Clinical and Genetic Heterogeneity of the 15q13.3 Microdeletion Syndrome

Abstract

Microdeleția 15q13.3 este o CNV recurentă, probabil mediată de NAHR între duplicațiile segmentare din cromozomul 15. Deleția și duplicarea 15q13.3 sunt asociate cu o gamă largă de manifestări clinice, cum ar fi deficite intelectuale, convulsii, autism, întârzieri de limbaj și de dezvoltare, deficiențe neuropsihice și probleme comportamentale ilustrând o penetranță și o expresivitate incomplete. Acest studiu cuprinde o evaluare a 106 pacienți simptomatici purtători ai deleției heterozigote, precum și a 21 de pacienți purtători ai duplicării, care au fost descriși în studii anterioare. Analiza arată o eterogenitate considerabilă pentru manifestarea diferitelor simptome cheie și apariția familiară. În plus, sunt introduși 8 pacienți noi. Conexiunile familiare convolutive oferă noi perspective în ceea ce privește complexitatea manifestării simptomatice. În studiile anterioare, au fost exprimate opinii diferite în ceea ce privește natura și localizarea precisă a punctelor de rupere a deleției. Aici, arătăm că nu CHRNA7 și CHRFAM7A, ci mai degrabă FAM7A sau GOLGA8, servesc drept regiuni de punct de ruptură în ceea ce privește pacienții noștri. Deleția este descrisă ca fiind de mărime eterogenă. Cu toate acestea, presupunem că nu numai punctele de ruptură diferite, ci și imprecizia analizei aCGH pe cromozomul 15 din cauza duplicațiilor segmentare explică variabilitatea dimensiunii.

© 2016 S. Karger AG, Basel

Sindromul de microdeleție 15q13.3 (OMIM 612002), care a fost descris pentru prima dată de Sharp și colab. , este o CNV recurentă, probabil mediată de NAHR între duplicații segmentare (BP3-BP5, BP4-BP5) în cromozomul 15. Deleția și duplicarea 15q13.3 sunt asociate cu o gamă largă de tulburări de neurodezvoltare, cum ar fi deficite intelectuale, convulsii, autism, întârzieri de limbaj și de dezvoltare, deficiențe neuropsihice și probleme comportamentale care prezintă penetranță incompletă și expresivitate variabilă. Deleția tipică de 1,6 Mb adăpostește 7 gene: ARHGAP11B, MTMR10, MTMR 15, TRPM1, KLF13, OTUD7A și CHRNA7. CHRNA7 codifică pentru receptorul neuronal alfa7 al acetilcolinei nicotinice nicotinice și, prin urmare, este considerată principala genă candidată responsabilă pentru caracteristicile clinice exprimate.

În acest studiu, descriem 6 pacienți inediți până în prezent care poartă microdeleția tipică 15q13.3 între BP4 și BP5, inclusiv o familie cu 4 membri afectați care sunt descriși mai jos. În plus, sunt descriși 1 pacient cu o duplicare 15q13.3 și 1 pacient purtător al unei deleții de 3,4-Mb între BP3 și BP5.

În plus, pentru a explica varietatea manifestărilor clinice și severitatea simptomelor, am analizat datele a 106 pacienți simptomatici cu heterozigotă 15q13.3 deleție și 21 de pacienți cu duplicații care au fost raportate.

În studiile recente, au apărut opinii diferite cu privire la natura și localizarea precisă a punctelor de ruptură ale deleției. Noi am investigat localizarea punctelor de ruptură folosind FISH pentru a confirma în ce măsură aceste opțiuni se dovedesc a fi adevărate pentru pacienții noștri.

Metode

Extracția ADN-ului și Array CGH

Lucocitele din sângele periferic au fost folosite ca sursă de ADN. Analiza Array-CGH a fost efectuată cu ajutorul unui slide array Sure Print 4x180K (Agilent Technologies, Santa Clara, Calif., SUA). ADN-ul pacientului a fost marcat cu Cy3, ADN-ul de referință cu Cy5. Hibridizarea a fost efectuată folosind ADN Cot-1 (1,0 µg/ml). Probele de ADN de test au fost hibridizate cu ADN de referință de sex corespunzător (Agilent). Etapele de purificare, hibridizare și spălare au fost efectuate în conformitate cu instrucțiunile producătorului. S-au folosit Sure Scan microarray Scanner G2600D (Agilent), software-ul Feature Extraction (Agilent) și Agilent Cytogenomics Software Edition 2.0.6.0.

