Mosaik föräldraledmutationsmutationer som orsakar återkommande former av missbildningar av kortikal utveckling | europeisk tidskrift för mänsklig genetik

Mosaik föräldraledmutationsmutationer som orsakar återkommande former av missbildningar av kortikal utveckling | europeisk tidskrift för mänsklig genetik

Anonim

ämnen

  • Epilepsi
  • Genetisk rådgivning
  • Screening med hög kapacitet
  • Nevroutvecklingsstörningar

Abstrakt

För att upptäcka saknade genetiska orsaker som ligger bakom monogena störningar med återfall i syskon, undersökte vi hypotesen om föräldrarnas kinesiska mosaikmutationer i familjära former av missbildning av kortikal utveckling (MCD). Intressant nog identifierades fyra familjer med föräldrar med kimlinvarianter, av 18, genom hel exome sequencing (WES), inklusive en variant i en ny kandidatgen, syntaxin 7 . Med tanke på denna höga frekvens bör revision av diagnostiska strategier och återfallsrisk inte bara beaktas för de återkommande formerna, utan också för sporadiska fall av MCD.

Introduktion

Familjeformer av Mendeliska störningar med återfall hos syskon och friska föräldrar förutsägs vanligen att de kommer från två arvssätt: X-länkade eller autosomala recessiva med homozygota eller sammansatta heterozygota mutationer som ärvts från friska heterozygota föräldrar. Konventionella Bayesiska metoder som tar hänsyn till tidigare sannolikhet för varje händelse och villkorad sannolikhet på basis av stamtavlaanalys används vanligtvis för att bestämma relativa sannolikheter för varje arvsmönster. 1 Till exempel, i EuroMRX-konsortiumstudien med fokus på familjära former av intellektuell funktionshinder (ID) med minst två drabbade bröder, föreslog författare att 63% av ID i dessa familjer då skulle vara X-länkade. 2 Denna uppskattning står i kontrast till den mycket lägre observerade frekvensen på 17% som visas i en kohort av potentiella X-länkade ID-familjer med två drabbade pojkar. 2 För störningar med autosomalt recessivt arvsmönster är odiagnostiserade fall vanliga trots korrekt analys av kända gener och kandidatrelaterade gener.

Hur kan vi förklara dessa "saknade genetiska orsaker"?

Man kan hävda att de saknade mutationerna kan finnas i ännu inte identifierade gener eller i icke-kodande regioner i genomet. Alternativa genetiska förklaringar inkluderar autosomal dominerande arv med reducerad penetrans, polygen eller multifaktoriell arv modulerad av påverkan av icke-genetiska faktorer.

Här undersökte vi hypotesen om att dessa familjära fall kunde hänföras till föräldrarnas mosaikkimlinmutationer. Sådana händelser har redan beskrivits för få väldefinierade störningar med hjälp av riktad analys av specifika gener. Procentandelen grodd- eller somatiska mutationer har visat sig vara mellan 6 och 11, 5%. 3 Såvitt vi vet utforskades emellertid denna hypotese sällan på ett opartiskt sätt för en heterogen grupp av störningar. 4 I denna studie använde vi hel-exome sequencing (WES) -metod för att bedöma bidraget från föräldramosaik-kimlinmutationer i familjära former av missbildningar av kortikal utveckling (MCD).

Ämnen och metoder

Vi valde 18 familjer med minst två syskon som drabbades och friska föräldrar. Indexfall påverkades av lissencephaly, polymicrogyria, heterotopia eller microcephaly, med eller utan avvikelser i corpus callosum, hjärnstam eller cerebellum. Detaljer om stamtavlor, kliniska och avbildande fenotyper sammanfattas i tilläggstabell 1.

Vi utförde WES i trios gjorda av ett barn med en MCD och hans två oberoende föräldrar, förutom en besynnerlig familj (P370), med hjälp av standardprotokoll utvecklade vid CNG (Centre National de Génotypage) och pipeline-analys av Paris Descartes University bioinformatikplattform. 3 Exom-sekvenseringskvalitetsdata finns tillgängliga i tilläggstabell 2. Vi analyserade varianter som påverkar kodningsregioner och viktiga skarvningsplatser och uteslutte alla varianter med en frekvens som är större än 1% enligt genomiska databaser (dbSNP, 1000 Genomes, Exome variant-server och lokal plattformsdatabas ). Vi använde olika genetiska modeller för arv ( de novo , recessive, X-länkade) för att utföra familjeanalys av trios exomdata. Slutligen bekräftades relevanta varianter genom PCR och Sanger-sekvensering och testades med avseende på familjär segregering med användning av genomiskt DNA från patienten, hans eller hennes föräldrar och sibs.

