Proximale Deletie 12q met een Nieuw Inzicht in Groeiachterstand

Abstract

Proximale deletie van de lange arm van chromosoom 12 is een zeldzame chromosomale afwijking die bij ongeveer 20 patiënten wordt beschreven. Bekende deleties omspannen de regio van 12q11 tot 12q13 en omvatten de genen YAF2, AMIGO2, en NELL2. Deze worden gesuggereerd als kandidaat genen voor de belangrijkste fenotypische kenmerken zoals groei en psychomotorische retardatie. Hier presenteren wij een geval met een 3.1-Mb interstitiële deletie op 12q12q13.11. De klinische observaties van onze patiënt overlappen met de meest voorkomende bevindingen bij gepubliceerde gevallen. De deletie die bij onze patiënte werd vastgesteld heeft geen betrekking op de eerder gesuggereerde kandidaat-genen YAF2 en AMIGO2. Wij trekken een correlatie tussen proximale deletie 12q en ARID2 deficiëntie door patiënten met grove deleties te vergelijken met een cohort van patiënten met kleine intragene ARID2 deleties en patiënten met single nucleotide varianten (SNVs) in ARID2. Groeiachterstand ARID2. Echter, ARID2 SNVs correleren niet met ernstige groeiachterstand.

© 2020 The Author(s) Uitgegeven door S. Karger AG, Basel

Chromosoom 12q deleties zijn een heterogene groep van genetische aandoeningen die kunnen worden geclusterd in 3 grote subgroepen: (i) proximale deleties met breekpunten in 12q11q13; (ii) intermediaire deleties met breekpunten in 12q15q21, en (iii) distale deleties met breekpunten in 12q22q24. Bovendien is een gedefinieerd 12q14 microdeletie syndroom beschreven in de literatuur . Een variabele graad van ontwikkelingsachterstand en intellectuele stoornissen werd vastgesteld voor de meeste van de gepubliceerde gevallen. Dit feit is in overeenstemming met de algemene observatie dat de meerderheid van de chromosomale herschikkingen geassocieerd zijn met ontwikkelings- en intellectuele retardaties, evenals een breed spectrum van dysmorfismen.

Proximale deleties van de lange arm van chromosoom 12 zijn beschreven bij ongeveer 20 patiënten. Vijf van deze patiënten hebben een duidelijk omschreven fenotype dat wordt gekenmerkt door een ontwikkelingsachterstand met cognitieve stoornissen, groeiachterstand en een verminderde hoofdomtrek, evenals een breed voorhoofd, grote laag aangezette oren, brede neusbrug en/of neus, lang philtrum, en wijd uit elkaar staande tepels. Al deze patiënten hebben een overlappend verwijderd gebied op 12q12, waar YAF2, AMIGO2 en NELL2 werden gesuggereerd als kandidaat-genen voor groei en psychomotorische retardatie. Er is echter geen sterke correlatie of experimenteel bewijs aangetoond dat deze genen geassocieerd zijn met de genoemde fenotypische afwijkingen.

In deze studie rapporteren wij een patiënt met een 3,1-Mb deletie op 12q12q13.11 die bijdraagt aan het cohort van patiënten met proximale deleties op 12q. Deze deletie omspant niet de eerder voorgestelde kandidaat genen YAF2 en AMIGO2. In plaats daarvan wordt een minimaal kritiek gebied voor matige tot ernstige groeiachterstand afgebakend met ARID2 als kandidaat-gen. Wij vergelijken dit cohort ook met patiënten met ARID2-genverstoring en stellen voor het eerst ARID2 voor als kandidaat-gen voor matige tot ernstige groeiachterstand (<-2 SD). We merken op dat ARID2 single nucleotide varianten (SNVs) niet correleren met ernstige groeiachterstand, wat kan wijzen op verschillende effecten van verschillende soorten genetische varianten op ARID2 eiwit functie.