FISH și Breakpoint Analysis

Slidele cu metafazele de limfocite periferice cultivate au fost păstrate la -70°C. Înainte de hibridizare, lamelele au fost prelucrate într-o serie de alcool (70, 80 și 100%), urmată de un tratament cu pepsină (15 min, 37°C). BAC-urile marcate prin fluorescență (Illumina®, BlueFish) au fost utilizate ca sonde FISH. Pregătirea sondei, etapele de hibridizare și spălare au fost efectuate în conformitate cu instrucțiunile Illumina.

Sondele BAC utilizate au fost RP11-11H9, 22,067,176-22,300,706, chr.15q11.2; RP11-40J8, 30,546,758-30,724,265, chr.15q13.2; RP11-348B17, 31,281,641-31,502,115, chr.15q.13.3; RP11-265I17, 32,293,149-32,457,541, chr.15q13.3; RP11-280K19, 32,654,212-32,821,799, chr.15q13.3, și RP11-232J12, 53,792,861-53,948,902, chr.15q21.3 (vezi fig. 1, hg19).

Rezultate

Evaluare clinică

Pacienții au fost observați inițial cu ocazia examenului neuropediatric din cauza deficitelor intelectuale și/sau a întârzierilor de dezvoltare. Tabelul 1 sintetizează rezultatele citogenetice și clinice.

Descrierea pacienților

Pacientul 1 (III/1)

Fetița în vârstă de 13 ani s-a prezentat cu tulburare de hiperactivitate cu deficit de atenție (ADHD), deficite intelectuale, întârziere în dezvoltare, infecții respiratorii recurente și scolioză. Greutatea și circumferința capului (CFO) ei variază în jurul percentilei 10 (P), respectiv P90. Ea frecventează o școală specială. Mama ei (II/2, în fig. 2) a urmat, de asemenea, o școală pentru educație specială și a terminat-o cu succes. Ambii părinți nu au fost disponibili pentru investigații suplimentare. Pacientul 1 este sora vitregă a pacienților 2 și 3, și verișoara pacientului 4.

Pacientul 2 (III/2)

Pacienta de sex feminin a fost prezentată la vârsta de 9 ani și a prezentat întârzieri de dezvoltare și de limbaj, precum și deficite intelectuale (K-ABC-Test: IQ 63). Un EEG în stare de veghe a arătat alterări generale, dar până în prezent nu au apărut convulsii. OFC-ul ei este între P3 și P10, greutatea și înălțimea sunt în limite normale. ADHD este tratat cu metilfenidat. Ea este descrisă ca fiind o persoană veselă, dar și agresivă și impulsivă și frecventează o școală specială. Ambii părinți nu au fost disponibili pentru investigații suplimentare.

Pacientul 3 (III/3)

Pacientul în vârstă de 10 ani a fost diagnosticat cu o tulburare de învățare, care nu a fost definită mai departe. Măsurătorile corporale ale fetei prezintă o variație mare în timp. Până la vârsta de 2 ani, OFC-ul ei era P<3; în prezent, greutatea ei este P97. Ea este obeză, prezintă un comportament stereotip și frecventează o școală specială.

Pacientul 4 (III/6)

Examinarea pacientului (13 ani) a evidențiat o întârziere de limbaj și psihomotorie, precum și deficite intelectuale ușoare (HAWIK-IV: SW 56). Caracteristicile notabile sunt dislaliile multiple și ADHD, care este tratat cu metilfenidat (10-15 mg/zi). EEG-ul băiatului este neremarcabil, OFC-ul său este normal, înălțimea P90, iar greutatea P97. Caracterul pacientului este descris ca fiind prietenos, dar uneori agresiv și impulsiv. El frecventează o școală pentru handicapați. Ambii părinți au frecventat o școală specială. Tatăl său (II/5) este încarcerat pentru agresiune. Cele 2 surori ale sale (III/7, III/8) frecventează, de asemenea, o școală specială, iar fratele său vitreg (III/9) prezintă o întârziere în dezvoltare și limbaj, dar nu este purtător al deleției. Pacientul este vărul pacienților 1, 2 și 3. Părinții nu au fost disponibili pentru investigații.

Pacientul 5

Pacientul (14 ani) a prezentat un comportament social anormal și ADHD. Din cauza performanțelor școlare slabe și a discrepanței dintre performanțele sale intelectuale (HAMIK-IV, IQ 78) și media familiei, a fost inițiată o examinare medicală. După o criză de epilepsie, a fost tratat cu succes cu Orfiril®. ADHD este tratat cu metilfenidat (5-10 mg/zi). Părinții săi nu au fost disponibili pentru investigații.

