Proximal Deletion 12q with a New Insight to Growth Retardation

Abstract

Proximal deletion av kromosom 12:s långa arm är en sällsynt kromosomal abnormitet som beskrivs hos cirka 20 patienter. Kända deletioner sträcker sig från 12q11 till 12q13 och omfattar generna YAF2, AMIGO2 och NELL2. Dessa föreslås som kandidatgener för de viktigaste fenotypiska egenskaperna, t.ex. tillväxt och psykomotorisk retardation. Här presenterar vi ett fall med en 3,1 Mb interstitiell deletion vid 12q12q13.11. De kliniska observationerna hos vår patient överlappar med de viktigaste gemensamma fynden för publicerade fall. Den deletion som upptäcktes hos vår patient involverar inte de tidigare föreslagna kandidatgenerna YAF2 och AMIGO2. Vi drar ett samband mellan proximal deletion 12q och ARID2-brist genom att jämföra patienter som bär på grova deletioner med en kohort av patienter som bär på små intrageniska ARID2-deletioner samt patienter med enskilda nukleotidvarianter (SNV) i ARID2. Tillväxthämning ARID2. ARID2 SNVs korrelerar dock inte med allvarlig tillväxthämning.

© 2020 Författaren/författarna Publicerad av S. Karger AG, Basel

Chromosom 12q-deletioner är en heterogen grupp av genetiska tillstånd som kan grupperas i tre huvudsakliga undergrupper: (I) proximala deletioner med brytpunkter i 12q11q13, ii) intermediära deletioner med brytpunkter i 12q15q21 och iii) distala deletioner med brytpunkter i 12q22q24. Dessutom har ett definierat 12q14-mikrodeletionssyndrom beskrivits i litteraturen . En varierande grad av utvecklingsförsening och intellektuell funktionsnedsättning noterades för de flesta av de publicerade fallen. Detta faktum stämmer överens med den allmänna iakttagelsen att majoriteten av kromosomala omläggningar är förknippade med utvecklingsstörningar och intellektuella förseningar samt ett brett spektrum av dysmorfismer.

Proximala deletioner av kromosom 12:s långa arm har beskrivits hos cirka 20 patienter. Fem av dessa har en väldefinierad fenotyp som kännetecknas av utvecklingsförsening med kognitiv funktionsnedsättning, tillväxthämning och minskad huvudomkrets samt bred panna, stora lågt sittande öron, bred näsbrygga och/eller näsa, långt philtrum och brett placerade bröstvårtor . Alla dessa patienter har en överlappande borttagen region vid 12q12, där YAF2, AMIGO2 och NELL2 föreslogs som kandidatgener för tillväxthämning och psykomotorisk retardation. Inga starka korrelationer eller experimentella bevis har dock visats för att dessa gener är associerade med de nämnda fenotypiska avvikelserna.

I den här studien rapporterar vi en patient med en 3,1-Mb-deletion vid 12q12q13.11 som bidrar till kohorten av patienter med proximala deletioner vid 12q. Den aktuella deletionen spänner inte över tidigare föreslagna kandidatgener YAF2 och AMIGO2. I stället avgränsar den en minimal kritisk region för måttlig till allvarlig tillväxthämning med ARID2 som kandidatgen. Vi jämför också denna kohort med patienter som bär på ARID2-genavbrott och föreslår för första gången ARID2 som kandidatgen för måttlig till allvarlig tillväxthämning (<-2 SD). Vi noterar att enskilda nukleotidvarianter (SNV) av ARID2 inte korrelerar med allvarlig tillväxthämning, vilket kan tyda på olika effekter av olika typer av genetiska varianter på ARID2-proteinets funktion.

