Cardiofaciocutaneous Syndrome

NGS testování v Dysmorfologii a vzácných syndromech mnohočetných vrozených vad

NGS změnilo přístup k vzácným dysmorfickým a multidefektovým syndromům . NGS zahrnuje sekvenování celého genomu, WES, a sekvenování genových panelů, být nástrojem pro diagnostické i výzkumné oblasti. Je pravděpodobné, že další pokrok v technikách NGS vytvoří užší vazbu mezi klinickým a výzkumným genetickým testováním(podobný proces byl pozorován při detekci chromozomálních aberací pomocí mikroarrays).

NGS se ukázal jako přesný nástroj pro mutace způsobující Mendelovy poruchy. Od roku 2012 se objev nových genů u vzácných Mendelovských syndromů pomocí technik NGS rychle zvýšil—tímto způsobem bylo objeveno více než 250 nových genů zapojených do vzácných poruch, včetně dysmorfických syndromů, a očekává se, že tento počet poroste .

bohužel stále existuje mezera mezi tím, co bylo objeveno, a tím, co je k dispozici jako klinický test. Z tohoto důvodu existuje potřeba systematické sítě, která bude pokrývat širokou škálu vzácných genetických poruch na národní nebo mezinárodní úrovni.

pacienti se vzácnými dysmorfickými syndromy byli mezi prvními příjemci testování NGS. Některé z prvních dysmorfních syndromů s kauzativní variantou objevené NGS v roce 2010 byly Freeman-Sheldonův syndrom (Gen MYH3, autozomálně dominantní dědičnost), Millerův syndrom (Gen DHODH, autozomálně recesivní dědičnost) a Schinzel–Giedionův syndrom (Gen SETBP1, autozomálně dominantní dědičnost). Použití Freeman-Sheldonova syndromu a Millerova syndromu jako důkazu konceptu, lékaři a vědci poprvé prokázali, že NGS analýza malého počtu nesouvisejících postižených jedinců může identifikovat gen způsobující onemocnění . Mezi další známé dysmorfické syndromy molekulárně definované přístupem NGS patří Weaverův syndrom (Gen EZH2), plovoucí-Harborův syndrom (Gen SRCAP), Hajdu-Cheneyův syndrom (Gen NOTCH2), Proteusův syndrom (Gen AKT1) a další . První zpráva o aplikaci testování NGS k objevení somatických de novo mutací jako příčiny genetické poruchy byla případ Proteusova syndromu . NGS je velmi užitečné, když diferenciální diagnostika zahrnuje několik stavů s překrývajícími se fenotypovými rysy (např. Noonan, Costello, LEOPARD a kardiofaciokutánní syndromy) nebo když mutace v některém z mnoha genů mohou způsobit stejný syndrom nebo poruchu. Klasickým příkladem je Coffin-Sirisův syndrom, ve kterém je mnoho identifikovaných genů, jako je SMARCB1, SMARCA4, SMARCA2, SMARCE1 a ARID1A, přenášeno jako autosomálně dominantní rysy . Mutace v kterémkoli z těchto genů kódujících podjednotky jediného komplexu jsou považovány za příčinné pro Coffin-Sirisův syndrom . Poruchy noonanova spektra, známé také jako Rasopatie, jsou skupinou vývojových syndromů charakterizovaných rozsáhlou klinickou a genetickou heterogenitou, ale se značným fenotypovým přesahem . Poruchy noonanového spektra jsou způsobeny dysregulací signální dráhy RAS/mitogenem aktivované proteinkinázy (RAS/MAPK) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19467855). U pacientů s noonanovými a Noonanovými syndromy bylo zjištěno třináct genových variant. Deset z těchto genů (PTPN11, SOS1, RAF1, KRAS, HRAS, SHOC2, BRAF, NRAS, MAP2K1, MAP2K1) kóduje složky signální dráhy RAS/MAPK, zatímco tři další (CBL, KAT6B a RIT1) kódují regulační proteiny pro tuto cestu (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685). Ačkoli většina kauzativních mutací u poruch noonanového spektra se vyskytuje de novo (hlavně missense a indels, což vede k in-frame změnám transkribovaného proteinu), byly hlášeny také familiární případy, zděděné autozomálně dominantním způsobem (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685).

Noonanův syndrom (NS) je charakterizován dysmorfickým vzhledem obličeje, krátkou postavou, vrozenými srdečními vadami až u 80% pacientů (stenóza plicní chlopně, defekt síňového septa, defekt atrioventrikulárního kanálu a hypertrofická kardiomyopatie) a muskuloskeletální abnormality (deformita hrudníku a krátký krk). Inteligence je obvykle normální; mohou však nastat potíže s učením. NS se vyznačuje rozsáhlou klinickou heterogenitou, a to i mezi členy stejné rodiny (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4025385). NS je v přibližně 50% případů způsoben chybějícími mutacemi v genu PTPN11, což má za následek zvýšení funkce nereceptorového proteinu tyrosinfosfatázy SHP-2 proteinu.

