zespół Cardiofaciocutaneous

badanie NGS w Dysmorfologii i rzadkich zespołach mnogich wad wrodzonych

NGS zmieniło podejście do rzadkich zespołów dysmorficznych i wielodefektowych . NGS obejmuje sekwencjonowanie całego genomu, WES i sekwencjonowanie panelu genowego, będąc narzędziem zarówno dla dziedzin diagnostycznych, jak i badawczych. Jest prawdopodobne, że dalszy postęp w technikach NGS ustanowi bliższy związek między badaniami klinicznymi i badawczymi (podobny proces zaobserwowano w wykrywaniu aberracji chromosomowych za pomocą mikromacierzy).

NGS okazał się dokładnym narzędziem do mutacji powodujących zaburzenia Mendla. Od 2012 r .liczba nowych genów w rzadkich zespołach Mendlowskich wykorzystujących techniki NGS gwałtownie wzrosła—w ten sposób odkryto ponad 250 nowych genów biorących udział w rzadkich chorobach, w tym zespołach dysmorficznych, i oczekuje się, że liczba ta wzrośnie.

niestety nadal istnieje luka między tym, co zostało odkryte, a tym, co jest dostępne jako test kliniczny. Z tego powodu istnieje potrzeba systematycznej sieci obejmującej szeroki zakres rzadkich zaburzeń genetycznych na poziomie krajowym lub międzynarodowym.

pacjenci z rzadkimi zespołami dysmorficznymi byli jednymi z pierwszych beneficjentów testów NGS. Niektóre z pierwszych zespołów dysmorficznych z wariantem sprawczym odkrytym przez NGS w 2010 roku to zespół Freemana-Sheldona (Gen MYH3, dziedziczenie autosomalnie dominujące), zespół Millera (Gen DHODH, dziedziczenie autosomalnie recesywne) i zespół Schinzela–Giediona (Gen SETBP1, dziedziczenie autosomalnie dominujące). Wykorzystując zespół Freemana-Sheldona i zespół Millera jako dowód koncepcji, klinicyści i naukowcy po raz pierwszy wykazali, że analiza NGS niewielkiej liczby niezwiązanych z nią osób może zidentyfikować Gen chorobotwórczy . Inne znane zespoły dysmorficzne zdefiniowane przez podejście NGS obejmują zespół Weavera (Gen EZH2), zespół pływającego portu (Gen SRCAP), zespół Hajdu-Cheneya (Gen NOTCH2), zespół Proteusa (Gen AKT1) i inne . Pierwszym doniesieniem o zastosowaniu testów NGS do odkrycia somatycznych mutacji de novo jako przyczyny zaburzenia genetycznego był przypadek zespołu Proteusa . NGS jest niezwykle przydatny, gdy diagnoza różnicowa obejmuje kilka warunków z nakładającymi się cechami fenotypowymi (np. Noonan, Costello, LEOPARD i zespoły kardiofaciocutaneous) lub gdy mutacje w jednym z wielu genów mogą powodować ten sam zespół lub zaburzenie. Klasycznym przykładem jest zespół Coffina-Sirisa, w którym wiele zidentyfikowanych genów, takich jak SMARCB1, SMARCA4, SMARCA2, SMARCE1 i ARID1A, jest przenoszonych jako cechy autosomalne dominujące . Mutacje w którymkolwiek z tych genów kodujących podjednostki pojedynczego kompleksu okazały się przyczynowe dla zespołu Coffina–Sirisa . Zaburzenia spektrum Noonana, znane również jako Rasopatie, są grupą zespołów rozwojowych charakteryzujących się rozległą heterogenicznością kliniczną i genetyczną, ale ze znacznym nakładaniem się fenotypu . Zaburzenia widma noonanu są spowodowane dysregulacją szlaku sygnałowego RAS/kinazy białkowej aktywowanej mitogenem (RAS/MAPK) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19467855). U pacjentów z zespołami Noonan i Noonanopodobnymi wykryto trzynaście wariantów genów. Dziesięć z tych genów (PTPN11, SOS1, RAF1, KRAS, HRAS, SHOC2, BRAF, NRAS, MAP2K1, MAP2K1) koduje składniki szlaku sygnałowego RAS/MAPK, podczas gdy trzy inne (CBL, KAT6B i RIT1) kodują białka regulacyjne dla tego szlaku (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685). Chociaż większość przyczynowych mutacji w zaburzeniach spektrum Noonan występuje de novo (głównie missense i indels, co powoduje wewnętrzne zmiany transkrybowanego białka), odnotowano również przypadki rodzinne, dziedziczone w sposób autosomalny dominujący (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685).