Fallpresentation

Den manliga patienten föddes till terminen efter en okej graviditet och förlossning; Apgar-poängen var 9-10-10-10. Födelsevikten var 3 210 g (15:e centilen/-1 SD) och längden 47 cm (<10:e centilen/ -2 SD). Han hade svårigheter med amningen och tog inte på sig vikt så snabbt som förväntat. Pojken kom till läkarvård på grund av bristande tillväxt. Även om hans mållängd är cirka 1,80 m (±0 SD) har han vuxit på -3 SD för längd, en bit under -2 SD för vikt och har en huvudomkrets på -1 SD (fig. 1A). Tidigt visade han tecken på utvecklingsförsening, särskilt när det gäller munmotorik och expressiv talutveckling. Vid 6 års ålder dreglar han och äter fortfarande mosad mat. Han började gå utan stöd vid 18 månader och har fortfarande vissa svårigheter med finmotoriska aktiviteter. Enligt föräldrarna var han mer lik en 2-åring vid 3 års ålder. Han blev toaletttränad vid 3,5 års ålder och bär blöjor på natten vid 6,5 års ålder.

På grund av en lätt skelning följs han upp av en ögonläkare. Hörseln rapporteras vara normal. Psykologisk bedömning som utfördes vid 6 års ålder konkluderade en expressiv språkförsening, svårigheter med övergångar och förändringar av rutiner. Sammantaget drogs slutsatsen att han visade en nedsatt förmåga till social ömsesidighet och kommunikation som bedömdes ge en kliniskt signifikant funktionsnedsättning. Det fanns dock inga tydliga tecken på att han uppvisade några stereotypa, begränsade eller repetitiva intressen, och därför uppfyllde han de diagnostiska kriterierna för atypisk autism enligt ICD-10.

Vid undersökningen ser man en kort pojke med en scaphocefalisk huvudform, långt ansikte, framträdande panna, lätt strabism, bred näsa och näsbrygga, långt philtrum, tunn överläpp, högt böjd gom som är försmalnad ventralt, brett placerade bröstvårtor, breda fingrar med bred bas och hypoplastiska tånaglar (fig. 1B-F). Han har en nedsatt muskeltonus. För en detaljerad klinisk beskrivning se tabell 1.

Metod och resultat

Med tanke på tillväxthindringen utfördes en hormonell screening vid 3,4 års ålder. Sköldkörtelfunktionstestet låg inom normalområdet (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), liksom insulintillväxtfaktor 1 (IGF-1, 38 (27-172) ug/L, och 58 ug/L vid 3,5 års ålder).

Patienten remitterades till genetisk testning på grund av utvecklingsförsening och dysmorfism. Kromosomala mikroarrayanalyser utfördes med CytoScan HD (Thermo Fisher) enligt tillverkarens anvisningar. Analysen identifierade en interstitiell deletion på 3,1 Mb i den långa armen av kromosom 12, arr 12q12q13.11(43889138_47011108)x1. FISH-analysen utfördes på metafasspridningar från odlade blodlymfocyter med hjälp av BAC-sonden RCPI-11 95K16 (Empire Genomics) som är belägen inom den borttagna regionen och standardtekniker. TelVysion 12q (Abbot), som ligger i den subtelomeriska regionen 12q, användes som kontrollsond. Föräldrarnas metafas FISH-analys kunde inte påvisa någon deletion eller någon annan rearrangemang av den nämnda regionen (data visas inte).

Diskussion

I den här studien beskriver vi en de novo-deletion vid 12q12q13. Den borttagna regionen hos vår patient överlappar delvis med tidigare beskrivna deletioner i 5 oberoende fall (Fig. 2) . Fyra fall, inklusive vår patient, uppvisade psykomotorisk utvecklingsförsening, kortväxthet, minskad huvudomkrets samt stora lågt sittande öron, skelning, breda näsbryggor och/eller näsor, långa philtrum, nedåtriktade munhörn och brett placerade bröstvårtor (tabell 1). Den patient som beskrivs av Carlsen et al. uppvisade de flesta av de ovan nämnda kliniska dragen, även om han hade små öron, en bred mun och snarare ett ökat huvudomfång. Vid en klinisk undersökning vid 10 års ålder låg hans längd och vikt inom normalområdet (10:e centilen).