Kardiofaciokutánní syndrom je charakterizován výrazným vzhledem obličeje, vrozenými srdečními vadami (stenóza plicní chlopně a defekty síňového septa), ektodermálními abnormalitami (café au lait, erytém, keratóza, ichtyóza, ekzém, řídké vlasy a dystrofie nehtů), krátkou postavou a neurologickými nálezy (záchvaty, hypotonie, makrocefalie a různé stupně mentálního a kognitivního zpoždění) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3789005).

Noonanův syndrom s více lentiginy (NSML) je známý jako LEOPARDŮV syndrom (mnohočetné lentiginy, abnormality elektrokardiografického vedení, oční hypertelorismus, plicní stenóza, abnormální genitálie, zpomalení růstu, senzorineurální hluchota). Mezi další méně časté rysy patří krátká postava, mírná mentální retardace a abnormální genitálie. Tento syndrom je způsoben nejméně 10 různými chybnými defekty v PTPN11, což představuje více než 90% všech genotypů a RAF1 (zřídka) . Na rozdíl od NS působí nsml-kauzativní mutace v genu PTPN11 dominantním negativním účinkem, který zřejmě narušuje funkci genového produktu divokého typu (protein SHP2) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15121796).

Costellův syndrom (CS) je charakterizován hrubými rysy obličeje, silnou a volnou kůží rukou a nohou, papilomata, srdeční vady (stenóza plicní chlopně), krátká postava, makrocefalie a mírná až střední mentální retardace. Většina případů CS je sporadická, vyplývající z mutací de novo HRAS (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9934987).

u pacientů s klinickými příznaky podobnými NS je k dispozici několik NGS panelů se 13 geny, které byly zapojeny do NS a souvisejících poruch (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685/).

přibližně 25% novorozenců postižených holoprosencefalií má definovaný monogenní syndrom, včetně Smith-Lemli-Opitzova syndromu (MIM 270400), Pallister–Hallova syndromu (MIM 146510) a Rubinstein–Taybiho syndromu (MIM 180849). Chromozomální anomálie byly zapojeny do 24-45% živě narozených dětí, nejčastěji numerické anomálie v chromozomech 13, 18 a 21 a strukturální variace zahrnující 13q, 18p, 7q36, 3p24-pter, 2p21 a 21q22. 3 . Intragenní mutace v několika genech byly také nalezeny jako zvyšující se náchylnost k holoprosencefalii: DISP1, FGF8, FOXH1, GLI2, NODAL, PTCH1, SHH, SIX3, TDGF1, TGIF1 a ZIC2. Všechny kromě FGF8 se dědí autozomálně dominantním způsobem (http://ltd.aruplab.com/Tests/Pdf/407). Prenatální testování je také možné. Asi 25% jedinců s nesyndromickou holoprosencefalií má mutaci v jednom z těchto čtyř genů: SHH, ZIC2, SIX3 nebo TGIF1. Protože neúplná penetrace a variabilní expresivita jsou rysy dominantně zděděné holoprosencefálie, dochází k vysoké intrafamiliální fenotypové variabilitě a relativně normální vzhled obličeje lze pozorovat u jedinců, kteří mají kauzativní variantu a postižené příbuzné prvního stupně. Holoprosencefalie, stejně jako mnoho jiných entit, je tedy porucha spektra charakterizovaná komplexními znaky, které nejsou spolehlivě předpovězeny přítomností jediné mutace .

studie WES umožnily objevit nové poruchy růstu. Nedostatek IGSF1 popsaný Sunem a kol. je charakterizován vysokou postavou, centrální hypotyreózou, makroorchidismem a zpožděnou pubertou a závažnými kosterními abnormalitami . Hannema a kol. hlášen případ pacienta s gigantismem bez dalších dysmorfních rysů, spojený s novou aktivační variantou v NPR2. Dále byla v roce 2015 publikována nová heterozygotní varianta FGFR3 v dominantně přenášeném proporcionálním krátkém vzrůstu, stejně jako zpráva o dvou sourozencích s nepřiměřeným krátkým vzrůstem způsobeným složenou heterozygotní mutací PAPSS2. Nilsson a kol. objevil defekt genu AKAN zodpovědný za vzácný syndrom krátkého vzrůstu a pokročilého kostního věku . Kromě toho byla Dauber et al hlášena nová příčina primordiálního trpaslíka (NINEIN mutace). . Několik dalších skupin také použilo WES, například Nikkel et al., objevení genu spojeného s výše zmíněným syndromem plovoucího přístavu (mutace SRCAP).