Presentatie van het geval

De mannelijke patiënt werd op tijd geboren na een onopvallende zwangerschap en bevalling; Apgar scores waren 9-10-10. Geboortegewicht was 3.210 g (15e centiel/-1 SD) en lengte 47 cm (<10e centiel/ -2 SD). Hij had moeilijkheden met borstvoeding en nam niet zo snel in gewicht toe als verwacht. De jongen kwam bij de dokter wegens “failure to thrive”. Hoewel zijn streeflengte ongeveer 1,80 m (±0 SD) is, is hij gegroeid op -3 SD voor lengte, iets onder -2 SD voor gewicht, en heeft hij een hoofdomtrek van -1 SD (Fig. 1A). Al vroeg vertoonde hij tekenen van ontwikkelingsachterstand, vooral op het gebied van de mondmotoriek en de expressieve spraakontwikkeling. Op de leeftijd van 6 jaar kwijlt hij en eet hij nog steeds gepureerd voedsel. Hij begon met 18 maanden zonder steun te lopen en heeft nog steeds wat moeite met de fijne motoriek. Volgens de ouders leek hij op de leeftijd van 3 jaar meer op een 2-jarige. Hij werd zindelijk op 3,5-jarige leeftijd en draagt ’s nachts luiers op de leeftijd van 6,5 jaar.

Omwille van een lichte strabismus wordt hij opgevolgd door een oogarts. Het gehoor is normaal. Uit een psychologisch onderzoek op de leeftijd van 6 jaar bleek dat hij een expressieve taalachterstand had en moeite had met overgangen en veranderingen van routines. In het algemeen werd geconcludeerd dat hij een verminderd vermogen tot sociale wederkerigheid en communicatie vertoonde, hetgeen als een klinisch significante functionele beperking werd beoordeeld. Er waren echter geen duidelijke aanwijzingen dat hij stereotiepe, beperkte of repetitieve interesses vertoonde, en daarom voldeed hij aan de diagnostische criteria voor atypisch autisme volgens de ICD-10.

Bij onderzoek ziet men een kleine jongen met een scaphocephale hoofdvorm, lang gezicht, prominent voorhoofd, lichte strabismus, brede neus en neusbrug, lang philtrum, dunne bovenlip, hoog gehemelte dat ventraal versmald is, wijd uit elkaar staande tepels, breed uitstaande vingers, en hypoplastische teennagels (Fig. 1B-F). Hij heeft een verminderde spiertonus. Voor een gedetailleerde klinische beschrijving zie tabel 1.

Methode en resultaten

Met het oog op de groeiachterstand werd op de leeftijd van 3,4 jaar een hormoonscreening uitgevoerd. De schildklierfunctietest was binnen het normale bereik (TSH 1,77 (0,7-6,0) mlE/L, FT4 16,4 (12,3-23) pmol/L, FT3 5,7 (3,7-8,5) pmol/L), evenals de insuline-groeifactor 1 (IGF-1, 38 (27-172) ug/L, en 58 ug/L op de leeftijd van 3,5 jaar).

De patiënte werd doorverwezen voor genetisch onderzoek vanwege ontwikkelingsachterstand en dysmorfie. Chromosomale microarray analyse werd uitgevoerd met CytoScan HD (Thermo Fisher) volgens de instructies van de fabrikant. De analyse identificeerde een 3,1-Mb interstitiële deletie in de lange arm van chromosoom 12, arr 12q12q13.11(43889138_47011108)x1. FISH-analyse werd uitgevoerd op metafase-uitzaaiingen van gekweekte bloedlymfocyten met gebruikmaking van de BAC-probe RCPI-11 95K16 (Empire Genomics) die zich binnen de verwijderde regio bevindt en standaardtechnieken. TelVysion 12q (Abbot), gelegen in subtelomerische regio 12q, werd gebruikt als controle probe. FISH-analyse van de ouderlijke metafase kon geen deletie of andere herschikking van de genoemde regio aantonen (gegevens niet weergegeven).

Discussie

In deze studie beschrijven we een de novo deletie op 12q12q13. Het verwijderde gebied in onze patiënt overlapt gedeeltelijk met eerder beschreven deleties in 5 onafhankelijke gevallen (Fig. 2) . Vier gevallen, waaronder onze patiënt, presenteerden zich met psychomotorische ontwikkelingsachterstand, korte gestalte, verminderde hoofdomtrek, evenals grote laag aangezette oren, strabismus, brede neusbruggen en/of neuzen, lange filtrums, naar beneden gedraaide mondhoeken, en wijd uit elkaar staande tepels (tabel 1). De patiënt beschreven door Carlsen et al. vertoonde de meeste van de bovengenoemde klinische kenmerken, hoewel hij kleine oren had, een brede mond en eerder een verhoogde hoofdomtrek. Bij een klinisch onderzoek op de leeftijd van 10 jaar lagen zijn lengte en gewicht binnen het normale bereik (10e centiel).

