Cardiofaciocutaneous Syndrome

NGS Testing in Dysmorphology and Rare Multiple Congenital Defects Syndromes

NGS hat den Ansatz für seltene dysmorphe und multidefekte Syndrome verändert . NGS umfasst die Sequenzierung des gesamten Genoms, WES, und Genpanelsequenzierung, ein Werkzeug für Diagnose- und Forschungsbereiche sein. Es ist wahrscheinlich, dass weitere Fortschritte bei den NGS-Techniken eine engere Verbindung zwischen klinischen und forschungsgenetischen Tests herstellen werden (ein ähnlicher Prozess wurde beim Nachweis von Chromosomenaberrationen mithilfe von Microarrays beobachtet).

NGS hat sich als genaues Werkzeug für Mutationen erwiesen, die Mendelsche Störungen verursachen. Seit 2012 hat die Entdeckung neuer Gene bei seltenen Mendelschen Syndromen mit NGS—Techniken rapide zugenommen – mehr als 250 neuartige Gene, die an seltenen Erkrankungen, einschließlich dysmorpher Syndrome, beteiligt sind, wurden auf diese Weise entdeckt, und es wird erwartet, dass diese Zahl zunimmt .

Leider gibt es immer noch eine Lücke zwischen dem, was entdeckt wurde und dem, was als klinischer Test verfügbar ist. Aus diesem Grund ist ein systematisches Netzwerk erforderlich, das ein breites Spektrum seltener genetischer Erkrankungen auf nationaler oder internationaler Ebene abdeckt.

Patienten mit seltenen dysmorphen Syndromen gehörten zu den ersten Nutznießern von NGS-Tests. Einige der ersten dysmorphen Syndrome mit einer ursächlichen Variante, die 2010 von NGS entdeckt wurden, waren das Freeman-Sheldon-Syndrom (MYH3–Gen, autosomal-dominante Vererbung), das Miller-Syndrom (DHODH-Gen, autosomal-rezessive Vererbung) und das Schinzel-Giedion-Syndrom (SETBP1-Gen, autosomal-dominante Vererbung) . Unter Verwendung des Freeman-Sheldon-Syndroms und des Miller-Syndroms als Proof-of-Concept zeigten Kliniker und Wissenschaftler zum ersten Mal, dass die NGS-Analyse einer kleinen Anzahl nicht verwandter betroffener Personen ein krankheitsverursachendes Gen identifizieren kann . Andere bekannte dysmorphe Syndrome, die durch den NGS-Ansatz molekular definiert sind, umfassen das Weaver-Syndrom (EZH2-Gen), das Floating–Harbor-Syndrom (SRCAP-Gen), das Hajdu-Cheney-Syndrom (NOTCH2-Gen), das Proteus-Syndrom (AKT1-Gen) und andere . Der erste Bericht über eine Anwendung von NGS-Tests zur Entdeckung somatischer De-novo-Mutationen als Ursache einer genetischen Störung war ein Fall des Proteus-Syndroms . NGS ist äußerst nützlich, wenn die Differentialdiagnose mehrere Zustände mit überlappenden phänotypischen Merkmalen umfasst (z. B. Noonan-, Costello-, LEOPARD- und Cardiofaciocutaneous-Syndrome) oder wenn Mutationen in einem von vielen Genen dasselbe Syndrom oder dieselbe Störung verursachen können. Ein klassisches Beispiel ist das Coffin-Siris-Syndrom, bei dem viele identifizierte Gene wie SMARCB1, SMARCA4, SMARCA2, SMARCE1 und ARID1A als autosomal dominante Merkmale übertragen werden . Mutationen in einem dieser Gene, die für Untereinheiten eines einzelnen Komplexes kodieren, sind ursächlich für das Coffin–Siris-Syndrom . Die Noonan-Spektrum-Störungen, auch als RASopathien bekannt, sind eine Gruppe von Entwicklungssyndromen, die durch eine ausgedehnte klinische und genetische Heterogenität gekennzeichnet sind, jedoch eine beträchtliche phänotypische Überlappung aufweisen . Störungen des Noonan-Spektrums werden durch eine Fehlregulation des RAS / Mitogen-aktivierten Proteinkinase (RAS/MAPK) -Signalwegs verursacht (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19467855). Dreizehn Genvarianten wurden bei Patienten mit Noonan- und Noonan-ähnlichen Syndromen nachgewiesen. Zehn dieser Gene (PTPN11, SOS1, RAF1, KRAS, HRAS, SHOC2, BRAF, NRAS, MAP2K1, MAP2K1) kodieren Komponenten des RAS/MAPK-Signalwegs, während drei andere (CBL, KAT6B und RIT1) regulatorische Proteine für diesen Signalweg kodieren (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685). Obwohl die meisten ursächlichen Mutationen bei Noonan-Spektrum-Störungen de novo auftreten (hauptsächlich Missense und Indels, die zu In-Frame-Veränderungen des transkribierten Proteins führen), wurden auch familiäre Fälle berichtet, die autosomal dominant vererbt wurden (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685).