Pacientul 6

Ca sugar, pacientul 6 a manifestat o întârziere de dezvoltare și de limbaj. El a prezentat semne de hipotonie. La momentul examinării, pacientul în vârstă de 19 ani a prezentat deficite intelectuale și ADHD. Tratamentul cu metilfenidat a fost întrerupt după ce pacientul a început sportul de înaltă performanță, care s-a dovedit a fi un tratament eficient al simptomelor ADHD. Mama sa nu este purtătoare de deleție. Tatăl său nu a fost disponibil pentru investigații.

Pacientul 7

Pacientul a fost examinat la vârsta de 7 ani și a prezentat deficite intelectuale ușoare (K-ABC-Test, SW: 63). Măsurătorile sale corporale sunt toate în P10. El este descris ca fiind agitat și neatent. El frecventează o școală specială. Părinții săi nu au fost disponibili pentru investigații.

Pacientul 8

Pacientul s-a născut cu un defect cardiac (defect septal ventricular și defect septal atrial). El prezintă trăsături dismorfice, cum ar fi urechi joase, hipertelorism, strabism și hipotonie. Dezvoltarea sa psihomotorie este întârziată. Lungimea la naștere a pacientului și OFC au fost P50, iar greutatea sa a fost P10. El a moștenit duplicatul de la tatăl său care prezintă un fenotip neremarcabil. A fost raportat un unchi (pe partea maternă) cu epilepsie și hipertermie malignă.

Analiza punctelor de ruptură

În studiile anterioare, eterogenitatea dimensiunii deleției a fost un subiect de interes. Shinawi et al. au presupus că FAM7A1/2 funcționează ca punct de ruptură, în timp ce Szafranski et al. au suspectat că CHRNA7 și CHRFAM7A sunt responsabile pentru deleția recurentă în locusul 15q13.3. Antonacci et al. au sugerat familia de gene GOLGA8 ca posibili candidați. S-a încercat să se valideze aceste teorii prin utilizarea FISH. Sonda 4 marchează CHRNA7, sonda 5 marchează FAM7A, sonda 2 marchează CHRFAM7A, iar sonda 3 marchează o regiune distală față de CHRFAM7A (fig. 1). La pacienții noștri, FAM7A este detectabil în ambii cromozomi 15. Această constatare indică faptul că punctul de ruptură distal este situat între CHRNA7 și FAM7A. Analiza pacienților 7 și 4 arată că punctul de ruptură proximal este situat distal față de CHRFAM7A (fig. 3, 4). La pacientul 7, sonda 3 face legătura cu punctul de ruptură. Prin urmare, CHRNA7 și CHRFAM7A nu mediază deleția recurentă în ceea ce privește pacienții noștri.

Evaluarea pacienților simptomatici descriși în studii anterioare

Pentru pacienți și studii, a se vedea tabelul 2 și materialul suplimentar online 1 (pentru tot materialul suplimentar online, a se vedea www.karger.com/doi/10.1159/000443343). Analiza statistică a fost efectuată prin testul exact al lui Fisher, utilizând software-ul ‘R’. Rezultatele cu p < 0,05 au fost evaluate ca fiind semnificative.

Discuție

Familia pe care o prezentăm prezintă caracteristici interesante. Pe de o parte, gradul de rudenie variază; pe de altă parte, simptomele diferă și ele (fig. 2). Cu toate acestea, nu există o legătură demonstrabilă între gradul de rudenie și simptome. Pacientele 2 și 3, care sunt surori, sunt remarcabil de diferite. Ele variază considerabil în ceea ce privește măsurile corporale, caracterul și severitatea simptomelor, deși sunt expuse la factori de mediu similari și poartă aceeași dimensiune a deleției. Prin urmare, alți factori genetici sunt obligați să influențeze gradul de manifestare clinică. O posibilă explicație ar putea fi o expresie alterată a genelor ei în genom, care poate avea efecte diverse . Această abordare a fost confirmată în continuare de Henrichsen și colab. , care au arătat că regiunile CNV sunt exprimate la niveluri mai mici și mai variabile și modifică expresia genelor vecine. Chaignat et al. au afirmat că CNV-urile modifică calendarul de exprimare a genelor în timpul dezvoltării la șoareci. În plus, pot fi găsite modele temporale diferite de expresie la indivizi diferiți. Mai mult, expresia modificată sau mutațiile diferitelor gene care codifică diferite etape ale aceleiași căi neurobiologice ar putea intensifica simptomele neurologice. Poot et al. sugerează diferite mecanisme care pot duce la pleiotropia fenotipică a CNV-urilor, de exemplu, interacțiunea dintre CNV-uri, epistaza genetică sau excluderea alelică.

