Hétérogénéité clinique et génétique du syndrome de microdélétion 15q13.3

Abstract

La microdélétion 15q13.3 est un CNV récurrent, vraisemblablement médié par la NAHR entre les duplications segmentaires du chromosome 15. La délétion et la duplication 15q13.3 sont associées à un large éventail de manifestations cliniques, telles que déficits intellectuels, crises d’épilepsie, autisme, retard de langage et de développement, déficiences neuropsychiatriques et problèmes de comportement illustrant une pénétrance et une expressivité incomplètes. Cette étude comprend une évaluation de 106 patients symptomatiques porteurs de la délétion hétérozygote, ainsi que de 21 patients porteurs de la duplication, qui ont été décrits dans des études précédentes. L’analyse montre une hétérogénéité considérable pour la manifestation des différents symptômes clés et l’occurrence familière. En outre, 8 nouveaux patients sont présentés. Les connexions familières confuses donnent un nouvel aperçu de la complexité de la manifestation symptomatique. Dans les études précédentes, différentes opinions ont été exprimées quant à la nature et à l’emplacement précis des points de rupture de la délétion. Ici, nous montrons que ce ne sont pas CHRNA7 et CHRFAM7A, mais plutôt FAM7A ou GOLGA8, qui servent de régions de rupture concernant nos patients. La délétion est décrite comme étant de taille hétérogène. Cependant, nous supposons que non seulement les différents points de rupture mais aussi l’imprécision de l’analyse aCGH sur le chromosome 15 en raison des duplications segmentaires expliquent la variabilité de la taille.

© 2016 S. Karger AG, Basel

Le syndrome de microdélétion 15q13.3 (OMIM 612002), qui a été décrit pour la première fois par Sharp et al, est un CNV récurrent, vraisemblablement médié par la NAHR entre les duplications segmentaires (BP3-BP5, BP4-BP5) sur le chromosome 15. La délétion et la duplication 15q13.3 sont associées à un large éventail de troubles neurodéveloppementaux, tels que des déficits intellectuels, des crises d’épilepsie, l’autisme, des retards de langage et de développement, des déficiences neuropsychiatriques et des problèmes de comportement présentant une pénétrance incomplète et une expressivité variable. La délétion typique de 1,6 Mb abrite 7 gènes : ARHGAP11B, MTMR10, MTMR 15, TRPM1, KLF13, OTUD7A et CHRNA7. CHRNA7 code pour le récepteur neuronal alpha7 nicotinique de l’acétylcholine et, par conséquent, est considéré comme le principal gène candidat responsable des caractéristiques cliniques exprimées.

Dans cette étude, nous décrivons 6 patients jusqu’à présent inédits portant la microdélétion typique 15q13.3 entre BP4 et BP5, dont une famille avec 4 membres affectés qui sont décrits plus loin. De plus, 1 patient avec une duplication 15q13.3 et 1 patient porteur d’une délétion de 3,4 Mb entre BP3 et BP5 sont décrits.

De plus, afin d’expliquer la variété des manifestations cliniques et la sévérité des symptômes, nous avons revu les données de 106 patients symptomatiques avec une délétion hétérozygote 15q13.3 et 21 patients avec des duplications qui ont été rapportées.

Dans des études récentes, des opinions différentes sont apparues quant à la nature et à l’emplacement précis des points de rupture de la délétion. Nous avons étudié la localisation des points de rupture en utilisant la FISH afin de confirmer dans quelle mesure ces options s’avèrent vraies pour nos patients.