Vi använde olika metoder för att bestämma föräldrarnas ursprung för de novo- varianter, beroende på haplotyper, informativitet för SNP och avståndet mellan SNP och mutation (kompletterande figur 3 och legend av kompletterande figur 3).

I det misstänkta fallet med somatisk variant utfördes bekräftelse och uppskattning av procentandelen celler som bär varianten med Droplet Digital PCR-metod med användning av DNA extraherat från perifert blod från P248 proband och hans två föräldrar (QX100 Droplet Digital PCR System, Bio-Rad Life Science Research, Hercules, CA, USA). Vi använde både variant- och vildtypspecifika primers associerade med specifika sonder. Data analyserades med programvaran QuantaSoft v.1.4 (Bio-Rad Life Science Research).

Använda referenssekvenser: DYNC1H1 (NM_001376.4), TUBA1A (NM_001270399.1), STX7 (NM_003569.2), ASNS (NM_133436.3), VPS13B (NM_017890.4), REELN (NM_005045.3), WDR62 (NM_173636). 4), LACTB (NM_032857.3).

Alla varianter har skickats in i ClinVar-databasen (//www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/); anslutningsnummer för den nya varianten i STX7- genen: SCV000222759.

Resultat och diskussion

Denna strategi gjorde det möjligt för oss att identifiera fem familjer med varianter i gener som är involverade i autosomala MCD-störningar (tabell 1 och kompletterande figur 1) och fyra familjer med bevis för förekomst av föräldrarnas kinesiska mosaiker (tabell 1 och figur 1). Även om de flesta variationer involverar kända MCD-relaterade gener identifierades vi också i en familj (P248, tabell 1 och figur 1) med subkortikalt band heterotopi, faderlig groddlinje och somatisk variant i en ny gen, STX7 ( Syntaxin 7) .

Full storlek bord

Familjer med mosaikvarianter av föräldralös kimlin ( a ) P248- STX7- variant. ( a1, a2, a3 ) Probands MR-avsnitt som visar det utökade heterotopbandet. ( a4 ) WES läser som visar STX7- varianten och en variant läst i fadern. ( a5 ) Droplet digital PCR-data som bekräftar den somatiska mosaiken hos fadern: variant allel finns i 213 av 3882 positiva droppar i första fadersbrunn; 207 av 3788 i andra brunnen; 239 av 3738 i tredje brunnen; frånvarande i modern och närvarande 1982 av 2053 droppar i proband. ( a6 ) Faders MR som visar det mildare bakre bandets heterotopi (pil). ( b ) P474- TUBA1A- variant. ( b1, b2, b3 ) Patientens MR-sektioner som visar corpus callosum-agenes, hjärnstam- och cerebellumavvikelser, bilaterala operakulära dysplasi och dysmorfa ventrikulära horn. ( c ) P374- DYNC1H1- mutation. ( c1, c2 ) Histopatologiska sektioner som visar heterotopiska nervceller, förlängda polymikrogyria, förstorade grobarhetszoner och disorganiserade axonala kanaler (pilar). ( d ) P5- DYNC1H1- variant. Stjärnsymbol är att markera positionen för heterozygot mutation hos drabbade individer.

Bild i full storlek

Förutom indexfallet, en 3-årig pojke med bakomliggande dominerande subkortikalt band heterotopi, inkluderar denna familj ett kvinnligt foster för vilket graviditetsuppföljning avslöjade en mikrocefali med pachygyria som ledde till föräldrabeslut om medicinskt avslutande av graviditet. I denna familj har de novo c.159A> C, p. (Gln53His) heterozygot variant i STX7- genen som avslöjats av WES i indexfallen bekräftats av Sanger-sekvensering hos båda syskon men inte hos föräldrarna (figur 1, tabell 1) . En närmare titt på läsningarna som genererades av sekvenseringen med hög kapacitet visade emellertid förekomsten av denna variant tre gånger av 95 fars läsningar som var förenliga med en somatisk mosaik. Dropp-PCR-analys avslöjade variantalleler i 4, 8% av faderliga blodceller (figur 1 och kompletterande tabell 7). En nyligen genomförd MR-undersökning som gjordes hos fadern visade bilaterala och symmetriska bakre band heterotopi (figur 1).

Som nämnts i tilläggstabell 3 har en annan variant, c.46G> A, p. (Gly16Arg) i LACTB- genen också hittats i avkomman men inte hos föräldrarna till denna familj. Denna variant är känd och beskrivs i dbSNP (rs34925488) som finns i cirka 3% av befolkningen.

