IRCCS Giannina Gaslini Clinica Pediatrica Università di Genova

1. IRCCS Giannina Gaslini Clinica Pediatrica Università di Genova cvXPiccolo Per l’età GestazionaleImplicazioni Cliniche Mohamad Maghnie MohamadMaghnie@unige.it mohamadmaghnie@ospedale-gaslini.ge.it

2. Ambulatorio nati SGAClinica Pediatrica IGG Dall’ottobre 2008 attivo un ambulatorio dedicato al follow up auxo-endocrino-metabolico dei nati SGA RESPONSABILI: dott.ssa F. Napoli, dott.ssa P. Polo Perucchin Prenotazioni: 0105636357 ore 11-13 Orari: giovedì ore 14 - 16 NECESSARIO PORTARE: • RICHIESTA DEL CURANTE con motivazione della visita • EVENTUALE Rx carpo per età scheletrica (da valutare caso per caso) • DATI AUXOLOGICI PRECEDENTI • ESAMI EFFETTUATI IN GRAVIDANZA • DATI NEONATALI

3. Prospettive di ricerca (1)Studio epidemiologico Incerta la reale incidenza dello SGA in Liguria (problema dei centili di riferimento datati – misura della lunghezza alla nascita poco attendibile) In programma studio epidemiologico sul peso alla nascita utilizzando i dati dei cartoncini per lo screening neonatale si richiede la maggiore accuratezza possibile nella compilazione

4. Progetto : Analisi di “imprinting” del cromosoma 11p15 in soggetti con ritardo di crescita intrauterino: Ruolo dei fattori di crescita e di marcatori metabolici • Valutare l’incidenza del difetto di metilazione della regione intragenica IGF2DMR2 sull’esone 9, e dell’H19 della regione 11p15 nella popolazione con ritardo di crescita intrauterino, con e senza fenotipo riconducibile alla sindrome di Silver-Russell. • Analizzare i fattori di crescita coinvolti nello sviluppo fetale (IGF-1, IGF-II, insulina) • Verificare se l’IGF-II può rappresentare un marcatore che discrimini i soggetti con ritardo di crescita intrauterina associata ad “imprinting” a livello della regione telomerica del cromosoma 11 p15 • Studiare l’associazione di questi difetti con alterazioni a carico di acidi grassi liberi e all’adiponectina come marcatori di sindrome metabolica. IPOTESI: • Epimutazione responsabile anche di quadri clinici (basso peso per l’età gestazionale e mancata crescita di recupero) in cui il fenotipo Silver Russell sia meno severo o assente

5. ProgettoMetabolismo glucidico in gravidanza: screening, diagnosi, eziopatogenesi, follow-up materno e gestione del neonato Progetto di Ricerca Finalizzata del Ministero della Salute: • Diabete gestazionale con complicanze vascolari o presenza di diabete neonatale nato piccolo per l’età gestazionale • Diabete gestazionale neonato macrosomico

6. Prospettive di ricerca (2): Gene IGF-I/Recettore dell’IGF-I Valutazione di mutazioni-delezioni del gene IGF-I/IGF1R in nati SGA (in collaborazione con il Laboratorio di Genetica dell’Ospedale Galliera di Genova)

7. Uso dell’0rmone della crescita nei nati SGA Saenger P. et al. Endocrine Reviews April 2007

8. Uso dell’0rmone della crescita nei nati SGA • Relativamente all’Italia sulla Gazzetta Ufficiale della Repubblica Italiana n° 230 del 13.10.2009 è stata pubblicata la nota per la prescrizione del GH-rh da parte dell’ AIFA-Nota AIFA numero 39-, riportata nelle tabelle n°1, 2, 3. • Per quanto riguarda gli SGA la nota AIFA include una precisazione:”considerando la relativa limitata esperienza del trattamento con GH negli SGA in Italia, l’autorizzazione al trattamento con GH-rh in soggetti SGA è concessa per 2 anni, previa verifica ed autorizzazione da parte delle Commissioni Regionali, preposte alla sorveglianza epidemiologica ed al monitoraggio dell’appropriatezza del trattamento con GH appartenenti alla residenza del paziente. Dopo 2 anni di terapia, il proseguimento terapeutico potrà essere nuovamente autorizzato dalle Commissioni Regionali dopo una verifica dei risultati clinici ottenuti nel periodo di trattamento. • In caso di mancata istituzione della commissione regionale, la proposta al trattamento con GH da parte del centro prescrittore dovrà essere indirizzata alla Commissione preposta alla sorveglianza epidemiologica ed al monitoraggio dell’appropriatezza del trattamento con GH presso l’Istituto Superiore di Sanità, che dovrà dare una risposta al centro proscrittore entro giorni trenta dal ricevimento della richiesta.

