Un consorzio internazionale sfrutta tecnologie emergenti e analisi integrate per affrontare le sfide più difficili della diagnosi genetica
Nonostante i progressi degli ultimi anni – dal sequenziamento di nuova generazione alle sofisticate tecniche computazionali e funzionali, fino alla crescente condivisione internazionale di dati clinici e genetici – più della metà dei pazienti con sospetto genetico resta senza diagnosi. Ed è proprio in questo territorio ancora inesplorato, fatto di casi complessi e sfuggenti, che entra in gioco GREGoR–Genomics Research to Elucidate the Genetics of Rare Diseases. Si tratta di un consorzio internazionale che punta a trasformare la diagnostica delle malattie rare portando in clinica tecnologie genomiche avanzate ancora poco utilizzate.
Il suo approccio parte da un presupposto chiaro: comprendere le malattie rare richiede dataset ampi, tecniche complementari e una collaborazione internazionale trasparente. Nessun laboratorio, da solo, può raccogliere abbastanza casi per individuare pattern significativi in varianti rarissime, per questo l’apertura dei dati non è un’opzione, ma un pilastro del consorzio.
UN’EREDITÀ IMPORTANTE E UN SALTO DI COMPLESSITÀ
Lanciato nel 2021 dal National Human Genome Research Institute (NHGRI) statunitense, GREGoR nasce all’indomani dell’esperienza dei Centers for Mendelian Genomics (CMG). In quel programma, i ricercatori avevano identificato oltre 3.800 geni coinvolti in malattie mendeliane, ma solo 11.000 delle più di 28.000 famiglie partecipanti avevano ottenuto una diagnosi confermata o plausibile. Una dimostrazione chiara: anche con tecnologie avanzate, l’enigma genetico di molte condizioni resta irrisolto.
GREGoR prende in carico proprio questi casi difficili, spesso già sottoposti a test clinici tradizionali, e utilizza approcci più profondi e integrati: genomi completi, multi-omics, analisi funzionali, intelligenza artificiale, nuove pipeline computazionali e studi di validazione mirati. Il tutto con un forte impegno alla condivisione rapida e aperta dei dati: attraverso la piattaforma AnVIL, sono già disponibili informazioni relative a oltre 7.500 individui da più di 3.000 famiglie, un patrimonio che può accelerare ulteriormente la ricerca internazionale.
A differenza di altri programmi dedicati alle malattie rare, GREGoR ha una chiara ambizione “traduzionale”: non solo scoprire nuovi geni o nuovi meccanismi patogenetici, ma valutare, standardizzare e portare nella routine clinica tecnologie genomiche emergenti. Questo significa creare pipeline compatibili con la pratica diagnostica, confrontare e validare strumenti diversi, costruire riferimenti condivisi e investire in grandi dataset pubblici.
RIPENSARE LE ANALISI: DAL RIFERIMENTO GENOMICO AI PANGENOMI
Uno dei primi nodi affrontati da GREGoR riguarda lo strumento più basilare in genomica: il genoma di riferimento. Molti laboratori, ancora oggi, utilizzano il sistema di riferimento chiamato GRCh37, nonostante la sua “evoluzione”, il GRCh38, sia disponibile da più di un decennio. Le conseguenze non sono trascurabili: il consorzio ha mostrato che il riferimento utilizzato può modificare le chiamate di variante in circa l’1% dell’esoma, con oltre 200 geni coinvolti. E la discrepanza diventa molto più evidente a livello di RNA, con migliaia di geni il cui livello di espressione cambia a seconda del riferimento utilizzato.
GREGoR sta lavorando per correggere e ottimizzare GRCh38, ma guarda già oltre, collaborando con il Telomere-to-Telomere Consortium (T2T) e con lo Human Pangenome Reference Consortium per portare nella diagnostica riferimenti più completi e rappresentativi della diversità umana. Un pangenoma è un catalogo delle sequenze di DNA in grado di catturare il più possibile la diversità genetica della specie umana. Non è un dettaglio: molte varianti patogene potrebbero essere nascoste proprio in regioni oggi difficili da mappare.
LE PATOLOGIE CHE POTRANNO BENEFICIARE DI QUESTA RICERCA
Una parte cruciale dell’attività di GREGoR riguarda lo studio delle varianti genetiche più rare, anomale o difficili da interpretare. È qui che si concentrano i casi ancora irrisolti dopo il sequenziamento clinico di routine.
1. Varianti non codificanti: mutazioni in regioni regolatorie o introniche profonde che alterano splicing, espressione o stabilità dell’RNA. Spesso visibili nel DNA, ma difficili da interpretare. In molti casi rappresentano la “seconda variante mancante” nelle malattie recessive.
2. Geni non codificanti. Un esempio emblematico è RNU4-2, oggi tra le cause più comuni di disturbi neuroevolutivi, identificato grazie a casi provenienti da più siti GREGoR. O il long non-coding RNA CHASERR, collegato a encefalopatie epilettiche.
3. Variazioni patogene multilocus (MPV) che si combinano nel determinare il fenotipo. Fino al 5% dei pazienti diagnosticati presenta MPV, con frequenze più alte in famiglie consanguinee.
4. Riarrangiamenti genomici complessi che richiedono long-read, optical mapping e tecnologie complementari, perché spesso invisibili ai soli short-read.
5. Ripetizioni in tandem, ossia le espansioni ripetitive, difficili da analizzare con sequenziamento tradizionale, ma ben leggibili con letture lunghe.
6. Variazioni a mosaico: mutazioni post-zigotiche presenti solo in una parte delle cellule, spesso con frequenze troppo basse per essere intercettate dalle tecniche standard.
7. Varianti multinucleotidiche (MNV), spesso interpretate erroneamente come varianti singole indipendenti, possono cambiare completamente l’effetto clinico.
8. Varianti che sfuggono al nonsense-mediated decay (NMD). Nuove tecniche di RNA e proteomica stanno aprendo la strada alla loro interpretazione.
9. Varianti a penetranza incompleta, ossia mutazioni patogene che non causano sempre la malattia: un rompicapo interpretativo che richiede modelli animali ed epigenomica.
10. Varianti di significato incerto (VUS), che sono in crescita costante, soprattutto nei pannelli diagnostici. Tecnologie come i MAVEs, che testano sperimentalmente tutte le possibili varianti in un gene, stanno diventando cruciali per riclassificare migliaia di VUS.