Méthodes

Extraction d’ADN et CGH en réseau

Les leucocytes du sang périphérique ont été utilisés comme source d’ADN. L’analyse Array-CGH a été réalisée à l’aide d’un array slide Sure Print 4x180K (Agilent Technologies, Santa Clara, Calif., USA). L’ADN du patient a été marqué avec Cy3, l’ADN de référence avec Cy5. L’hybridation a été réalisée avec de l’ADN Cot-1 (1,0 µg/ml). Les échantillons d’ADN testés ont été hybridés avec de l’ADN de référence apparié au sexe (Agilent). Les étapes de purification, d’hybridation et de lavage ont été réalisées conformément aux instructions du fabricant. Le scanner Sure Scan microarray G2600D (Agilent), le logiciel Feature Extraction (Agilent) et le logiciel Agilent Cytogenomics Software Edition 2.0.6.0 ont été utilisés.

FISH et analyse des points de rupture

Les lames avec métaphases de lymphocytes périphériques cultivés ont été stockées à -70°C. Avant l’hybridation, les lames ont été traitées dans une série d’alcools (70, 80 et 100%), suivie d’un traitement à la pepsine (15 min, 37°C). Des BACs marqués par fluorescence (Illumina®, BlueFish) ont été utilisés comme sondes FISH. La préparation des sondes, l’hybridation et les étapes de lavage ont été effectuées selon les instructions d’Illumina.

Les sondes BAC utilisées étaient les suivantes : 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, et RP11-232J12, 53,792,861-53,948,902, chr.15q21.3 (voir fig. 1, hg19).

Résultats

Évaluation clinique

Les patients ont été initialement observés à l’occasion d’un examen neuropédiatrique en raison de déficits intellectuels et/ou de retard de développement. Le tableau 1 résume les résultats cytogénétiques et cliniques.

Description des patients

Patient 1 (III/1)

La jeune fille de 13 ans présentait un trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité (TDAH), des déficits intellectuels, un retard de développement, des infections respiratoires récurrentes et une scoliose. Son poids et sa circonférence crânienne (CEC) varient autour du 10e percentile (P), respectivement P90. Elle fréquente une école spécialisée. Sa mère (II/2, dans la fig. 2) a également fréquenté une école d’éducation spécialisée et l’a terminée avec succès. Les deux parents n’ont pas été disponibles pour des investigations plus poussées. La patiente 1 est une demi-sœur des patients 2 et 3, et la cousine du patient 4.

Patient 2 (III/2)

La patiente a été introduite à l’âge de 9 ans et présentait un retard de développement et de langage ainsi que des déficits intellectuels (test K-ABC : QI 63). Un EEG au réveil a montré des altérations générales, mais jusqu’à présent, aucune crise n’a eu lieu. Son CFO se situe entre P3 et P10, son poids et sa taille sont dans les limites de la normale. Le TDAH est traité avec du méthylphénidate. Elle est décrite comme une personne joyeuse mais aussi agressive et impulsive et fréquente une école spéciale. Les deux parents n’ont pas été disponibles pour des examens complémentaires.

Patient 3 (III/3)

La patiente de 10 ans a été diagnostiquée avec un trouble de l’apprentissage, qui n’a pas été défini plus précisément. Les mesures corporelles de la fille montrent une forte variation dans le temps. Jusqu’à l’âge de 2 ans, son CFO était P<3 ; actuellement, son poids est P97. Elle est obèse, présente un comportement stéréotypé et fréquente une école spécialisée.

Patient 4 (III/6)

L’examen du patient (13 ans) a révélé un retard de langage et de psychomotricité ainsi qu’un léger déficit intellectuel (HAWIK-IV : SW 56). Les caractéristiques notables sont une dyslalie multiple et un TDAH, qui est traité par méthylphénidate (10-15 mg/jour). L’EEG du garçon est sans particularité, son OFC est normal, sa taille P90, et son poids P97. Le caractère du patient est décrit comme amical mais parfois agressif et impulsif. Il fréquente une école pour handicapés. Ses deux parents ont fréquenté une école spécialisée. Son père (II/5) est emprisonné pour agression. Ses 2 sœurs (III/7, III/8) fréquentent également une école spéciale, et son demi-frère (III/9) présente un retard de développement et de langage, mais n’est pas porteur de la délétion. Le patient est le cousin des patients 1, 2 et 3. Les parents n’ont pas été disponibles pour l’investigation.