vědci začali chápat složitost některých genetických poruch a vrozených vad . Genetická onemocnění se zdají být spíše (až na několik výjimek) náhodně rozptýlena mezi různými geny zapojenými do podobných cest. Tato heterogenita přímo zpochybňuje mnoho studií, které se snaží pochopit a korelovat genotyp s fenotypem. Mnoho genetických stavů lze podezření na kombinaci klinických příznaků, včetně fyzického vzhledu a rodinné anamnézy. Například u Holt–Oramova syndromu, nazývaného syndrom srdce a ruky, mutace v TBX5 způsobují vrozené malformace srdce a končetin . Existuje několik možných vysvětlení přítomnosti shluku nálezů u pacienta s genetickým syndromem. Jedním z běžných důvodů je pleiotropie vícenásobných účinků jedné varianty na různé orgány nebo tkáně. Dalším možným vysvětlením přítomnosti shluku nálezů je to, že pacient má souvislý genový syndrom (delece nebo duplikace zahrnující určitou část chromozomu). Protože jsou ovlivněny všechny geny ve změněných oblastech, zapojení mnoha genů může mít za následek komplikovaný klinický obraz. Známým příkladem souvislého genového syndromu je deleční syndrom 22q11. 2 . Kromě toho může být jediný lokus zodpovědný za více fenotypů a různé poruchy mohou být důsledkem mutací ve stejném genu. Různé studie založené na NGS objevily nové geny zapojené do etiologie vrozeného syndromu se stejným nebo podobným fenotypem, stejně jako jednotlivé geny spojené s různými fenotypy nebo s atypickou formou známého syndromu vymezeného jako nový syndrom . Například Rubinstein-Taybiho syndrom je způsoben mutacemi v genech CREBBP a EP300 (oba geny fungují jako transkripční koaktivátory v regulaci genové exprese různými cestami přenosu signálu a oba jsou silnými histonacetyltransferázami). Na druhé straně jsou mutace genu COL4A1 zodpovědné za poruchy migrace neuronů, katarakty a další oftalmologické syndromy a mnoho poruch souvisejících s kolagenem typu IV. Diagnostické obtíže ve výše uvedených podmínkách silně poukazují na významnou roli technologií NGS jako silného diagnostického nástroje v dysmorfologii. Technologie NGS nám pomáhá pochopit patogenezi známých poruch prostřednictvím vymezení cest odpovědných za jejich patogenezi. Například NGS umožnil implikaci dráhy AKT / PI3K / mTOR u syndromů nadměrného růstu, jako je Proteus, megalencefalie-kapilární malformace a megalencefalie–polymikrogyria–polydaktyly–Hydrocefalus syndrom, jakož i modelování chromatinu dráhy SWI / SNF u syndromu Coffin-Siris a dráhy RAS / MAPK u Rasopatií .

výzkum založený na NGS má další potenciál určit nové terapie . Beaulieu et al. publikoval přehled o některých otázkách týkajících se nových terapeutických přístupů u vzácných onemocnění . Například identifikace mutací v genech transportéru riboflavinu (SLC52A2 a SLC52A3), které způsobují senzorineurální hluchotu a pontobulbarovou obrnu, poskytuje příležitost použít riboflavin jako terapeutické činidlo . Navíc v infantilní pohybové poruše způsobené novým genem způsobujícím onemocnění (Gen SLC18A2), který kóduje vezikulární monoaminový transportér, cytosolický dopamin a serotonin hromadící se do synaptických vezikul znamená monoaminové agonisty jako terapeutická činidla .

NGS se pravděpodobně stane součástí standardního hodnocení pro většinu vzácných dysmorfických syndromů, protože velkolepě usnadňuje, urychluje a zkracuje diagnostický proces . Dobrým příkladem je diagnostický proces u pacientů s mentálním postižením s dysmorfickými rysy nebo bez nich (viz kapitola sekvenování nové generace v neurologii a psychiatrii). V současné době existuje nepřeberné množství diagnostických společností, které nabízejí diagnostické NGS panely genů, o nichž je známo, že jsou kauzální a potenciálně důležité pro heterogenní skupinu poruch, jako je mentální postižení, autismus, epilepsie (epileptická encefalopatie), schizofrenie a bipolární poruchy, hluchota, leukoencefalopatie a peroxisomální defekty, stejně jako ataxie, makulární dystrofie, ciliopatie, kardiomyopatie, myopatie a neuropatie, syndromy kosterní dysplazie a syndromy pojivové tkáně, rasopatie, metabolické poruchy atd. (viz příslušné kapitoly). Panely lze navíc na vyžádání přizpůsobit (www.genetests.com). projekt EuroGentest (www.eurogentest.org) připravil pokyny pro klinickou užitečnost týkající se diagnostických přístupů NGS . Strukturované informace od poskytovatelů NGS (asi 30 laboratoří) zahrnují název panelu (asi 1000 testů) a testované varianty (asi 3000 genů), shromážděné a spojené s různými podmínkami (3460).