Proximal Deletion 12q with a New Insight to Growth Retardation

Abstract

Proximal deletion of the long arm of chromosome 12 is a rare chromosomal abnormality described in about 20 patients. Znane delecje obejmują region od 12q11 do 12q13 i obejmują geny YAF2, AMIGO2 i NELL2. Są one sugerowane jako geny kandydujące do kluczowych cech fenotypowych, takich jak opóźnienie wzrostu i opóźnienie psychoruchowe. Przedstawiamy przypadek pacjenta z 3,1-Mb delecją śródmiąższową w 12q12q13.11. Obserwacje kliniczne u naszego pacjenta pokrywają się z głównymi obserwacjami typowymi dla opublikowanych przypadków. Delecja wykryta u naszej pacjentki nie obejmuje sugerowanych wcześniej genów kandydujących YAF2 i AMIGO2. Zależność pomiędzy proksymalną delecją 12q a niedoborem ARID2 wykazaliśmy porównując pacjentów z delecją całkowitą z kohortą pacjentów z małymi delecjami wewnątrzgenowymi ARID2 oraz z pacjentami z pojedynczymi wariantami nukleotydowymi (SNVs) w ARID2. Opóźnienie wzrostu ARID2. Jednakże, ARID2 SNVs nie korelują z ciężkim opóźnieniem wzrostu.

© 2020 The Author(s) Published by S. Karger AG, Basel

Delecje chromosomu 12q są heterogenną grupą schorzeń genetycznych, które można zgrupować w 3 główne podgrupy: (i) delecje proksymalne z punktami przerwania w 12q11q13; (ii) delecje pośrednie z punktami przerwania w 12q15q21 oraz (iii) delecje dystalne z punktami przerwania w 12q22q24. Ponadto w literaturze opisano zdefiniowany zespół mikrodelecji 12q14. W większości opisywanych przypadków obserwowano różnego stopnia opóźnienie rozwoju oraz upośledzenie intelektualne. Fakt ten jest zgodny z ogólną obserwacją, że większość rearanżacji chromosomalnych wiąże się z opóźnieniami rozwojowymi i intelektualnymi, jak również z szerokim spektrum dysmorfii.

Proksymalne delecje długiego ramienia chromosomu 12 zostały opisane u około 20 pacjentów. Pięciu z nich ma dobrze zdefiniowany fenotyp charakteryzujący się opóźnieniem rozwoju z zaburzeniami poznawczymi, opóźnieniem wzrostu i zmniejszonym obwodem głowy, jak również szerokim czołem, dużymi nisko osadzonymi uszami, szerokim mostkiem nosowym i/lub nosem, długą fałdą nosową i szeroko rozstawionymi brodawkami sutkowymi. Wszyscy ci pacjenci mają nakładający się na siebie usunięty region na 12q12, gdzie YAF2, AMIGO2 i NELL2 były sugerowane jako geny kandydujące do wzrostu i opóźnienia psychoruchowego. Jednakże nie wykazano silnej korelacji lub dowodu doświadczalnego na związek tych genów z wymienionymi nieprawidłowościami fenotypowymi.

W tym badaniu zgłaszamy pacjenta z delecją 3,1-Mb w 12q12q13.11 przyczyniającą się do kohorty pacjentów z proksymalnymi delecjami w 12q. Obecna delecja nie obejmuje wcześniej sugerowanych genów kandydujących YAF2 i AMIGO2. Wyznacza natomiast minimalny region krytyczny dla umiarkowanego lub ciężkiego opóźnienia wzrostu z ARID2 jako genem kandydującym. Porównujemy również tę kohortę z pacjentami niosącymi zaburzenia genu ARID2 i po raz pierwszy proponujemy ARID2 jako gen kandydujący dla umiarkowanego do ciężkiego opóźnienia wzrostu (<-2 SD). Zauważyliśmy, że pojedyncze warianty nukleotydowe (SNV) ARID2 nie korelują z ciężkim opóźnieniem wzrostu, co może wskazywać na zróżnicowany wpływ różnych typów wariantów genetycznych na funkcję białka ARID2.