Vijfde vinger clinodactylie en kleine handen en/of voeten waren gemeenschappelijke kenmerken die in alle 5 eerder beschreven gevallen aanwezig waren, maar niet in onze patiënt. Hypoplastische teennagels en brede vingers werden waargenomen bij onze patiënte, maar niet bij de andere patiënten. Bovendien werd een congenitaal atriumseptumdefect waargenomen bij één patiënt, gerapporteerd door Weng e.a., en een verwijde aortawortel en een licht verdikt ventrikelseptum werden waargenomen bij één patiënt op de leeftijd van 21 maanden, gerapporteerd door Carlsen e.a.

De deletie omvat 12 eiwitcoderende genen, waarvan er 4, TWF1, TMEM117, NELL2, en ARID2, haploinsufficiëntiescores van minder dan 25% hebben en daardoor waarschijnlijk functieverlies veroorzaken. Bovendien zijn 3 van de genen binnen de verwijderde regio, ANO6, IRAK4, en ARID2, eerder in verband gebracht met bekende klinische aandoeningen (OMIM morbid). ANO6 is geassocieerd met een tekort aan bloedplaatjes stolling activiteit genaamd Scott syndroom , dat is een recessieve aandoening. IRAK4 is betrokken bij de werking van het immuunsysteem. De symptomen van onze patiënt komen niet overeen met de fenotypen beschreven voor deze aandoeningen.

De minimale kritische regio en kandidaat-genen voor deleties op 12q12 werden besproken in ten minste 4 papers die 4 patiënten beschrijven met overlappende deleties (Fig. 2) . Miyake et al. suggereerden YAF2 en AMIGO2 als mogelijke kandidaten voor de fenotypische conditie in hun 2 patiënten. De hypothese dat YAF2 geassocieerd zou zijn met de groeiachterstand werd ook ondersteund door Failla et al. Bovendien suggereerden zij dat PRICKLE1 leerstoornissen zou veroorzaken.

Weng et al. en Carlsen et al. wezen op het belang van NELL2 in de fysiologie van het zenuwstelsel en de mogelijke associatie met groeiachterstand. Een recente studie toonde het belang aan van NELL2 in het eetlustgedrag bij ratten en een verminderde voedselinname na de downregulatie van NELL2 expressie in de hypothalamus . Over het geheel genomen werden bij de patiënten met deletie 12q alleen voedingsmoeilijkheden geannoteerd, zonder enige specifieke vermelding van een wezenlijk verminderde eetlust. Bovendien vertoont de door Carlsen et al. gerapporteerde patiënt, die een deletie met NELL2 heeft, geen ernstige groeiachterstand. Daarom veronderstellen wij dat het onwaarschijnlijk is dat NELL2 een belangrijke invloed heeft op de groeiachterstand die in dit cohort wordt beschreven.

ARID2 is niet eerder beschouwd als een sterk kandidaat-gen voor het cohort van patiënten met 12q proximale grove deleties. Echter, ARID2 is het enige overlappende gen in de 4 eerder gerapporteerde gevallen die geassocieerd zijn met de aandoening . ARID2 was niet verwijderd bij de patiënt beschreven door Carlsen et al. (Fig. 2). Interessant is dat die patiënt noch een matige noch een ernstige groeiachterstand vertoonde (Tabel 1); zijn groeiparameters waren zelfs genormaliseerd op de leeftijd van 10 jaar, en hij heeft een toegenomen hoofdomtrek.

ARID2 codeert voor een AT-rijk interactief domein (ARID)-bevattend DNA-bindend eiwit dat nodig is voor de stabilisatie van het SWI/SNF chromatine remodelleringscomplex SWI/SNF-B (PBAF), dat de embryonale celpatroonvorming en celcycluscontrole regelt. Het is in verband gebracht met korte gestalte, verstandelijke handicap, en specifieke dysmorfe kenmerken . Er zijn echter slechts enkele patiënten met ARID2-deficiëntie beschreven. Gemeenschappelijke klinische symptomen voor deze gevallen zijn een korte gestalte en een algemene ontwikkelingsachterstand met cognitieve stoornissen. Ze delen ook dysmorfe kenmerken zoals een grof gezicht met een prominent voorhoofd, brede neus, en naar beneden hellende palpebrale fissuren (tabel 2). Micrognathie, abnormaal philtrum en naar achteren gedraaide laag aangezette oren waren aanwezig bij de meeste patiënten. Bovendien vertoont de meerderheid van de patiënten hypotonie, voedingsmoeilijkheden en verschillende gedragsafwijkingen.