Patient 5

Le patient (14 ans) a présenté un comportement social anormal et un TDAH. En raison de ses mauvais résultats scolaires et de la discordance entre ses performances intellectuelles (HAMIK-IV, QI 78) et la moyenne de la famille, un examen médical a été initié. Après une crise d’épilepsie, il a été traité avec succès par Orfiril®. Le TDAH est traité avec du méthylphénidate (5-10 mg/jour). Ses parents n’ont pas été disponibles pour l’investigation.

Patient 6

En tant que nourrisson, le patient 6 a manifesté un retard de développement et de langage. Il présentait des signes d’hypotonie. Au moment de l’examen, le patient de 19 ans présentait des déficits intellectuels et un TDAH. Le traitement au méthylphénidate a été arrêté après que le patient ait commencé un sport de haut niveau, ce qui s’est avéré être un traitement efficace des symptômes du TDAH. Sa mère n’est pas porteuse d’une délétion. Son père n’a pas été disponible pour une investigation.

Patient 7

Le patient a été examiné à l’âge de 7 ans et a révélé des déficits intellectuels légers (test K-ABC, SW : 63). Ses mesures corporelles sont toutes dans la fourchette P10. Il est décrit comme agité et inattentif. Il fréquente une école spéciale. Ses parents n’ont pas été disponibles pour l’enquête.

Patient 8

Le patient est né avec une malformation cardiaque (malformation septale ventriculaire et malformation septale auriculaire). Il présente des caractéristiques dysmorphiques telles que des oreilles décollées, un hypertélorisme, un strabisme et une hypotonie. Son développement psychomoteur est retardé. À la naissance, la longueur et la CFO du patient étaient P50, son poids était P10. Il a hérité de la duplication de son père qui présente un phénotype sans particularité. Un oncle (sur le site maternel) présentant une épilepsie et une hyperthermie maligne a été signalé.

Analyse du point de rupture

Dans les études précédentes, l’hétérogénéité de la taille de la délétion a été un sujet d’intérêt. Shinawi et al. ont supposé que FAM7A1/2 fonctionne comme un point de rupture, tandis que Szafranski et al. ont soupçonné CHRNA7 et CHRFAM7A d’être responsables de la délétion récurrente dans le locus 15q13.3. Antonacci et al. ont suggéré la famille de gènes GOLGA8 comme candidats possibles. Une tentative a été faite pour valider ces théories en utilisant la FISH. La sonde 4 marque CHRNA7, la sonde 5 marque FAM7A, la sonde 2 marque CHRFAM7A, et la sonde 3 marque une région distale à CHRFAM7A (fig. 1). Chez nos patients, FAM7A est détectable dans les deux chromosomes 15. Ce résultat indique que le point de cassure distal est situé entre CHRNA7 et FAM7A. L’analyse des patients 7 et 4 montre que le point de cassure proximal est situé distalement par rapport à CHRFAM7A (fig. 3, 4). Chez le patient 7, la sonde 3 ponte le point de rupture. Par conséquent, CHRNA7 et CHRFAM7A ne médient pas la délétion récurrente concernant nos patients.

Évaluation des patients symptomatiques décrits dans les études précédentes

Pour les patients et les études, voir le tableau 2 et le matériel supplémentaire en ligne 1 (pour tout le matériel supplémentaire en ligne, voir www.karger.com/doi/10.1159/000443343). L’analyse statistique a été effectuée par le test exact de Fisher, en utilisant le logiciel ‘R’. Les résultats avec p < 0,05 ont été évalués comme significatifs.