Trei din 4 membri ai familiei manifestă ADHD; toți prezintă întârzieri în dezvoltare. Deoarece originea ADHD este aparent multifactorială, nu este surprinzător să se constate o acumulare într-o singură familie. În mod remarcabil, toți copiii sunt afectați de deleție. Este posibil ca anumite constelații genetice familiale particulare să crească probabilitatea de manifestare a simptomelor. În plus, este posibil ca mediul intrauterin al mamei purtătoare a deleției să fi afectat fenotipul copiilor săi. Cu toate acestea, nu a putut fi identificată nicio CNV comună care să se coreleze cu apariția simptomelor și nici o a doua CNV patogenă nu a putut fi identificată la niciunul dintre pacienții noștri.

Analiza punctului de ruptură arată că punctul de ruptură distal este poziționat distal față de CHRNA7. Locațiile posibile ar fi în cadrul familiilor de gene FAM7A sau GOLGA8, așa cum a fost deja sugerat, sau în regiunile de control ale locusului . Punctul de ruptură proximal este situat distal față de CHRFAM7A. La pacienții 1-4, care aparțin unei singure familii, dimensiunile deleției detectate de software-ul de analiză aCGH diferă. Aceste diferențe sunt provocate de lacune în modelul de distribuție a oligonucleotidelor în aCGH în interiorul și în jurul regiunilor de ruptură. Modificări ușoare ale raportului logaritmic al oligonucleotidelor situate marginal au ca rezultat o deplasare considerabilă a dimensiunii deleției detectate de software-ul de analiză. Diferența evidentă de dimensiune a deleției recurente 15q13.3 este, cel mai probabil, un artefact al software-ului de procesare. Presupunem că deleția este identică ca dimensiune pentru toți membrii familiei (a se vedea materialul supl. online 2).

Diferite studii CNV au evidențiat o asociere a deleției 15q13.3 microdeleție cu schizofrenie, epilepsie și autism. Au apărut mai multe publicații care prezintă noi cazuri și teorii despre punctele de ruptură și factorii care modifică simptomele . S-au depus eforturi pentru a îmbina aceste informații în scopul de a găsi noi conexiuni.

Rezultatele lasă loc pentru speculații. Delețiile sunt moștenite în 80,88%. Descendența maternă este descrisă în mod disproporționat mai des pentru deleții (54,41%, p = 0,001) și duplicații (53,33%, p = 0,027).

O explicație ar putea fi dată de Sinkus et al. .Ei au studiat impactul polimorfismelor promotor CHRNA7, care scad nivelul de transcripție cu ∼25% și influențează nivelul de cortizol la mamă și copil. Nivelul de cortizol al copilului este redus și mai mult, dacă atât mama, cât și copilul sunt purtători de polimorfism. Impactul anturajului intrauterin poate avea o influență și asupra altor factori. OFC este redus la pacienți dacă deleția este moștenită de către mamă (P<25 în 50%, p = 0,002). Prin urmare, presupunem că, dacă aberația este moștenită de la mamă, anturajul intrauterin va intensifica simptomele. Deoarece am inclus doar pacienți simptomatici în această evaluare, acest lucru ar explica de ce majoritatea aberațiilor sunt aparent de origine maternă (54%, p = 0,001). În acest context, este surprinzător faptul că distribuția pe sexe a deleției este egală. Datele noastre confirmă constatările lui Lowther et al. În analiza lor cuprinzătoare a deleției 15q13.3, aceștia au combinat pacienții simptomatici și asimptomatici. Deoarece noi am inclus doar pacienții simptomatici, proporțiile modelelor de distribuție a trăsăturilor sunt similare, dar numerele relative diferă. În ceea ce privește decența maternă crescută a delețiilor, ei afirmă ca posibilă explicație o aptitudine reproductivă redusă la masculi.

