improbabile che un numero significativo di pazienti con SD siano correlati a mutazioni in geni diversi.
Le mutazioni missenso sono associate ad un fenotipo eterogeneo, che comprende quindi casi lievi e più gravi di SD. Questa eterogeneità può essere dovuta alla posizione della mutazione all’interno del gene. Mutazioni in regioni del gene funzionalmente più importanti agiscono sulla funzione del canale. Infatti, i troncamenti e le mutazioni missenso nella regione del poro risultano associate alla Sindrome di Dravet, mentre le varianti missenso al di fuori della regione del poro causano epilessie con fenotipo più moderato (Zhang et al, 2024). A causa dell’estrema eterogeneità fenotipica della SD, non è possibile prevedere la gravità della malattia sulla base delle lesioni SCN1A.
Ereditarietà
Il modello di ereditarietà di SCN1A è un tipico modello autosomico dominante. Se un genitore è portatore di una variante patogenetica, il rischio di ricorrenza è pari al 50%. Se invece la mutazione è de novo, cioè insorta nelle cellule germinali dei genitori durante l’embriogenesi, il rischio di ricorrenza è pari a quello di ricorrenza della popolazione.
Il gene SCN1A è caratterizzato inoltre da penetranza incompleta6 ed espressività variabile7, portando ad avere da fenotipi lievi A fenotipi più gravi (SD) nella stessa famiglia (Depienne et al, 2010). Ciò può essere dovuto anche a fattori diversi dalla mutazione del gene SCN1A, tra cui varianti genetiche in altri geni, fattori ambientali e influenze epigenetiche (Cetica et al, 2017).
Bibliografia
- Cetica V et al. Clinical and genetic factors predicting Dravet syndrome in infants with SCN1A mutations. Neurology 2017; doi: 10.1212/WNL.0000000000003716; https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5384833/
- Claes L et al. De novo mutations in the sodium-channel gene SCN1A cause severe myoclonic epilepsy of infancy. Am J Hum Genet 2001; doi: 10.1086/3206092001; https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000292970761043X?via%3Dihub
- Depienne C et al. Mechanisms for variable expressivity of inherited SCN1A mutations causing Dravet syndrome. J Med Genet 2010; doi: 10.1136/jmg.2009.074328; https://jmg.bmj.com/content/47/6/404.long
- Escayg A et al. Mutations of SCN1A, encoding a neuronalsodium channel, in two families with GEFS+2. Nat Genet 2000; 24: 343–345. doi: 10.1038/74159; https://www.nature.com/articles/ng0400_343
- Hu H, Jonas P. A supercritical density of Na+ channels ensures fast signaling in GABAergic interneuron axons. Nat Neurosci 2014; 17(5): 686-693. doi: 10.1038/nn.3678; doi: 10.1111/epi.14700; https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4286295/
- Mei D et al. Dravet syndrome as part of the clinical and genetic spectrum of sodium channel epilepsies and encephalopathies. Epilepsia 2019. doi: 10.1111/epi.16054; https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/epi.16054
- Nabbout R et al. Spectrum of SCN1A mutations in severe myoclonic epilepsy in infancy. Neurology 2003; 60(12): 1961-1967. doi: 10.1212/01.wnl.0000069463.41870.2f; https://www.neurology.org/doi/10.1212/01.wnl.0000069463.41870.2f?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%20%200pubmed
- Zhang M et al. Characteristic spatial and frequency distribution of mutations in SCN1A. Acta Epileptologica 2024; https://doi.org/10.1186/s42494-024-00178-z