Prezentacja przypadku

Pacjent płci męskiej urodził się o czasie po niepowikłanej ciąży i porodzie; punktacja w skali Apgar wynosiła 9-10-10. Masa urodzeniowa wynosiła 3 210 g (15. centyl/-1 SD), a długość 47 cm (<10. centyl/ -2 SD). Miał trudności z karmieniem piersią i nie przybierał na wadze tak szybko, jak oczekiwano. Chłopiec zgłosił się do lekarza z powodu niepowodzeń w rozwoju. Chociaż jego docelowy wzrost wynosi około 1,80 m (±0 SD), jego wzrost wynosił -3 SD dla długości, nieco poniżej -2 SD dla masy ciała, a obwód głowy -1 SD (ryc. 1A). We wczesnym okresie życia wykazywał oznaki opóźnienia rozwojowego, szczególnie w zakresie funkcji motorycznych jamy ustnej i rozwoju mowy ekspresyjnej. W wieku 6 lat ślini się i nadal je puree. Zaczął chodzić bez podparcia w wieku 18 miesięcy i nadal ma pewne trudności z drobnymi czynnościami motorycznymi. Według rodziców, w wieku 3 lat był bardziej podobny do 2-latka. Został przeszkolony w zakresie toalety w wieku 3,5 roku i nosi pieluchy w nocy w wieku 6,5 roku.

Z powodu niewielkiego zeza pacjent jest kontrolowany przez okulistę. Słuch ocenia się jako prawidłowy. Ocena psychologiczna przeprowadzona w wieku 6 lat wykazała opóźnienie języka ekspresyjnego, trudności z przejściami i zmianami rutynowych czynności. Ogólnie rzecz biorąc, stwierdzono, że wykazuje on zaburzoną zdolność do wzajemności społecznej i komunikacji, która została oceniona jako dająca klinicznie istotne upośledzenie funkcjonalne. Jednakże, nie było wyraźnych oznak, że wykazywał jakiekolwiek stereotypowe, ograniczone lub powtarzające się zainteresowania, a zatem spełniał kryteria diagnostyczne autyzmu atypowego według ICD-10.

W badaniu przedmiotowym zwraca uwagę niski chłopiec z koślawym kształtem głowy, podłużną twarzą, wydatnym czołem, lekkim zezem, szerokim nosem i mostkiem nosowym, długą fałdą nosową, cienką górną wargą, wysoko wysklepionym podniebieniem zwężonym brzusznie, szeroko rozstawionymi brodawkami sutkowymi, palcami o szerokiej podstawie i hipoplastycznymi paznokciami (ryc. 1B-F). Występuje u niego obniżone napięcie mięśniowe. Szczegółowy opis kliniczny znajduje się w tabeli 1.

Metoda i wyniki

W związku z opóźnieniem wzrostu w wieku 3,4 roku wykonano przesiewowe badania hormonalne. Testy czynności tarczycy były w granicach normy (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), podobnie jak insulinowy czynnik wzrostu 1 (IGF-1, 38 (27-172) ug/L, i 58 ug/L w wieku 3,5 roku).

Pacjentka została skierowana na badania genetyczne z powodu opóźnienia rozwoju i dysmorfii. Analiza mikromacierzy chromosomalnych została przeprowadzona przy użyciu CytoScan HD (Thermo Fisher) zgodnie z instrukcjami producenta. Analiza zidentyfikowała 3,1-Mb delecję śródmiąższową w długim ramieniu chromosomu 12, arr 12q12q13.11(43889138_47011108)x1. Analizę FISH przeprowadzono na rozsiewach metafazowych z hodowanych limfocytów krwi przy użyciu sondy BAC RCPI-11 95K16 (Empire Genomics) zlokalizowanej w obrębie delecji i przy użyciu standardowych technik. Sonda TelVysion 12q (Abbot), zlokalizowana w regionie subtelomerycznym 12q, została użyta jako sonda kontrolna. Rodzicielska metafazowa analiza FISH nie wykryła delecji ani żadnej innej rearanżacji w wymienionym regionie (dane nie pokazane).

Dyskusja

W niniejszej pracy opisujemy delecję de novo w 12q12q13. Region delecji u naszego pacjenta częściowo pokrywa się z wcześniej opisanymi delecjami w 5 niezależnych przypadkach (ryc. 2). Cztery przypadki, w tym nasza pacjentka, charakteryzowały się opóźnieniem rozwoju psychoruchowego, niskorosłością, zmniejszonym obwodem głowy, a także dużymi, nisko osadzonymi uszami, zezem, szerokimi mostkami i/lub nosami, długimi brodawkami nosowymi, opadniętymi kącikami ust i szeroko rozstawionymi brodawkami sutkowymi (tab. 1). Pacjent opisany przez Carlsena i wsp. wykazywał większość wyżej wymienionych cech klinicznych, chociaż miał małe uszy, szerokie usta i raczej zwiększony obwód głowy. Podczas badania klinicznego w wieku 10 lat jego wzrost i waga mieściły się w zakresie normy (10 centyl).