Das Noonan-Syndrom (NS) ist bei bis zu 80% der Patienten durch dysmorphes Gesichtsausdruck, Kleinwuchs, angeborene Herzfehler (Pulmonalklappenstenose, Vorhofseptumdefekt, Atrioventrikularkanaldefekt und hypertrophe Kardiomyopathie) und muskuloskelettale Anomalien (Brustdeformität und kurzer Hals) gekennzeichnet. Intelligenz ist normalerweise normal; Es können jedoch Lernschwierigkeiten auftreten. NS ist durch eine ausgedehnte klinische Heterogenität gekennzeichnet, selbst unter Mitgliedern derselben Familie (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4025385). NS wird in etwa 50% der Fälle durch Missense-Mutationen im PTPN11-Gen verursacht, was zu einem Funktionsgewinn des Nichtrezeptorprotein-Tyrosinphosphatase-SHP-2-Proteins führt.

Das Kardiofaziokutane Syndrom ist gekennzeichnet durch ein ausgeprägtes Gesichtsbild, angeborene Herzfehler (Pulmonalklappenstenose und Vorhofseptumdefekte), ektodermale Anomalien (Café au lait, Erythem, Keratose, Ichthyose, Ekzem, spärliches Haar und Nageldystrophie), Kleinwuchs und neurologische Befunde (Krampfanfälle, Hypotonie, Makrozephalie und verschiedene Grade geistiger und kognitiver Verzögerung) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3789005).

Das Noonan-Syndrom mit multiplen Lentiginen (NSML) ist als LEOPARD-Syndrom bekannt (multiple Lentiginen, elektrokardiographische Leitungsstörungen, Augenhypertelorismus, Lungenstenose, abnormale Genitalien, Wachstumsverzögerung, sensorineurale Taubheit). Andere weniger häufige Merkmale sind Kleinwüchsigkeit, leichte geistige Behinderung und abnormale Genitalien. Dieses Syndrom wird durch mindestens 10 verschiedene Missense-Defekte in PTPN11 verursacht, die über 90% aller genotypisierten Fälle ausmachen, und RAF1 (selten) . Im Gegensatz zu NS wirken NSML-verursachende Mutationen im PTPN11-Gen durch einen dominanten negativen Effekt, der die Funktion des Wildtyp-Genprodukts (SHP2-Protein) zu stören scheint (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15121796).

Das Costello-Syndrom (CS) ist gekennzeichnet durch grobe Gesichtszüge, dicke und lockere Haut an Händen und Füßen, Papillome, Herzfehler (Pulmonalklappenstenose), Kleinwüchsigkeit, Makrozephalie und leichte bis mittelschwere geistige Behinderung. Die meisten CS-Fälle sind sporadisch und resultieren aus de novo HRAS-Mutationen (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9934987).

Für Patienten mit NS-ähnlichen klinischen Merkmalen stehen mehrere NGS-Panels mit 13 Genen zur Verfügung, die an NS und verwandten Störungen beteiligt sind (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685/).