Klinodaktyli med femfinger samt små händer och/eller fötter var gemensamma drag som förekom i alla de fem tidigare beskrivna fallen, dock inte hos vår patient. Hypoplastiska tånaglar samt bredbasiga fingrar observerades för vår patient, men rapporterades inte för de andra patienterna. Dessutom fanns en medfödd förmaksseptumdefekt hos en patient som rapporterats av Weng et al. , och en dilaterad aortarot och en något förtjockad ventrikelseptum upptäcktes hos en patient vid 21 månaders ålder som rapporterats av Carlsen et al. .

Deletionen sträcker sig över 12 proteinkodande gener, av vilka 4, TWF1, TMEM117, NELL2 och ARID2, har haploinsufficienspoäng på mindre än 25 % och är därmed troliga att orsaka funktionsförlust . Dessutom har tre av generna i den borttagna regionen, ANO6, IRAK4 och ARID2, tidigare förknippats med kända kliniska tillstånd (OMIM morbid). ANO6 är förknippad med bristande trombocytkoagulationsaktivitet med namnet Scotts syndrom , som är ett recessivt tillstånd. IRAK4 är involverad i immunsystemets funktion . Symtomen hos vår patient stämmer inte överens med de fenotyper som beskrivs för dessa sjukdomar.

Den minimala kritiska regionen och kandidatgener för deletioner vid 12q12 debatterades i minst fyra artiklar som beskrev fyra patienter med överlappande deletioner (fig. 2) . Miyake et al. föreslog YAF2 och AMIGO2 som möjliga kandidater för det fenotypiska tillståndet hos deras 2 patienter. Hypotesen att YAF2 skulle vara förknippad med tillväxthämning stöddes också av Failla et al. . Dessutom föreslog de att PRICKLE1 skulle orsaka inlärningssvårigheter.

Weng et al. liksom Carlsen et al. påpekade betydelsen av NELL2 i nervsystemets fysiologi och ett eventuellt samband med tillväxthämning. En nyligen genomförd studie visade på NELL2:s betydelse för aptitbeteende hos råttor och minskat födointag efter nedreglering av NELL2-uttrycket i hypotalamus . Sammantaget noterades endast matningssvårigheter hos patienter med deletion 12q utan något specifikt omnämnande av väsentligt minskad aptit. Dessutom uppvisar den patient som rapporteras av Carlsen et al. , som bär på en deletion som involverar NELL2, ingen allvarlig tillväxthämning. Därför antar vi att NELL2 sannolikt inte har någon större inverkan på den tillväxthämning som beskrivs i denna kohort.

ARID2 har inte tidigare betraktats som en stark kandidatgen för kohorten av patienter med proximala bruttodeletioner 12q. ARID2 är dock den enda överlappande genen i de 4 tidigare rapporterade fallen som är associerad med sjukdomen . ARID2 var inte borttagen hos den patient som beskrevs av Carlsen et al. (fig. 2). Intressant nog uppvisade den patienten varken måttlig eller allvarlig tillväxthämning (tabell 1); hans tillväxtparametrar var till och med normaliserade vid 10 års ålder, och han har en ökad huvudomkrets.

ARID2 kodar för ett AT-rich interactive domain (ARID)-innehållande DNA-bindande protein som krävs för stabilisering av SWI/SNF-kromatinremodelleringskomplexet SWI/SNF-B (PBAF), som reglerar embryonalt cellmönster och cellcykelkontroll . Det har förknippats med kortväxthet, intellektuell funktionsnedsättning och specifika dysmorfiska drag . Endast ett fåtal patienter med ARID2-brist har dock beskrivits. Vanliga kliniska symtom för dessa fall är kortväxthet och global utvecklingsförsening med kognitiv funktionsnedsättning . De har också dysmorfiska drag som ett grovt ansikte med framträdande panna, bred näsa och nedåtlutande palpebralsprickor (tabell 2). Mikrognathi, onormalt filtrum och bakåtroterade lågt sittande öron fanns hos de flesta av patienterna. Dessutom uppvisar majoriteten av patienterna hypotoni, matningssvårigheter och olika beteendeavvikelser.