Klinodaktylia palca piątego oraz małe dłonie i/lub stopy były cechami wspólnymi obecnymi we wszystkich 5 wcześniej opisanych przypadkach, jednak nie występowały u naszego pacjenta. Hipoplastyczne paznokcie u stóp, jak również palce o szerokiej podstawie były obserwowane u naszego pacjenta, ale nie odnotowano ich u pozostałych pacjentów. Co więcej, wrodzony ubytek przegrody międzyprzedsionkowej był obecny u jednego pacjenta zgłoszonego przez Weng i wsp. , a poszerzona nasada aorty i nieznacznie pogrubiona przegroda międzykomorowa zostały wykryte u jednego pacjenta w wieku 21 miesięcy zgłoszonego przez Carlsen i wsp.

Delecja obejmuje 12 genów kodujących białka, z których 4, TWF1, TMEM117, NELL2 i ARID2, mają wyniki haploinsufficiency poniżej 25%, a zatem prawdopodobnie powodują utratę funkcji. Co więcej, 3 z genów w obrębie usuniętego regionu, ANO6, IRAK4 i ARID2, zostały wcześniej powiązane ze znanymi stanami klinicznymi (OMIM morbid). ANO6 jest związany z niedoborem aktywności krzepnięcia płytek krwi, zwanym zespołem Scotta, który jest stanem recesywnym. IRAK4 jest zaangażowany w funkcjonowanie układu odpornościowego. Objawy u naszego pacjenta nie pasują do fenotypów opisanych dla tych zaburzeń.

Minimalny region krytyczny i geny kandydujące dla delecji na 12q12 były dyskutowane w co najmniej 4 pracach opisujących 4 pacjentów z nakładającymi się delecjami (ryc. 2). Miyake i wsp. zasugerowali YAF2 i AMIGO2 jako możliwych kandydatów do stanu fenotypowego u swoich 2 pacjentów. Hipotezę o związku YAF2 z opóźnieniem wzrostu potwierdzili również Failla i wsp. Dodatkowo zasugerowali oni, że PRICKLE1 może powodować zaburzenia uczenia się.

Weng i wsp. jak również Carlsen i wsp. zwrócili uwagę na znaczenie NELL2 w fizjologii układu nerwowego i możliwe powiązanie z opóźnieniem wzrostu. Ostatnie badanie wykazało znaczenie NELL2 w zachowaniu apetytu u szczurów i zmniejszone spożycie pokarmu po downregulacji ekspresji NELL2 w podwzgórzu. Ogólnie rzecz biorąc, u pacjentów z delecją 12q odnotowano jedynie trudności w karmieniu, bez żadnej konkretnej wzmianki o zasadniczo zmniejszonym apetycie. Co więcej, pacjent opisany przez Carlsen i wsp. , który jest nosicielem delecji obejmującej NELL2, nie wykazuje poważnego opóźnienia wzrostu. Dlatego zakładamy, że jest mało prawdopodobne, aby NELL2 miał znaczący wpływ na opóźnienie wzrostu opisane w tej kohorcie.

ARID2 nie był wcześniej uważany za silny gen kandydujący dla kohorty pacjentów z proksymalnymi delecjami brutto 12q. Jednak ARID2 jest jedynym nakładającym się genem w 4 wcześniej zgłoszonych przypadkach, który był związany z tym zaburzeniem. U pacjenta opisanego przez Carlsena i wsp. nie stwierdzono delecji ARID2 (ryc. 2). Co ciekawe, u tego pacjenta nie stwierdzono ani umiarkowanego, ani ciężkiego opóźnienia wzrostu (tab. 1); jego parametry wzrostu uległy nawet normalizacji w wieku 10 lat, a on sam ma zwiększony obwód głowy.

ARID2 koduje bogatą w AT domenę interaktywną (ARID)- zawierającą białko wiążące DNA, wymagane do stabilizacji kompleksu remodelującego chromatynę SWI/SNF-B (PBAF), który reguluje kształtowanie komórek embrionalnych i kontrolę cyklu komórkowego. Wiąże się ona z niskim wzrostem, niepełnosprawnością intelektualną i specyficznymi cechami dysmorficznymi. Opisano jednak tylko kilku pacjentów z niedoborem ARID2. Wspólnymi objawami klinicznymi w tych przypadkach jest niski wzrost i globalne opóźnienie rozwoju z zaburzeniami poznawczymi. Występują u nich również cechy dysmorficzne, takie jak szorstka twarz z wydatnym czołem, szeroki nos i skośne ku dołowi bruzdy podniebienne (tab. 2). Mikrognacja, nieprawidłowy philtrum i nisko osadzone uszy zrotowane ku tyłowi były obecne u większości pacjentów. Ponadto u większości pacjentów obserwowano hipotonię, trudności w karmieniu i różne zaburzenia zachowania.