9. Definizione- “Consensus Statement” Clayton PE et al., J Clin Endocrinol Metab 92:804-810, 2007 • La definizione di SGA non è straightforward” e necessita di: • Accurata conoscenza dell’età gestazionale (ideale se basata su esame ecografico del primo trimestre) • Misurazione accurata del peso, lunghezza e CC alla nascita • Cutoff di referenza di popolazione ( R. Usher J Pediatrics 1969 , Niklasson BMC Pediatrics 2008, Galgiardi ec...) • Consensus 2007: Birth weight and/or Birth length <– 2SD for gestational age

10. “SGA” Incidence Karlberg J, Pediatr Res 1995;38:733-739; Reis F, Endocrine Reviews 2002; 23: 230-257 • 3-10 % in developed countries • 6-30% in the developing world • A child who is born SGA has not necessarily suffered from “IUGR”, and infants who are born after a short period of IUGR are not necessarily “SGA” • The term “intrauterine growth retardation” suggests diminished growth velocity in utero (in the fetus) as documented by at least 2 intrauterine growth assessments • IUGR indicates the presence of a pathophysiologic process occuring in utero that inhibits fetal growth • Ideally, the reference point for classification of “SGA” should be population-, ethnic group- and sex-specific, and take into account parental height and parity

11. Costruzione delle carte antropometriche neonatali del peso, lunghezza e circonferenza cranica, raccolti in modo prospettico, per i neonati italiani, dalle 23 alle 42 settimane di EG Società Italiana di Neonatologia Società Italiana di Endocrinologia e Diabetologia Pediatrica Istituto Nazionale di Ricerca per gli Alimenti e la Nutrizione (INRAN)

12. Eziologia e Cause di ritardo di crescita intrauterino 80% • Placentare • Insufficienza • Distacco • Infarcto • Anomalie vascolari Materna • Vascolare (angiopatie..) • Fattori ambientali • Infezioni • Nutrizione • Fetale • Anomalia Genetica • Malformazione Congenita • Metabolica • Gestazione multipla 20% • Demografica • Età madre /altezza/peso • Altezza padre • Etnia

13. Short stature in children born SGAKarlberg J, Pediatr Res 1995;38:733-739 -Assenza di “catch up” entro il secondo anno di vita in 10-15% -Bassa statura in età adulta < - 2SD nel 14-22%

14. Short stature in children born SGAHokken-Koelega AC J, Pediatr Res 1995

15. Evidenze Genetiche • Anomalie cromosomiche /aneuploidia • Mosaicismo placentare/ aneuploidia placentare (trisomia 15, 16, 18/meiotica e 3,7,2,13,18/mitotica) • Mutazione del gene della glucochinasi (A. Hattersley, Nature Genetics, 1998;19:268-270) • Mutazione/delezione del recettore dell’insulina (E Wertheimer, Nature genetics, 1993;5:71-73) • Delezione/mutazione gene IGF-1 • Mutazione recettore IGF-1 (IGF-IR) • Polimorfismo gene IGF-1 • Polimorfismo IGFBP-3 • Polimorfismo IGF-II e IGF- IIR • Polimorfismo recettore GH [Exon 3-deleted/Full-length GH receptor polymorphysm (d3/fl-GHR)] • Disomia uniparentale /Imprinting

16. Evidenze Antropometriche-Genetiche Knight B and AT Hattersley, Early Human Develp 81:823-831, 2005 • Il 25-40% della variabilità del peso alla nascita è attribuibile a fattori ereditari ? • Peso ed altezza paternisono correlati con peso alla nascita (Kramer 1987) • Il peso alla nascita è correlato con il peso della madre alla nascita (Ounsted 1988) Ruolo del DNA mitocondriale? • Altezza paterna predittiva di lunghezza alla nascita indipendentemente dall’altezza materna (Knight 2005): • Altezza paterna ma non il BMI è correlata sia con il peso alla nascita che con la lunghezza • Altezza materna è correlata sia con il peso alla nascita che con la lunghezza • BMI materno è correlato sia con il peso alla nascita che con la lunghezza

17. Evidenze Antropometriche-Genetiche Jaquet D et al. BJOG. 2005 ;112(2):153-9. • Rischio (OR) di nascere SGA 3.5 volte se padre SGA • Rischio (OR) di nascere SGA 4.7 volte se madre SGA • Rischio (OR) di nascere SGA 4.8 volte se fratello SGA • Rischio (OR) di nascere SGA 16.3 volte se entrambi i genitori SGA