Båda kohorterna med ARID2 SNV:er och med deletioner av hela genen (del12q) har distinkta dysmorfiska ansiktsdrag, t.ex. framträdande panna, lågt placerade öron, bred näsa, långt/framträdande philtrum och liten mun. Små händer och fötter är mycket vanligare hos patienter med del12q medan nedåtlutande palpebralsprickor endast förekom i två fall. Grovt ansikte var inte typiskt för del12q-gruppen, medan vitt skilda bröstvårtor inte antecknades för ARID2 SNVs-gruppen. Hypotoni och matningssvårigheter är egenskaper som antecknats för de flesta av patienterna i båda grupperna. Utvecklingsfördröjning observerades hos alla patienter.

Svår tillväxthämning (<-3SD) förekom varken i ARID2 SNVs-kohorten eller hos patienten från Carlsen et al. som hade en intakt ARID2. Dessutom uppvisade en patient med en intragenisk deletion i ARID2 (DECIPHER 267546) ingen allvarlig tillväxthämning. Istället växte dessa patienter i intervallet -1 SD till -2,2 SD.

ARID2-brist är också korrelerad med Coffin-Siris syndrom (CSS; MIM 617808) som pekar ut global utvecklingsförsening, kortväxthet och grova ansiktsdrag . CSS orsakas av patogena varianter i olika komponenter i SWI/SNF-BAF-komplexet, inklusive ARID1A och ARID1B . Eftersom ARID2 är en komponent i PBAF-underenheten i SWI/SNF-komplexet, tyder samuttryck av ARID2 med ARID1A och andra komponenter i BAF-komplexet på en fenotypisk överlappning, t.ex. intellektuell funktionsnedsättning vid CSS och ARID2-brist . Typiska CSS-egenskaper som hypertrikos, glest hår i hårbotten, långa ögonfransar och buskiga ögonbryn förekommer dock varken i ARID2 SNVs eller i del12q-gruppen.

ARID2-innehållande SWI/SNF-PBAF-proteinkomplex reglerar vävnadsspecifikt genuttryck. Depletion av ARID2 påverkar uttrycket av den anabola tillväxtfaktorn BMP4 och tillväxtfaktorreceptorn FGFR2 som är kritisk för osteoblastdifferentiering, särskilt preosteoblastengagemang . I samma studie påvisades en negativ effekt av ARID2-depletion på mineraliseringsfenotypen hos mognande osteoblaster. Dessa fakta kan förklara tillväxtavvikelsen och de kraniofaciala egenskaperna hos patienter med heterozygota varianter av ARID2. Fullständiga ARID2-knockoutmöss uppvisar allvarliga hjärtfel med minskad proliferation av kardiomyocyter och embryonal dödlighet . ARID2:s inblandning i utvecklingen av hjärtsystemet skulle kunna förklara observerade hjärtfel hos vissa patienter (tabellerna 1 och 2). Det finns inga beskrivna fall med homozygot depletion av ARID2 hos människor.

Märkligt nog har alla beskrivna SNV:er i ARID2 (frameshift och nonsense) en skadlig effekt. Varianten c.3411_3412delAG (p.Gly1139Serfs*20) antogs till och med vara föremål för nonsense-medierat RNA-sönderfall (NMD), vilket leder till haploinsufficiens hos ARID2 . En liknande mekanism för en skadlig effekt kan spekuleras för andra SNV:er. En detaljerad analys av NMD-fenomenet för någon ARID2 SNV utfördes dock inte.