Obydwie kohorty z SNVs ARID2 i z delecjami całego genu (del12q) mają wyraźne cechy dysmorficzne twarzy, takie jak wydatne czoło, nisko osadzone uszy, szeroki nos, długa/prominentna fałda i małe usta. Małe dłonie i stopy są znacznie częstsze u pacjentów z del12q, podczas gdy skośne ku dołowi szczeliny podniebienne były obecne tylko w 2 przypadkach. Szorstka twarz nie była typowa dla grupy del12q, podczas gdy szeroko rozstawione sutki nie zostały odnotowane w grupie ARID2 SNVs. Hipotonia i trudności w karmieniu to cechy odnotowane u większości pacjentów w obu grupach. Opóźnienie rozwoju obserwowano u wszystkich pacjentów.

Szerokie opóźnienie wzrostu (<-3SD) nie występowało ani w kohorcie ARID2 SNVs, ani u pacjenta z Carlsen i wsp. który miał nienaruszony ARID2. Co więcej, jeden pacjent z wewnątrzgenową delecją w ARID2 (DECIPHER 267546) nie wykazywał ciężkiego opóźnienia wzrostu. Zamiast tego pacjenci ci wzrastali w zakresie od -1 SD do -2,2 SD.

Niedobór ARID2 jest również skorelowany z zespołem Coffina-Sirisa (CSS; MIM 617808) wskazującym na globalne opóźnienie rozwoju, krótką budowę i szorstkie rysy twarzy. CSS jest powodowany przez patogenne warianty w różnych składnikach kompleksu SWI/SNF-BAF, w tym ARID1A i ARID1B . Ponieważ ARID2 jest składnikiem podjednostki PBAF kompleksu SWI/SNF, koekspresja ARID2 z ARID1A i innymi składnikami kompleksu BAF sugeruje fenotypowe nakładanie się, takie jak niepełnosprawność intelektualna w przypadku CSS i niedoboru ARID2. Jednak typowe cechy CSS, takie jak hipertrichoza, rzadkie włosy na skórze głowy, długie rzęsy i krzaczaste brwi nie występują ani w grupie ARID2 SNVs, ani w grupie del12q.

ARID2 zawierający kompleks białkowy SWI/SNF-PBAF reguluje ekspresję genów specyficznych tkankowo. Depletion of ARID2 affects expression of the anabolic growth factor BMP4 and the growth factor receptor FGFR2 being critical for osteoblast differentiation, particularly pre-osteoblast commitment . W tym samym badaniu wykazano negatywny wpływ deplecji ARID2 na fenotyp mineralizacji w dojrzewających osteoblastach. Te fakty mogą tłumaczyć zaburzenia wzrostu i cechy czaszkowo-twarzowe u pacjentów będących nosicielami heterozygotycznych wariantów ARID2. Całkowity nokaut ARID2 u myszy wykazuje poważne wady serca z obniżoną proliferacją kardiomiocytów i śmiertelnością embrionalną. Zaangażowanie ARID2 w rozwój układu sercowego może tłumaczyć obserwowane u niektórych pacjentów wady serca (tab. 1, 2). Nie ma opisanych przypadków homozygotycznej deplecji ARID2 u ludzi.

Wyjątkowo, wszystkie opisane SNV w ARID2 (frameshift i nonsense) mają działanie delektywne. Wariant c.3411_3412delAG (p.Gly1139Serfs*20) był nawet hipotezowany jako uczestniczący w nonsensownym rozkładzie RNA (NMD) prowadzącym do haploinsuencji ARID2. Podobny mechanizm szkodliwego działania można przypuszczać dla innych SNV. Jednak szczegółowa analiza zjawiska NMD dla każdego SNV ARID2 nie została przeprowadzona.

W rzeczywistości, różny stopień opóźnienia wzrostu w 2 grupach pacjentów może wskazywać na różny wpływ SNVs lub delecji wewnątrzgenowych i delecji brutto na funkcjonalne implikacje ARID2 w patogenezie. Analiza lokalizacji SNVs i delecji w korelacji ze strukturą ARID2 może rzucić nowe światło na przewidywanie możliwych efektów funkcjonalnych tych wariantów genetycznych. ARID2 jest białkiem o masie 1835 aa, zawierającym 4 wyróżnione regiony funkcjonalne (ryc. 3). Trzy wysoce konserwatywne domeny wiążące DNA (ARID, RFX i ZNF) wraz z motywem rozpoznawania receptora jądrowego (LXXLL) pośredniczą w aktywacji transkrypcyjnej wybranych genów .