18. Aneuploidia • L'aneuploidia è una variazione nel numero deicromosomi, rispetto a quello che normalmente caratterizza le cellule di un individuo della stessa specie • 25% dei neonati SGA simmetrici è affetto da anomalie cromosomiche: 45XO, altro… Hum Genet 1992 Limfedema alle mani

19. “Phenotypes” Reis F, Endocrine Reviews 2002; 23: 230-257 • Symmetrical (20-30%) • Proportionate reduction of all fetal measurements • Etiology: intrinsic alteration in growth potential or severe nutritional deprivation overwhelming protective brain-sparing mechanism occuring prior to 26 w and persisting until delivery • Asymmetrical (70-80%) • Disproportionate reduction of fetal measurements due to uteroplacental insufficiency with preferential shunting of blood to fetal brain

20. Anomalie somatiche (60-70%) (basso impianto orecchie, palato ogivale, pterygium colli, gomito valgo, torace a corazza) Anomalie viscerali (50-60%)(cuore, gssi vasi, rene e vie urinarie) Ipostaturalità (95-100%) Disgenesia gonadica (80-90%) Anomalie cutanee (60-80%) (nevi elanocitici, cheloidi, unghie iperconvesse) Sindrome di TURNER

21. L'aneuploidia placentare frequenza 1-2% 6-60% aneuploidia placentare (trisomia 15, 16, 18/meiotica e 3,7,2,13,18/mitotica) nel ritardo di crescita intrauterino • 1-2% monosmia 15, 18; 5% monosomia 15 Monosomia 16 Monosomia 15

22. Ring chromosome Duplication/ trisomy Isochromosome/ marker chromosome UPD deletion Translocation breakpoint 3 1 5 4 2 … 11 … … 12 X 8 9 10 6 7 16 17 18 … … 13 14 15 20 19 22 21 Y …more than two cases

23. Single Gene Mutations Causing SGA • The insulin-like growth factor-I (IGF-I) • Animal knockout experiments • IGF-I gene deletion • IGF-I gene mutation (homozygous/severe) • The insulin-like growth factor-I (IGF-I) Receptor • Heterozygous mutations (variable phenotype)

24. GH + GHBP GH GHBP extracellular GHR transmembrane JAK2 IGF-I intracellular IGFBP-3 Signal transduction ALS IGF-I IGF-I ternary complex IGFBPs IGF-I + IGFBPs ALS gene STAT5b IGFBP-3 gene IGF-I gene IGFBPs genes • Primary IGF-I defect • GHR (Laron) • JAK/STAT • IGF-I gene (IUGR) • ALS gene

25. 60% 60% 100% 100% 45% 45% Igf1-/- Igf2p- 30% 30% Igf1r-/- IGF-I Knockout Mice Liu JP et al. Cell 75:59-72, 1993 Gene Mutation Birth Weight % of normal birth weight) IGF-I 60% IGF-II 60% IGF-I + IGF-II 30% Type I IGF receptor 45%

26. Woods KA et al. N Engl J Med 1996;335:1363-1367 • 37° settimana, cesareo da gravidanza normale • Peso alla nascita 1.4 Kg (-3.9 SD) • Lunghezza 37.8 cm (-5.4 SD) • CC 27 cm (-4.9 SD) • Ritardo di crescita • Sordità neurosensoriale • Ritardo psicomotorio • 46XY • GH basale 18 ng/ml, picco 94 ng/ml • Non responder alla terapia con GH dall’età di 11-12.7 aa • IGF-I 0.05 U/ml all’età di 14 aa

27. K115N R108Q Abuzzahab et al., NEJM 2003, 349:2211-2222.

28. GH Insensitivity SyndromesRon G Rosenfeld et al. Trends in Endocrinology and metabolism, 2007

29. Evidenze Genetiche • Anomalie cromosomiche /aneuploidia • Mosaicismo placentare/ aneuploidia placentare (trisomia 15, 16, 18/meiotica e 3,7,2,13,18/mitotica) • Mutazione del gene della glucochinasi (A. Hattersley, Nature Genetics, 1998;19:268-270) • Mutazione/delezione del recettore dell’insulina (E Wertheimer, Nature genetics, 1993;5:71-73) • Delezione/mutazione gene IGF-1 • Mutazione recettore IGF-1 (IGF-IR) • Polimorfismo gene IGF-1 • Polimorfismo IGFBP-3 • Polimorfismo IGF-II e IGF- IIR • Polimorfismo recettore GH [Exon 3-deleted/Full-length GH receptor polymorphysm (d3/fl-GHR)] • Disomia uniparentale /Imprinting