Discussion

La famille que nous présentons présente des caractéristiques intéressantes. D’une part, le degré de parenté varie ; d’autre part, les symptômes diffèrent également (fig. 2). Cependant, il n’y a pas de lien démontrable entre le degré de parenté et les symptômes. Les patients 2 et 3, qui sont des sœurs, sont remarquablement différents. Elles varient considérablement en termes de mensurations, de caractère et de gravité des symptômes, bien qu’elles soient exposées à des facteurs environnementaux similaires et qu’elles soient porteuses de la même taille de délétion. Par conséquent, d’autres facteurs génétiques sont susceptibles d’influencer le degré des manifestations cliniques. Une explication possible pourrait être une expression altérée de ses gènes dans le génome, qui peut avoir des effets divers . Cette approche a été confirmée par Henrichsen et al. qui ont montré que les régions CNV sont exprimées à des niveaux plus faibles et plus variables et modifient l’expression des gènes voisins. Chaignat et al. ont déclaré que les CNV modifient le calendrier d’expression des gènes au cours du développement chez la souris. De plus, des modèles temporels d’expression différents peuvent être trouvés chez différents individus. En outre, l’expression altérée ou les mutations de différents gènes codant pour différentes étapes de la même voie neurobiologique pourraient intensifier les symptômes neurologiques. Poot et al. suggèrent différents mécanismes qui peuvent conduire à la pléiotropie phénotypique des CNV, par exemple, l’interaction des CNV, l’épistasie génétique ou l’exclusion allélique.

Trois membres de la famille sur 4 manifestent un TDAH ; tous présentent un retard de développement. L’origine du TDAH étant apparemment multifactorielle, il n’est pas surprenant de trouver une accumulation dans une même famille. De façon remarquable, tous les enfants sont affectés par la délétion. Des constellations génétiques familiales particulières peuvent augmenter la probabilité de manifester des symptômes. En outre, l’environnement intra-utérin de la mère porteuse de la délétion peut avoir affecté le phénotype de ses enfants. Cependant, aucun CNV partagé en corrélation avec l’apparition des symptômes n’a pu être identifié, et aucun second CNV pathogène n’a pu être identifié chez aucun de nos patients.

L’analyse du point de rupture montre que le point de rupture distal est positionné de manière distale par rapport à CHRNA7. Les emplacements possibles seraient dans les familles de gènes FAM7A ou GOLGA8, comme cela a déjà été suggéré, ou dans les régions de contrôle du locus . Le point de rupture proximal est situé distalement par rapport à CHRFAM7A. Chez les patients 1 à 4, qui appartiennent à une même famille, les tailles de délétion détectées par le logiciel d’analyse aCGH diffèrent. Ces différences sont dues à des écarts dans le schéma de distribution des oligonucléotides dans l’aCGH à l’intérieur et autour des régions de rupture. De légères modifications du rapport logarithmique des oligonucléotides situés en marge entraînent un déplacement considérable de la taille de la délétion détectée par le logiciel d’analyse. La différence évidente de taille de la délétion récurrente 15q13.3 est très probablement un artefact du logiciel de traitement. Nous supposons que la délétion est de taille identique pour tous les membres de la famille (voir matériel complémentaire en ligne 2).

Différentes études CNV ont révélé une association de la délétion 15q13.3 avec la schizophrénie, l’épilepsie et l’autisme. Plusieurs publications ont été publiées présentant de nouveaux cas et théories sur les points de rupture et les facteurs qui modifient les symptômes . Des efforts ont été faits pour fusionner ces informations afin de trouver de nouvelles connexions.

Les résultats laissent place à des spéculations. Les délétions sont héritées dans 80,88%. Le décentrage maternel est décrit de façon disproportionnée plus souvent pour les délétions (54,41%, p = 0,001) et les duplications (53,33%, p = 0,027).