Rund 25% der von Holoprosencephalie betroffenen Neugeborenen haben ein definiertes monogenes Syndrom, einschließlich Smith–Lemli–Opitz–Syndrom (MIM 270400), Pallister–Hall-Syndrom (MIM 146510) und Rubinstein-Taybi-Syndrom (MIM 180849). Chromosomenanomalien wurden in 24-45% der Lebendgeburten verwickelt, am häufigsten numerische Anomalien in den Chromosomen 13, 18 und 21 und strukturelle Variationen mit 13q, 18p, 7q36, 3p24–pter, 2p21 und 21q22.3 . Intragene Mutationen in mehreren Genen wurden auch als zunehmende Anfälligkeit für Holoprosencephalie gefunden: DISP1, FGF8, FOXH1, GLI2, KNOTEN, PTCH1, SHH, SIX3, TDGF1, TGIF1 und ZIC2. Alle außer FGF8 werden autosomal dominant vererbt (http://ltd.aruplab.com/Tests/Pdf/407). Pränatale Tests sind ebenfalls möglich. Etwa 25% der Personen mit nicht-syndromischer Holoprosencephalie haben eine Mutation in einem dieser vier Gene: SHH, ZIC2, SIX3 oder TGIF1. Da unvollständige Penetranz und variable Expressivität Merkmale der dominant vererbten Holoprosencephalie sind, tritt eine hohe intrafamiliäre phänotypische Variabilität auf und bei Personen mit der ursächlichen Variante und betroffenen Verwandten ersten Grades ist ein relativ normales Gesichtsbild zu beobachten. Holoprosencephalie ist daher wie viele andere Entitäten eine Spektrumstörung, die durch komplexe Merkmale gekennzeichnet ist, die durch das Vorhandensein einer einzelnen Mutation nicht zuverlässig vorhergesagt werden können .

WES-Studien ermöglichten die Entdeckung neuartiger Wachstumsstörungen. IGSF1-Mangel beschrieben von Sun et al. ist durch große Statur, zentrale Hypothyreose, Makroorchidismus und verzögerte Pubertät sowie schwere Skelettanomalien gekennzeichnet . In: Hannema et al. berichtete über den Fall eines Patienten mit Gigantismus ohne andere dysmorphe Merkmale, der mit einer neuartigen Aktivierungsvariante in NPR2 assoziiert war. Darüber hinaus wurde 2015 eine neue heterozygote FGFR3-Variante mit dominant übertragener proportionaler Kleinwüchsigkeit sowie ein Bericht über zwei Geschwister mit disproportionaler Kleinwüchsigkeit veröffentlicht, die durch eine zusammengesetzte heterozygote Mutation von PAPSS2 verursacht wurden. Nilsson et al. entdeckte einen AKAN-Gendefekt, der für ein seltenes Syndrom von Kleinwüchsigkeit und fortgeschrittenem Knochenalter verantwortlich ist . Darüber hinaus wurde von Dauber et al. eine neuartige Ursache für primordialen Zwergwuchs (NINEIN-Mutation) berichtet. . Mehrere andere Gruppen haben auch WES verwendet, zum Beispiel Nikkel et al., Entdeckung des Gens, das mit dem oben erwähnten Floating-Harbor-Syndrom assoziiert ist (SRCAP-Mutationen) .

Wissenschaftler haben begonnen, die Komplexität einiger genetischer Störungen und angeborener Defekte zu verstehen . Genetische Krankheiten scheinen eher (mit wenigen Ausnahmen) zufällig auf verschiedene Gene verteilt zu sein, die an ähnlichen Signalwegen beteiligt sind. Diese Heterogenität stellt viele Studien, die versuchen, den Genotyp mit dem Phänotyp zu verstehen und zu korrelieren, direkt in Frage. Viele genetische Erkrankungen können durch eine Kombination von klinischen Merkmalen vermutet werden, einschließlich des Aussehens und der Familienanamnese. Zum Beispiel verursachen Mutationen in TBX5 beim Holt–Oram–Syndrom, das als Herz-Hand-Syndrom bezeichnet wird, angeborene Herz- und Gliedmaßenfehlbildungen . Es gibt mehrere mögliche Erklärungen für das Vorhandensein einer Ansammlung von Befunden bei einem Patienten mit einem genetischen Syndrom. Ein häufiger Grund ist die Pleiotropie der multiplen Wirkungen einer einzelnen Variante auf verschiedene Organe oder Gewebe. Eine andere mögliche Erklärung für das Vorhandensein eines Clusters von Befunden ist, dass der Patient ein zusammenhängendes Gensyndrom hat (Deletionen oder Duplikationen, die einen bestimmten Teil eines Chromosoms betreffen). Da alle Gene in den veränderten Regionen betroffen sind, kann die Beteiligung vieler Gene zu einem komplizierten Krankheitsbild führen. Ein bekanntes Beispiel für ein zusammenhängendes Gensyndrom ist das 22q11.2 Deletionssyndrom . Darüber hinaus kann ein einzelner Locus für mehrere Phänotypen verantwortlich sein, und verschiedene Störungen können aus Mutationen im selben Gen resultieren. Verschiedene NGS-basierte Studien haben neue Gene entdeckt, die an der Ätiologie eines angeborenen Syndroms mit demselben oder ähnlichem Phänotyp beteiligt sind, sowie einzelne Gene, die mit verschiedenen Phänotypen oder mit einer atypischen Form eines bekannten Syndroms assoziiert sind, das als neues Syndrom abgegrenzt ist . Zum Beispiel wird das Rubinstein-Taybi-Syndrom durch Mutationen in den Genen CREBBP und EP300 verursacht (beide Gene fungieren als transkriptionelle Coaktivatoren bei der Regulation der Genexpression über verschiedene Signaltransduktionswege und beide sind potente Histon-Acetyltransferasen). Auf der anderen Seite sind COL4A1-Genmutationen für neuronale Migrationsstörungen sowie Katarakt- und andere ophthalmologische Syndrome und viele mit Kollagen Typ IV assoziierte Erkrankungen verantwortlich. Die diagnostischen Schwierigkeiten unter den oben genannten Bedingungen weisen nachdrücklich auf eine herausragende Rolle der NGS-Technologien als wirksames diagnostisches Instrument in der Dysmorphologie hin. Die NGS-Technologie hilft uns, die Pathogenese bekannter Störungen zu verstehen, indem sie Wege abgrenzt, die für ihre Pathogenese verantwortlich sind. Zum Beispiel ermöglichte NGS die Implikation des AKT / PI3K / mTOR–Signalwegs bei Überwucherungssyndromen wie Proteus, Megalenzephalie–Kapillarfehlbildung und Megalenzephalie–Polymikrogyrie–Polydaktylie–Hydrozephalus-Syndrom sowie die Chromatinmodellierung des SWI / SNF-Signalwegs beim Coffin-Siris-Syndrom und des RAS / MAPK-Signalwegs bei RASopathien .