Vi fokuserade sedan på varianten i STX7 , som kodar 261 aminosyraproteinet, kallad syntaxin 7, involverat i vesikelhandel 5 och krävs för sen endosom-lysosom-fusion. 6 Syntaxiner är en familj av transmembranproteiner som tillhör SNARE-komplexet (löslig N- etylmaleimidkänslig faktor Attachment protein REceptor) känd för att vara inblandad i NMDA ( N- metyl-D-aspartat) receptor och dopaminerg receptorfunktion 7 . För att ytterligare stödja vårt resultat, analyserade vi med kvantitativt RT-PCR STX7- uttryck med RNA extraherat från olika vävnader och visade att STX7-transkript är allestädes närvarande med en dominerande nivå i det centrala nervsystemet (kompletterande figur 2). Dessutom förutsades p. (Gln53His) -varianten i STX7- genen av Polyphen 2 och mutation Tester för att förändra en mycket konserverad aminosyra och att vara skadlig. Sammantaget överensstämmer dessa data med STX7- varianten som den troliga orsaken till sjukdomens fenotyp i denna familj. Vi screenade de fullständiga kodningssekvenserna och skarvplatserna för denna gen i en kohort av 276 individer påverkade av olika MCD: er, men identifierade inte någon ytterligare potentiell skadlig variant. I efterhand kan sällsyntheten hos den typ av MCD som observerats i denna familj (posterior band heterotopia) förklara frånvaron av ytterligare mutation i den screenade kohorten, huvudsakligen berikad med PMG- och pachygyria fall.

De återstående föräldrarnas kimlinjevarianter identifierades i kända MDC-relaterade gener (figur 1 och tabell 1). I korthet inkluderades P5-familjen på grund av förekomsten av två fall med mikrolissensfalie och artroskrypos som ledde till avbrott i graviditeten. I denna familj identifierade vi i båda fostret en vanlig variant av DYNC1H1- genen (c.1738G> A, p. (Glu580Lys)) som inte detekterades i föräldra-DNA. Vi kan lyfta fram variantens moder ursprung (tilläggsfigur 3). För P474-familjen bekräftades c.1148C> T, p. (Ala383Val) -varianten i TUBA1A- genen som detekterades av WES hos båda patienterna, pojken som dog vid en ålder av 13 månader och i sin unga syster. De påverkades båda av en komplex MCD kombinerad med cerebellar hypoplasi och agenes av corpus callosum. Även om vi inte upptäckte varianten i föräldrarnas blod-DNA, var det möjligt att spåra dess mors ursprung (kompletterande figur 3).

Slutligen hänvisades P374-familjen med tre drabbade foster till vårt laboratorium för diagnostiska ändamål. Vi identifierade en heterozygot variant i DYNC1H1- genen i ett kvinnligt foster efter graviditetsavbrott för agenes av corpus callosum och "dubbel cortex" aspekt. Vi bekräftade c.8159G> A, s. (Arg2720Lys) -varianten hos de andra aborterade kvinnliga och manliga foster som delade samma missbildning. Intressant nog visade neuropatologisk analys fokal polymicrogyria med större neuronal migrationsdefekt (multipelband och knutar av heterotopia) och onormal axonal vägledning med anarkiska kanaler i den vita substansen och hjärnstammen. Förutom agenes av corpus callosum var cerebellum hypoplastiskt med heterotopier. Det är den första beskrivningen av DYNC1H1- relaterade histologiska avvikelser. Denna variation var inte påvisbar i DNA från föräldrarblod och bestämning av föräldraors ursprung hämmas av bristen på informativ SNP i närheten av varianten (kompletterande figur 3).

Totalt, av 18 familjer med återkommande former av MCD, varianter identifierades i 5 familjer med autosomal recessiv arv och fyra familjer med föräldralös mosaik (9 av 18; 50%). I efterhand skulle det ha varit möjligt att identifiera de flesta varianter genom att testa riktade MDC-relaterade gener; emellertid, eftersom familjär segregering och fenotyper inte alltid var suggestiva, framkom den opartiska WES som en lämplig strategi. För de återstående nio familjerna hittade vi ingen variant som delades av drabbade syskon i fem familjer; och identifierade homozygota, sammansatta heterozygota eller X-länkade varianter i kandidatgener i fyra familjer, markerade i kompletterande tabeller 3.

Det är viktigt att vår studie visade att mosaik i föräldrarnas kimlin står för cirka 15% av de återkommande formerna av MCD och borde leda till en översyn av uppskattad risk för återkommande sjukdomar och genetisk rådgivning för par med ett drabbat barn som bär en variant som anses vara de novo . Man bör också överväga mutation av mosaik-kornlinje när man undersöker uppenbara autosomala recessiva familjära störningar. Slutligen bör detta opartiska WES-tillvägagångssätt tillämpas för att utvärdera föräldrarnas kinesiska mosaikbidrag i andra heterogena grupper av genetiska sjukdomar.

Kompletterande information

Word-dokument

  1. 1.

    Kompletterande information

    Kompletterande information åtföljer detta dokument på webbplatsen European Journal of Human Genetics (//www.nature.com/ejhg)