Une explication pourrait être donnée par Sinkus et al.Ils ont étudié l’impact des polymorphismes du promoteur de CHRNA7, qui diminuent le niveau de transcription de ∼25% et influencent le niveau de cortisol chez la mère et l’enfant. Le taux de cortisol de l’enfant est encore plus abaissé, si la mère ainsi que l’enfant sont porteurs de polymorphismes. L’impact de l’entourage intra-utérin peut également avoir une influence sur d’autres facteurs. Le CFO est réduit chez les patients si la délétion est héritée par la mère (P<25 dans 50%, p = 0.002). Par conséquent, nous supposons que si l’aberration est héritée de la mère, l’entourage intra-utérin intensifiera les symptômes. Comme nous n’avons inclus que des patients symptomatiques dans cette évaluation, cela expliquerait pourquoi la majorité des aberrations sont apparemment d’origine maternelle (54%, p = 0,001). Dans ce contexte, il est frappant de constater que la répartition de la délétion entre les sexes est égale. Nos données confirment les conclusions de Lowther et al . Dans leur revue exhaustive de la délétion 15q13.3, ils ont combiné les patients symptomatiques et asymptomatiques. Comme nous n’avons inclus que les patients symptomatiques, les proportions des modèles de distribution des caractéristiques sont similaires mais les nombres relatifs diffèrent. En ce qui concerne le décent maternel accru des délétions, ils énoncent une aptitude réduite à la reproduction chez les mâles comme une explication possible.

La taille de la délétion n’est pas systématiquement corrélée avec le degré de symptômes. Par exemple, la comparaison du degré de déficience intellectuelle avec la taille de la délétion ne montre aucun lien linéaire. Les patients présentant la délétion typique de 1,6 Mb présentent des déficits graves plus fréquemment que les patients présentant des délétions plus petites ou plus grandes (41,07 %, p = 0,00045). Les déficits intellectuels sont signalés significativement plus souvent chez les patients présentant des délétions que des duplications (79,78 et 55,56 %, p = 0,037). Comme prévu, une intelligence normale est décrite le plus souvent chez les patients présentant des délétions <1 Mb (45%, p = 0,0037).

Les délétions d’une taille de 1-1,6 Mb sont les plus fréquentes (63,21%, p = 0,0002). Les duplications <1 Mb (66,67%, p = 0,0004) sont les plus fréquemment décrites. En ce qui concerne les délétions, des déficits intellectuels (79,78%), des troubles du langage (75,34%), un phénotype notable des parents (66,67%), et des troubles du comportement (63,64%) sont décrits beaucoup plus souvent que l’épilepsie (30,61%) ou l’autisme (27,71%) (p = 0,02-3,931E-09). En comparant les duplications et les délétions, les duplications sont associées plus souvent à l’autisme (p = 0,039) et le phénotype des parents est sensiblement moins fréquent (p = 0,027).

L’épilepsie est significativement associée à des déficits intellectuels légers (59,09%, p = 0,0029). Le trouble du langage est associé à des déficits intellectuels dans 79,24% des cas (p = 0,003).

En conclusion, on peut dire que le phénotype clinique de la microdélétion 15q13.3 est d’origine multifactorielle. Même les membres d’une famille proche exposés à des facteurs environnementaux similaires diffèrent significativement dans leurs manifestations cliniques. Le conseil génétique dans les familles présentant des microdélétions 15q13.3 ou notamment des microduplications reste donc complexe et parfois inadéquat. D’autres investigations dans les altérations génétiques concernant l’allèle non délété ou les régions promotrices des gènes affectés pourraient être plus prometteuses lorsqu’il s’agit de découvrir des facteurs d’influence.

Remerciements

Les auteurs remercient Margot Fliegauf, Monika Heinkelein, Helga Heitzler et Claudia Ladwig du groupe de cytogénétique de l’Institut de génétique humaine de Fribourg pour leurs conseils et leur assistance expérimentale. Nous remercions également Ekkehart Lausch, Elke Botzenhart, Susanne Munk-Schulenburg et Andreas Busche pour les soins apportés aux patients. Nous sommes reconnaissants aux patients et à leurs familles pour leur aimable coopération.

Déclaration d’éthique

Les auteurs n’ont pas de conflits éthiques à divulguer.

Déclaration de divulgation

Les auteurs n’ont pas de conflits d’intérêts à déclarer.

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