30. Sindrome di Silver Russell IUGR precoce e severo; ritardo di crescita postnatale,asimmetria. NON DISPONIBILI CRITERI DIAGNOSTICI PRECISI. Bozze frontali; sproporzione splancnocranio/neurocranio; facies triangolare, micrognazia, ritardata chiusura fontanella Sclere blu; chiazze caffè-latte Bocca a V rovesciata Cardiopatie; valvole dell’uretra posteriore/ipospadia Clinodattilia V dito mani; ipoplasia falangea V dito mani, sindattilia 2°-3° dito del piede Aumentata incidenza di neoplasie ! *3 criteri : ritardo di crescita post-natale, macrocefalia relativa, bozze frontali prominenti, asimmetria, difficoltà alimentazione (*JCEM, 2007, 92:3148-3154)

31. Sindrome di Silver Russell/UDP • La disomia uniparentale consiste nella ereditarietà di 2 cromosomi omologhi o di frammenti di cromosomi (UDP parziale) da un solo genitore

32. Candidate genes GHRHR IGFBP1 IGFBP3 GRB10* EGFR PHKG1 c7orf10 Duplications Segmental UPD(7)mat MEST* MESTIT1* CIT1* COPG2* PAX4 CPA4 Chromosome 7 Sindrome di Silver Russell/UDP • L’UDP materno del cromosoma 7 (UPD(7)mat) è stato riscontrato in 7-10% di pazienti SRS • Duplicazioni 7p11.2p13 e 7q32-qter (contengono geni “imprinted”)

33. Imprinting Genomico • I geni “imprinted” hanno un ruolo cruciale nello sviluppo della placenta e nella crescita fetale • Più di 62 geni “imprinted” sono stati a tutt’oggi caratterizzati nell’uomo • La peculiarità di questi geni è che un gene “imprinted” è espresso da 1 solo cromosoma di un solo genitore mentre l’altra copia risulta silente • Imprinting = espressione del carattere genetico che è diversa a seconda se sia stato trasmesso l’allele materno o paterno che si verifica precocemente durante l’embriogenesi: • Paternally expressed (maternally imprinted) • Maternally expressed (paternally imprinted) • Generalmente i geni “imprinted” paterni favoriscono la crescita fetale mentre quelli materni la inibiscono • Teoria evolutiva del “conflitto genetico”: geni “imprinted” paterni estraggono più risorse dalla madre mentre quelli materni hanno il compito di bilanciare l’approvvigionamento nutritivo al feto con quello dei futuri feti

34. Imprinting Genomico • I geni “imprinted”nel genoma sono regolati da meccanismi epigenetici come la metilazione del DNA e la loro trasmissione nel corso della divisione cellulare può essere di tipo non Mendeliano • Si intende per epigenetica una qualunque attività di regolazione dei geni tramite processi chimici che non comportino cambiamenti nella sequenza del DNA ma bensì il grado di funzionamento dei geni • La metilazione (sostituzione di un atomo di idrogeno con il gruppo metile) del DNA è una delle più importanti modificazioni post-replicative del genoma e avviene nelle regioni povere di Citosina e Guanina • Differenze epigenetiche sembrano alla base delle • “discordanze fenotipiche” dei gemelli monozigoti e di alcuni effetti trans-generazionali

35. Patologie della crescita Fetale correlate con “imprinting” Nel topo

36. Patologie correlate con “imprinting” Nell’uomo

37. Imprinting e Crescita FetaleGicquel C et al Epimutation of the telomeric imprinting center region on chromosome 11p15 in Silver-Russell syndrome. Nat Genet 2005; 37:1003-1007 Gicquel e collaboratori hanno ipotizzato e documentato una disregolazione di geni codificati dalla regione 11p15, un “cluster” cruciale nell’imprinting della crescita fetale Tale cluster include geni espressi in linea paterna (imprinting materno) come l’IGF-2 e il KCNQ1OT1 e geni espressi in linea materna (imprinting paterno) come il CDKN1C e l’H19 Fino ad allora non erano mai state identificate mutazioni a carico dei geni IGF-2, KCNQ1OT1 e CDKN1C nonostante l’associazione di un fenotipo ascrivibile a SRS in casi di duplicazione uniparentale materna della stessa regione