Beide cohorten met ARID2 SNV’s en met deleties van het volledige gen (del12q) hebben verschillende gelaatskenmerken zoals een prominent voorhoofd, laag aangezette oren, een brede neus, een lang/prominent philtrum en een kleine mond. Kleine handen en voeten komen veel vaker voor bij patiënten met del12q, terwijl naar beneden hellende palpebrale fissuren slechts in 2 gevallen aanwezig waren. Grof gezicht was niet typisch voor de del12q groep, terwijl wijd uit elkaar staande tepels niet werden geannoteerd voor de ARID2 SNVs groep. Hypotonie en voedingsmoeilijkheden zijn kenmerken die voor de meeste patiënten in beide groepen werden geannoteerd. Ontwikkelingsachterstand werd waargenomen bij alle patiënten.

Erge groeiachterstand (<-3SD) was niet aanwezig noch in het ARID2 SNVs cohort noch in de patiënt van Carlsen et al. die een intacte ARID2 had. Bovendien vertoonde één patiënt met een intragenische deletie in ARID2 (DECIPHER 267546) geen ernstige groeiachterstand. In plaats daarvan groeiden deze patiënten in het bereik van -1 SD tot -2,2 SD.

ARID2 deficiëntie is ook gecorreleerd met het Coffin-Siris syndroom (CSS; MIM 617808) waarbij wordt gewezen op globale ontwikkelingsachterstand, korte gestalte, en grove gelaatstrekken . CSS wordt veroorzaakt door pathogene varianten in verschillende componenten van het SWI/SNF-BAF complex, waaronder ARID1A en ARID1B . Aangezien ARID2 een component is van de PBAF-subeenheid van het SWI/SNF-complex, suggereert co-expressie van ARID2 met ARID1A en andere componenten van het BAF-complex een fenotypische overlap zoals een verstandelijke handicap voor CSS en ARID2-deficiëntie . Echter, typische CSS kenmerken zoals hypertrichosis, dun hoofdhaar, lange wimpers, en borstelige wenkbrauwen zijn noch aanwezig in de ARID2 SNVs noch in de del12q groep.

ARID2-bevattend SWI/SNF-PBAF eiwitcomplex reguleert weefselspecifieke genexpressie. Depletie van ARID2 beïnvloedt de expressie van de anabole groeifactor BMP4 en de groeifactor receptor FGFR2 die cruciaal zijn voor de differentiatie van osteoblasten, in het bijzonder pre-osteoblast commitment . Dezelfde studie toonde een negatief effect aan van ARID2 depletie op het mineralisatie fenotype in rijpende osteoblasten. Deze feiten zouden de groeiafwijking en de craniofaciale kenmerken kunnen verklaren bij patiënten met heterozygote varianten in ARID2. Complete ARID2 knock-out muizen vertonen ernstige cardiale defecten met verminderde proliferatie van cardiomyocyten en embryonale letaliteit. Implicatie van ARID2 in de ontwikkeling van het cardiale systeem zou de waargenomen hartafwijkingen bij sommige patiënten kunnen verklaren (Tabellen 1, 2). Er zijn geen gevallen beschreven met homozygote depletie van ARID2 bij de mens.

Het is opmerkelijk dat alle beschreven SNVs in ARID2 (frameshift en nonsense) een deleterieus effect hebben. Van de variant c.3411_3412delAG (p.Gly1139Serfs*20) werd zelfs verondersteld dat deze werd bijgewoond door nonsens-gemedieerd RNA verval (NMD) wat leidt tot haploinsufficiëntie van ARID2 . Een gelijkaardig mechanisme voor een schadelijk effect kan gespeculeerd worden voor andere SNVs. Een gedetailleerde analyse van het NMD fenomeen voor een ARID2 SNV werd echter niet uitgevoerd.

In feite kan de verschillende graad van groeiachterstand in de 2 groepen patiënten wijzen op verschillende effecten van SNVs of intragene deleties en grove deleties op ARID2 functionele implicatie in de pathogenese. Analyse van de locatie van SNVs en deleties in correlatie met de ARID2 structuur kan nieuw licht werpen op de voorspelling van mogelijke functionele effecten van deze genetische varianten. ARID2 is een eiwit van 1835 aa dat 4 onderscheiden functionele regio’s bevat (Fig. 3). Drie zeer conservatieve DNA-bindende domeinen (ARID, RFX, en ZNF) samen met een nucleaire receptor herkenningsmotief (LXXLL) mediëren transcriptionele activatie van geselecteerde genen.