Przewiduje się, że większość SNV zlokalizowanych pomiędzy regionami LXXLL i ZNF powoduje utratę domeny ZNF. Wyjątkiem jest wariant p.Arg53Glufs*5 zlokalizowany w domenie ARID oraz p.Tyr133* zlokalizowany tuż za domeną ARID. Pacjenci ci wraz z pacjentem będącym nosicielem wariantu p.Gly1139Serfs*20, z hipotezą efektu NMD, wykazują opóźnienie wzrostu nieco poniżej -2 SD, które jest bardziej nasilone w porównaniu z pacjentami z innymi SNV ARID2. Większość opublikowanych przypadków z delecjami wewnątrzgenowymi w obrębie ARID2 obejmuje albo tylko domenę ARID (usunięte eksony 3-5), albo ARID wraz z regionami LXXLL i RFX (usunięte eksony 1-16). Pacjent DECIPHER 267546 nie ma jednak poważnego opóźnienia wzrostu, mimo że wszystkie 4 regiony funkcjonalne są delecji (delecja eksonów 4-21). Bardzo niewiele wiadomo na temat parametrów wzrostu tej pacjentki w pierwszej i drugiej dekadzie jej życia. Nie wiemy również, czy pacjentka była leczona hormonalnie w związku z niską posturą. Parametry wzrostu przedstawione w tabeli 2 odpowiadają 23 latom, podczas gdy wszyscy inni pacjenci byli badani w młodszym wieku. Przyznajemy, że wzrost jest cechą złożoną i dynamiczną, na którą wpływają zarówno czynniki genetyczne, jak i środowiskowe. W związku z tym, w celu przeprowadzenia dokładniejszej analizy porównawczej i korelacyjnej, parametry wzrostu i rozwoju musiałyby być porównywane dla każdego pacjenta w tym samym wieku. Wykazano, że niektórzy z włączonych do badania pacjentów są nosicielami innych wariantów genetycznych, zarówno CNV jak i SNV, niezwiązanych z regionem 12q11q13. Warianty te zostały zinterpretowane jako prawdopodobnie łagodne na podstawie ich wyniku funkcjonalnego i/lub sposobu dziedziczenia. Nie możemy jednak całkowicie wykluczyć możliwego wpływu funkcjonalnego tych lub innych wariantów genetycznych na wzrost lub rozwój.

Podsumowując nasze obserwacje potwierdzamy, że delecje całkowite w 12q11q13 stanowią odrębną kliniczną podgrupę nieprawidłowości genetycznych. Opisane delecje obejmują różne geny, a niektóre warianty kliniczne są takie same lub różnią się u poszczególnych pacjentów. Opóźnienie wzrostu (<-2 SD) jest obecne u 5 z 6 pacjentów, co sugeruje istnienie regionu krytycznego dla tej cechy klinicznej, z ARID2 jako możliwym genem kandydującym. Niniejsze badanie jest pierwszą próbą wykazania związku pomiędzy delecjami w 12q12q13 a niedoborem ARID2. Analiza porównawcza fenotypów zarówno dla grup ARID2 SNVs, jak i del12q wskazuje na nieprawidłowości czaszkowo-twarzowe, szkieletowe i centralnego układu nerwowego z dużym podobieństwem między tymi dwiema kohortami. Jednakże, opóźnienie wzrostu <-2 SD wydaje się być obecne głównie u pacjentów z delecją całkowitą lub częściową genu ARID2. Dalsza charakterystyka wpływu wyżej opisanych wariantów genetycznych na ekspresję i strukturę białka ARID2 przyniosłaby nam lepsze zrozumienie patogenezy u pacjentów niosących proksymalne delecje 12q11q13.

Podziękowania

Jesteśmy bardzo wdzięczni rodzinie uczestniczącej w badaniu.

Oświadczenie etyczne

Badanie to zostało zatwierdzone przez komisję etyczną. Uzyskano pisemną zgodę rodziców.

Oświadczenie o jawności

Autorzy nie mają konfliktu interesów do zgłoszenia.

Źródła finansowania

M.S., A.C.T. i C.S.Z. otrzymali wsparcie finansowe z Arbetslivsfonden (ALF).

Wkład autorów

M.S. opracował badanie. C.S.Z. i N.P. zbadali i opisali pacjenta. M.S. i A.C.T. dokonali analizy wyników badań genetycznych. M.S., A.C.T., and C.S.Z. wrote the manuscript.