38. 11cen 11pter CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 CTCF M KCNQ1OT1 CH3 CH3 CH3 CH3 IGF2 H19 CDKN1C KCNQ1 P KCNQ1OT1 P M M M CDKN1C CDKN1C CDKN1C KCNQ1 KCNQ1 KCNQ1 IGF2 IGF2 IGF2 H19 H19 H19 KCNQ1OT1 KCNQ1OT1 KCNQ1OT1 M CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 KCNQ1OT1 CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 P IGF2 IGF2 H19 H19 CDKN1C CDKN1C KCNQ1 KCNQ1 KCNQ1OT1 P CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 KCNQ1OT1 KCNQ1OT1 KCNQ1OT1 M CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 KCNQ1OT1 P CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 KCNQ1OT1 M CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 KCNQ1OT1 P P CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 IGF2 H19 CDKN1C KCNQ1 Hypomethylation of ICR2 KCNQ1OT1 KCNQ1OT1 M M CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 KCNQ1OT1 P P IGF2 H19 CDKN1C KCNQ1 CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 KCNQ1OT1 KCNQ1OT1 Pointmutations in CDKN1C CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 expressed silenced KCNQ1OT1 CDKN1C KCNQ1 KCNQ1OT1 IGF2 IGF2 CDKN1C CDKN1C BWS SRS ICR2 ICR1 Chromosomal rearrangements (duplications) P CDKN1C KCNQ1 IGF2 H19 KCNQ1OT1 P Uniparental disomy (UPD) Altered Methylation of ICR1 Duplication of ICR2 (Epi)mutations of/in ICR2

39. “Thrifty phenotype” “Thrifty genotype” Gene / enviromental interaction effect effect Direct Direct Progra mming Fetal Programming SGA 20-18% maternal/ paternal genes 62% of birth weight Fetal environment Genetic background Metabolic Syndrome Insulin resistance Hypertension Cardiovascular disease Type 2 diabetes Dyslipidemia

40. Weight in Infancy and Death from Ischemic Heart Disease D.J.P. Barker, C. Osmond, P.D. Winter, E. Margetts, S.J. Simmonds The Lancet- Saturday 9 September 1989 • Primi 1900: causa principale della mortalità neonatale era il basso peso alla nascita • Primi 1900: causa principale di mortalità in soggetti adulti era la coronaropatia. • Stessa distribuzione geografica in termini di incidenza tra mortalità neonatale per basso peso alla nascita e mortalità negli adulti per coronaropatia. • Studio epidemiologico (Hertfordshire, England ): 5654 maschi nati tra 1911-30, età 64 anni • I soggetti con peso più basso alla nascita e al termine del primo anno di vita presentano mortalità più elevata per ischemia cardiaca

41. Early growth and coronary heart disease in later life: Longitudinal study Eriksson JG, BMJ2001; 322: 949-53 Crescita di 357 ragazzi che svilupparono in età adulta coronaropatia in una coorte di 4630ragazzi nati ad Helsinki

42. Relazione tra SGA e malattia coronarica • Sia nei maschi che nelle femmine lo sviluppo di malattia coronarica in età adulta è associato a: • Basso peso alla nascita • Basso BMI a 2 anni • Alto BMI a 8-11 anni Barker et al. N Engl J Med 2005

43. La maggiore conoscenza del “milieu” placentare/fetale darà un impressionante contributo alla comprensione dei meccanismi genetici/epigenetici della crescita intrauterina Maggiore attenzione al bambino SGA che non recupera la crescita alla fine del primo e del secondo anno Attenzione al bambino SGA che aumenta il BMI (2-8 anni) Ulteriori acquisizioni dei meccanismi molecolari SGA/IUGR e del “pathway” eziologico permetterà un approccio rilevante a questa condizione Conclusioni

44. Clinica Pediatrica IGG F. Napoli N. Di Iorgi A. Allegri E. Calandra R. Lorini Genetica Molecolare e Citogenetica IGG R. Ravazzolo M. Lerone Laboratorio IGG G. Cangemi G. Melioli Staff Nurses P. Salusciev, G. Ferrieri, M. Aulicino, G. Piras Pazienti/famiglie Centro Neonati a rischio IGG G. Serra C. Traggiai Ginecologia Ostetricia IGG G. Bentivoglio Servizio di Epidemiologia IGG R.Haupt A.Pistorio Neonatologia Osped.S.Martino S. Trasino Ginecologia Ostetricia Osped. S. Martino PL. Ventutini Laboratorio DISEM Osped. S. Martino F.Minuto