NGS-basierte Forschung hat ein weiteres Potenzial, neue Therapien zu lokalisieren . Beaulieu et al. veröffentlichte eine Übersicht über einige Fragen im Zusammenhang mit neuen therapeutischen Ansätzen bei seltenen Krankheiten . Zum Beispiel bietet die Identifizierung von Mutationen in Riboflavin-Transportergenen (SLC52A2 und SLC52A3), die sensorineurale Taubheit und Pontobulbärparese im Säuglingsalter verursachen, die Möglichkeit, Riboflavin als Therapeutikum zu verwenden . Darüber hinaus impliziert eine infantil einsetzende Bewegungsstörung, die durch ein neuartiges krankheitsverursachendes Gen (SLC18A2-Gen) verursacht wird, das für den vesikulären Monoamintransporter kodiert, die Akkumulation von zytosolischem Dopamin und Serotonin in synaptischen Vesikeln Monoaminagonisten als Therapeutikum .

NGS wird wahrscheinlich Teil der Standardbewertung für die meisten seltenen dysmorphen Syndrome werden, da es den Diagnoseprozess spektakulär erleichtert, beschleunigt und verkürzt . Ein gutes Beispiel ist der Diagnoseprozess bei Patienten mit geistiger Behinderung mit oder ohne dysmorphe Merkmale (siehe Kapitel Next Generation Sequencing in Neurologie und Psychiatrie). Heutzutage gibt es eine Vielzahl von diagnostischen Unternehmen, die diagnostische NGS-Panels von Genen anbieten, von denen bekannt ist, dass sie für eine heterogene Gruppe von Erkrankungen wie geistige Behinderung, Autismus, Epilepsie (epileptische Enzephalopathie), Schizophrenie und bipolare Störungen, Taubheit, Leukoenzephalopathie und peroxisomale Defekte ursächlich und potenziell wichtig sind, sowie Ataxie, Makuladystrophie, Ciliopathien, Kardiomyopathie, Myopathie und Neuropathie, Skelettdysplasiesyndrome und Bindegewebssyndrome, RASopathien, Stoffwechselstörungen usw. (siehe entsprechende Kapitel). Außerdem können Platten auf Anfrage besonders angefertigt werden (www.genetests.com ). Das EuroGentest-Projekt (www.eurogentest.org ) hat klinische Nutzenrichtlinien für diagnostische NGS-Ansätze erstellt . Strukturierte Informationen von NGS-Anbietern (etwa 30 Laboratorien) umfassen Panel-Namen (etwa 1000 Tests) und getestete Varianten (etwa 3000 Gene), die gesammelt und mit verschiedenen Bedingungen verknüpft wurden (3460).