Den olika graden av tillväxthämning i de två patientgrupperna kan i själva verket tyda på olika effekter av SNV:er eller intragena deletioner och grova deletioner på ARID2:s funktionella betydelse för patogenesen. Analys av SNV:s och deletioners placering i korrelation med ARID2-strukturen kan kasta nytt ljus över förutsägelsen av möjliga funktionella effekter av dessa genetiska varianter. ARID2 är ett protein med 1835 aa som innehåller fyra olika funktionella regioner (fig. 3). Tre mycket konservativa DNA-bindningsdomäner (ARID, RFX och ZNF) tillsammans med ett kärnreceptorigenkänningsmotiv (LXXLL) förmedlar transkriptionsaktivering av utvalda gener .

De flesta SNV:er som är placerade mellan LXXLL- och ZNF-regionerna förutspås leda till förlust av ZNF-domänen. Undantagen är varianten p.Arg53Glufs*5 som ligger i ARID-domänen och p.Tyr133* som ligger strax efter ARID-domänen. Dessa patienter tillsammans med den patient som bär på varianten p.Gly1139Serfs*20, med en förmodad NMD-effekt, uppvisar en tillväxthämning strax under -2 SD, vilket är allvarligare jämfört med patienter med andra ARID2 SNV:er . De flesta publicerade fall med intragena deletioner inom ARID2 omfattar antingen endast ARID-domänen (exoner 3-5 borttagna) eller ARID tillsammans med LXXLL- och RFX-regionerna (exoner 1-16 borttagna) . DECIPHER-patient 267546 har dock ingen allvarlig tillväxthämning, trots att alla fyra funktionella regioner är borttagna (exoner 4-21 borttagna). Mycket lite är känt om tillväxtparametrarna för denna patient under de första och andra decennierna av hennes liv. Vi vet inte heller om hon fick en hormonell behandling med tanke på en kortväxthet. Tillväxtparametrar som presenteras i tabell 2 motsvarar 23 år, medan alla andra patienter har undersökts vid yngre ålder. Vi medger att tillväxt är ett komplext och dynamiskt drag som påverkas av både genetiska och miljömässiga faktorer. För en starkare jämförande och korrelativ analys måste därför tillväxt- och utvecklingsparametrar jämföras för varje patient vid samma ålder. Vissa av de inkluderade patienterna visade sig bära andra genetiska varianter, både CNVs och SNVs, som inte är relaterade till 12q11q13-regionen. Dessa varianter tolkades som sannolikt godartade på grundval av deras funktionella poäng och/eller arvssätt . Vi kan dock inte helt utesluta en eventuell funktionell inverkan av dessa eller andra genetiska varianter på tillväxt eller utveckling.

Tillsammans bekräftar våra observationer att grova deletioner vid 12q11q13 utgör en distinkt klinisk undergrupp av genetiska avvikelser. Beskrivna deletioner spänner över olika gener, och vissa kliniska varianter är desamma eller skiljer sig åt mellan olika patienter. Tillväxthämning (<-2 SD) förekommer hos 5 av 6 patienter, vilket tyder på att det finns en kritisk region för detta kliniska särdrag med ARID2 som en möjlig kandidatgen. Denna studie är det första försöket att dra ett samband mellan grova deletioner vid 12q12q13 och ARID2-brist. En jämförande analys av fenotyper för både ARID2 SNVs och del12q-grupper visar på kraniofaciala, skelettmässiga och centralnervösa avvikelser med stor likhet mellan de två kohorterna. En tillväxthämning <-2 SD verkar dock främst förekomma hos patienter med grova deletioner som helt eller delvis spänner över ARID2-genen. Ytterligare karakterisering av effekten av ovan beskrivna genetiska varianter på ARID2-uttryck och proteinstruktur skulle ge oss en bättre förståelse för patogenesen hos patienter som bär på proximala 12q11q13-deletioner.

