Characterization of disease genes and mechanisms causing neurodegenerative phenotypes

The work I carried out during my PhD studies has been aimed to identify and characterize disease genes associated with rare neurological disorders. In particular I worked on phenotypic and molecular characterization of two patients with an atypical neuroaxonal dystrophy presentation, in which a homozygous mutation within the TFG gene has been identified by mean of WES (whole exome sequencing) technology. Besides, I also studied three unrelated families with individuals affected by Leigh syndrome and carrying the same biallelic mutations in the NDUFAF6 gene. The identification of a novel intronic variant has been integrated with its functional validation through mRNA analysis. I also described two cases with complex clinical neurodegenerative phenotypes. Phenotypic characterization has been integrated the identification of two novel mutations in already reported disease genes, respectively DNMT1 and OTX2. In the patient with OTX2 mutation, molecular and clinical presentation remains not entirely explained by a single gene mutation and additional possible genetic modifiers were found. This case represents an example of how detailed collection of clinical data and family history in parallel to NGS data analysis is often helpful in order to identify composite genotypes sometimes associated with complicated inherited syndromes. Additionally, as a partner of the European international network for mitochondrial disorders, I was also involved in the GENOMIT project; within this framework, I dedicated the last few months of my PhD to investigate the feasibility of a promising xenotopic genetic therapy for Leigh syndrome and other neurological conditions associated with mitochondrial complex I deficiency, using engineered patient fibroblasts as a cellular model of disease.

Il lavoro che ho svolto durante il mio corso di dottorato è stato finalizzato a identificare e caratterizzare i geni-malattia associati a rari disturbi neurologici. In particolare ho lavorato sulla caratterizzazione fenotipica e molecolare di due pazienti affetti da una distrofia neuroassonale atipica, in cui una mutazione omozigote all'interno del gene TFG è stata identificata mediante la tecnologia WES (whole exome sequencing). Inoltre, ho anche studiato tre famiglie non correlate con individui affetti da sindrome di Leigh portatori stesse mutazioni bialleliche nel gene NDUFAF6. L'identificazione di una nuova variante intronica è stata integrata con la sua validazione funzionale attraverso l'analisi dell'mRNA. Ho anche descritto due casi con fenotipi clinici neurodegenerativi complessi. La caratterizzazione fenotipica è stata integrata con l’identificazione di due nuove mutazioni in geni-malattia già riportati, rispettivamente DNMT1 e OTX2. Nel paziente con mutazione OTX2, la presentazione molecolare e clinica non è interamente spiegata da una singola mutazione genica e sono stati identificati ulteriori possibili modificatori genetici. Questo caso rappresenta un esempio di come la raccolta dettagliata dei dati clinici e della anamnesi familiare in parallelo all'analisi dei dati NGS sia spesso utile per identificare genotipi compositi a volte associati a sindromi ereditarie complesse. Inoltre, in qualità di partner della rete internazionale europea per le malattie mitocondriali, sono stata anche coinvolto nel progetto GENOMIT; in questo contesto, ho dedicato gli ultimi mesi del mio dottorato di ricerca a studiare la praticabilità di una promettente terapia genetica xenotopica per la sindrome di Leigh e altre condizioni neurologiche associate al deficit del complesso I mitocondriale, utilizzando fibroblasti di pazienti geneticamente modificati come modello sperimentale di malattia.