Voorspeld wordt dat de meeste SNVs tussen de LXXLL en ZNF regio’s een verlies van het ZNF domein zullen veroorzaken. De uitzonderingen zijn de p.Arg53Glufs*5 variant gelegen in het ARID domein en p.Tyr133* gelegen net na het ARID domein. Deze patiënten, samen met de patiënt die de p.Gly1139Serfs*20 variant draagt, met een verondersteld NMD effect, vertonen een groeiachterstand net onder -2 SD, die ernstiger is in vergelijking met patiënten met andere ARID2 SNVs. De meeste gepubliceerde gevallen met intragene deleties binnen ARID2, omvatten ofwel alleen het ARID domein (exonen 3-5 verwijderd) of ARID samen met LXXLL en RFX regio’s (exonen 1-16 verwijderd). DECIPHER-patiënt 267546 heeft echter geen ernstige groeiachterstand, hoewel alle 4 functionele regio’s zijn verwijderd (exonen 4-21 verwijderd). Er is zeer weinig bekend over de groeiparameters van deze patiënte gedurende het eerste en tweede decennium van haar leven. Ook weten we niet of ze een hormonale therapie kreeg met het oog op een korte gestalte. De groeiparameters in tabel 2 komen overeen met 23 jaar, terwijl alle andere patiënten op jongere leeftijd zijn onderzocht. We geven toe dat groei een complexe en dynamische eigenschap is die zowel door genetische als omgevingsfactoren wordt beïnvloed. Voor een sterkere vergelijkende en correlatieve analyse zouden groei- en ontwikkelingsparameters dus voor elke patiënt op dezelfde leeftijd moeten worden vergeleken. Sommige van de geïncludeerde patiënten bleken andere genetische varianten te dragen, zowel CNVs als SNVs, die geen verband hielden met de 12q11q13 regio. Deze varianten werden geïnterpreteerd als waarschijnlijk goedaardig op basis van hun functionele score en/of wijze van overerving. Toch kunnen we een mogelijke functionele impact van deze of andere genetische varianten op de groei of ontwikkeling niet volledig uitsluiten.

Alles samen bevestigen onze waarnemingen dat grove deleties op 12q11q13 een aparte klinische subgroep van genetische afwijkingen vertegenwoordigen. Beschreven deleties omvatten verschillende genen, en sommige klinische variaties zijn hetzelfde of verschillen tussen patiënten. Groeiachterstand (<-2 SD) is aanwezig in 5 van de 6 patiënten wat suggereert dat er een kritieke regio is voor dit klinische kenmerk met ARID2 als een mogelijk kandidaat-gen. De huidige studie is de eerste poging om een verband te leggen tussen grove deleties op 12q12q13 en ARID2 deficiëntie. Vergelijkende analyse van fenotypes voor zowel ARID2 SNVs als del12q groepen geeft craniofaciale, skelet en centraal zenuwstelsel afwijkingen aan met een hoge gelijkenis tussen de 2 cohorten. Een groeiachterstand <-2 SD lijkt echter vooral voor te komen bij patiënten met grove deleties, die het ARID2 gen geheel of gedeeltelijk overlappen. Verdere karakterisering van het effect van de hierboven beschreven genetische varianten op ARID2 expressie en eiwitstructuur zou ons een beter inzicht geven in de pathogenese bij patiënten met proximale 12q11q13 deleties.

Erkenning

Wij zijn de familie die deelnam aan de studie zeer erkentelijk.

Verklaring van ethiek

Deze studie werd goedgekeurd door de ethische commissie. Schriftelijke toestemming van de ouders werd verkregen.

Disclosure Statement

De auteurs hebben geen belangenconflicten te melden.

Funding Sources

M.S., A.C.T., en C.S.Z. werden ondersteund door Arbetslivsfonden (ALF) financiering.

Author Contributions

M.S. stelde de studie samen. C.S.Z. en N.P. onderzochten en beschreven de patiënt. M.S. en A.C.T. analyseerden de resultaten van de genetische testen. M.S., A.C.T., en C.S.Z. schreven het manuscript.