Dimensiunea deleției nu se corelează în mod constant cu gradul de simptome. De exemplu, compararea gradului de deficite intelectuale cu mărimea deleției nu arată o legătură liniară. Pacienții cu deleția tipică de 1,6 Mb prezintă deficite severe mai frecvent decât pacienții cu deleții mai mici sau mai mari (41,07%, p = 0,00045). Deficitele intelectuale sunt raportate semnificativ mai des la pacienții cu deleții decât la cei cu duplicații (79,78 și 55,56%, p = 0,037). Așa cum era de așteptat, inteligența normală este descrisă cel mai des la pacienții cu deleții <1 Mb (45%, p = 0,0037).

Delețiile cu o dimensiune de 1-1,6 Mb sunt cele mai frecvente (63,21%, p = 0,0002). Duplicațiile <1 Mb (66,67%, p = 0,0004) sunt descrise cel mai frecvent. În ceea ce privește delețiile, deficitele intelectuale (79,78%), tulburările de limbaj (75,34%), un fenotip notabil al părinților (66,67%) și problemele de comportament (63,64%) sunt descrise mult mai des decât epilepsia (30,61%) sau autismul (27,71%) (p = 0,02-3,931E-09). Comparând duplicațiile și delețiile, duplicațiile sunt asociate mai des cu autismul (p = 0,039), iar fenotipul părinților este vizibil mai puțin frecvent (p = 0,027).

Epilepsia este asociată semnificativ cu deficite intelectuale ușoare (59,09%, p = 0,0029). Tulburarea de limbaj este asociată cu deficite intelectuale în 79,24% din cazuri (p = 0,003).

În concluzie, se poate spune că fenotipul clinic al microdeleției 15q13.3 este de origine multifactorială. Chiar și membrii apropiați ai familiei, expuși la factori de mediu similari, diferă semnificativ în manifestările lor clinice. Consilierea genetică în familiile cu microdeleții 15q13.3 sau în special microduplicații rămâne astfel complexă și ocazional inadecvată. Cercetări suplimentare în alterările genetice privind alela nedezvăluită sau regiunile promotor ale genelor afectate pot fi mai promițătoare atunci când vine vorba de descoperirea factorilor de influență.

Recunoștințe

Autorii mulțumesc lui Margot Fliegauf, Monika Heinkelein, Helga Heitzler și Claudia Ladwig din grupul de citogenetică al Institutului de Genetică Umană din Freiburg pentru sfaturile și asistența experimentală. De asemenea, le mulțumim lui Ekkehart Lausch, Elke Botzenhart, Susanne Munk-Schulenburg și Andreas Busche pentru îngrijirea pacienților. Suntem recunoscători pacienților și familiilor lor pentru amabilitatea cooperării lor.

Declarație de etică

Autorii nu au conflicte etice de declarat.

Declarație de dezvăluire

Autorii nu au conflicte de interese de declarat.

Contactele autorului

Detalii articol / publicație

Drepturi de autor / Doze de medicamente / Disclaimer

Copyright: Toate drepturile rezervate. Nici o parte a acestei publicații nu poate fi tradusă în alte limbi, reprodusă sau utilizată sub orice formă sau prin orice mijloc, electronic sau mecanic, inclusiv prin fotocopiere, înregistrare, microcopiere sau prin orice sistem de stocare și recuperare a informațiilor, fără permisiunea scrisă a editorului.
Dosare de medicamente: Autorii și editorul au depus toate eforturile pentru a se asigura că selecția și dozajul medicamentelor prezentate în acest text sunt în concordanță cu recomandările și practicile curente la momentul publicării. Cu toate acestea, având în vedere cercetările în curs de desfășurare, modificările reglementărilor guvernamentale și fluxul constant de informații referitoare la terapia medicamentoasă și la reacțiile medicamentoase, cititorul este îndemnat să verifice prospectul fiecărui medicament pentru orice modificare a indicațiilor și dozelor și pentru avertismente și precauții suplimentare. Acest lucru este deosebit de important atunci când agentul recomandat este un medicament nou și/sau rar utilizat.
Disclaimer: Afirmațiile, opiniile și datele conținute în această publicație sunt exclusiv ale autorilor și colaboratorilor individuali și nu ale editorilor și ale editorului (editorilor). Apariția anunțurilor publicitare sau/și a referințelor la produse în publicație nu reprezintă o garanție, o susținere sau o aprobare a produselor sau serviciilor anunțate sau a eficienței, calității sau siguranței acestora. Editorul și editorul (editorii) își declină răspunderea pentru orice vătămare a persoanelor sau a bunurilor care rezultă din ideile, metodele, instrucțiunile sau produsele la care se face referire în conținut sau în reclame.

.