Acknowledgement

Vi är mycket tacksamma mot familjen som deltog i studien.

Statement of Ethics

Denna studie godkändes av den etiska kommittén. Skriftligt föräldramedgivande inhämtades.

Upplysning

Författarna har inga intressekonflikter att deklarera.

Finansieringskällor

M.S., A.C.T. och C.S.Z. stöddes av Arbetslivsfondens (ALF) finansiering.

Författarnas bidrag

M.S. sammanställde studien. C.S.Z. och N.P. undersökte och beskrev patienten. M.S. och A.C.T. analyserade resultaten av genetiska tester. M.S., A.C.T. och C.S.Z. skrev manuskriptet.

Shang L, Cho MT, Retterer K, Folk L, Humberson J, et al: Mutations in ARID2 are associated with intellectual disabilities. Neurogenetics 16:307-314 (2015).

Externa resurser

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)

Suzuki J, Umeda M, Sims PJ, Nagata S: Calcium-dependent phospholipid scrambling by TMEM16F. Nature 468:834-838 (2010).

Externa resurser

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)

Tonoki H, Saitoh S, Kobayashi K: Patient med del(12)(q12q13.12) som uppvisar avvikelser som är kompatibla med Noonans syndrom. Am J Med Genet 75:416-418 (1998).

Externa resurser

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)

Van Paemel R, De Bruyne P, Van Der Straaten S, D’hondt M, Frankel U, et al: Bekräftelse av en ARID2 defekt i SWI/SNF-relaterade intellektuella funktionshinder. Am J Med Genet A 173:3104-3108 (2017).

Externa resurser

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)

Weng Y, Luo X, Hou L: Deletion at 12q12 increases the risk of developmental delay and intellectual disability. Ann Hum Genet 82:482-487 (2018).

Externa resurser

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)

Xu F, Flowers S, Moran E: Essential role of ARID2 protein-containing SWI/SNF complex in tissue-specific gene expression. J Biol Chem 287:5033-5041 (2012).

Externa resurser

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)

You JS, De Carvalho DD, Dai C, Liu M, Pandiyan K, et al: SNF5 is an essential executor of epigenetic regulation during differentiation. PLoS Genet 9:e1003459 (2013).

Externa resurser

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)

Author Contacts

Artikel/Publikationsdetaljer

Open Access License / Drug Dosage / Disclaimer

Denna artikel är licensierad under Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY-NC-ND). Användning och distribution för kommersiella ändamål samt all distribution av modifierat material kräver skriftligt tillstånd. Läkemedelsdosering: Författarna och förlaget har gjort sitt yttersta för att säkerställa att läkemedelsval och dosering som anges i denna text överensstämmer med aktuella rekommendationer och praxis vid tidpunkten för publiceringen. Med tanke på pågående forskning, förändringar i statliga bestämmelser och det ständiga flödet av information om läkemedelsbehandling och läkemedelsreaktioner uppmanas läsaren att kontrollera bipacksedeln för varje läkemedel för att se om indikationer och dosering har ändrats och om varningar och försiktighetsåtgärder har lagts till. Detta är särskilt viktigt när det rekommenderade medlet är ett nytt och/eller sällan använt läkemedel. Ansvarsfriskrivning: De uttalanden, åsikter och uppgifter som ingår i denna publikation är enbart de enskilda författarnas och bidragsgivarnas och inte förlagets eller redaktörernas. Förekomsten av annonser och/eller produktreferenser i publikationen är inte en garanti, ett stöd eller ett godkännande av de produkter eller tjänster som annonseras eller av deras effektivitet, kvalitet eller säkerhet. Utgivaren och redaktören/redaktörerna frånsäger sig ansvar för eventuella skador på personer eller egendom till följd av idéer, metoder, instruktioner eller produkter som det hänvisas till i innehållet eller annonser.