zespół Noonana (NS) charakteryzuje się dysmorficznym wyglądem twarzy, niskim wzrostem, wrodzonymi wadami serca do 80% pacjentów (zwężenie zastawki płucnej, ubytek przegrody międzykomorowej, ubytek kanału przedsionkowo-komorowego i kardiomiopatia przerostowa) i zaburzeniami mięśniowo-szkieletowymi (deformacja klatki piersiowej i krótka Wstęga szyi). Inteligencja jest zwykle normalna, jednak mogą wystąpić trudności w nauce. NS charakteryzuje się rozległą heterogenicznością kliniczną, nawet wśród członków tej samej rodziny (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4025385). NS, w około 50% przypadków, jest spowodowany mutacjami missense w genie PTPN11, co powoduje zwiększenie funkcji białka niereceptorowego fosfatazy tyrozynowej SHP-2.

zespół Kardiofaciocutaneous charakteryzuje się charakterystycznym wyglądem twarzy, wrodzonymi wadami serca (zwężenie zastawki płucnej i wady przegrody międzyprzedsionkowej), zaburzeniami ektodermalnymi (café au lait, rumień, rogowacenie, rybia łuska, wyprysk, rzadkie włosy i dystrofia paznokci), niskim wzrostem i odkryciami neurologicznymi (drgawki, hipotonia, makrocefalia i różne stopnie opóźnienia umysłowego i poznawczego) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3789005).

zespół Noonana z wieloma soczewicami (NSML) jest znany jako zespół Leoparda (wiele soczewicy, zaburzenia przewodzenia elektrokardiograficznego, hiperteloryzm oka, zwężenie płuc, nieprawidłowe narządy płciowe, opóźnienie wzrostu, głuchota odbiorcza). Inne mniej powszechne cechy to niski wzrost, łagodne upośledzenie umysłowe i nieprawidłowe narządy płciowe. Zespół ten jest spowodowany co najmniej 10 różnymi wadami missense w PTPN11, co stanowi ponad 90% wszystkich przypadków genotypowych i RAF1 (rzadko) . W przeciwieństwie do NS, mutacje powodujące NSML w genie PTPN11 działają poprzez dominujący negatywny efekt, który wydaje się zakłócać funkcję produktu genu dzikiego (białka SHP2) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15121796).

zespół Costello (CS) charakteryzuje się grubymi rysami twarzy, grubą i luźną skórą rąk i stóp, brodawczakami, wadami serca (zwężeniem zastawki płucnej), niskim wzrostem, makrocefalią i łagodnym do umiarkowanego upośledzeniem umysłowym. Większość przypadków CS jest sporadyczna, co wynika z mutacji de novo HRAS (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9934987).

dla pacjentów z cechami klinicznymi podobnymi do NS (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685/) dostępnych jest kilka paneli NGS zawierających 13 genów uwikłanych w NS i związane z nimi zaburzenia.

Około 25% noworodków dotkniętych holoprosencefalią ma zdefiniowany zespół monogenny, w tym zespół Smitha–Lemli–Opitza (MIM 270400), zespół Pallistera–Halla (mim 146510) i zespół Rubinsteina–Taybi (mim 180849). Anomalie chromosomowe były zaangażowane w 24-45% żywych urodzeń, najczęściej anomalie numeryczne w chromosomach 13, 18 i 21 oraz zmiany strukturalne obejmujące 13q, 18P, 7q36, 3p24–pter, 2p21 i 21q22.3 . Wewnątrzgeniczne mutacje w kilku genach stwierdzono również jako zwiększenie podatności na holoprosencefalię: DISP1, FGF8, FOXH1, GLI2, NODAL, PTCH1, SHH, SIX3, TDGF1, TGIF1 i ZIC2. Wszystkie z wyjątkiem FGF8 są dziedziczone w sposób autosomalny dominujący (http://ltd.aruplab.com/Tests/Pdf/407). Możliwe jest również badanie prenatalne. Około 25% osób z niedyndromową holoprosencefalią ma mutację w jednym z tych czterech genów: SHH, ZIC2, SIX3 lub TGIF1. Ponieważ niekompletna penetracja i zmienna ekspresja są cechami dominująco dziedziczonej holoprosencefalii, występuje wysoka wewnątrzrodzinna zmienność fenotypowa i stosunkowo normalny wygląd twarzy można zobaczyć u osób, które mają wariant sprawczy i dotknięte krewnymi pierwszego stopnia. Tak więc holoprosencephaly, podobnie jak wiele innych jednostek, jest zaburzeniem spektrum charakteryzującym się złożonymi cechami, które nie są niezawodnie przewidywane przez obecność pojedynczej mutacji .

badania WES umożliwiły odkrycie nowych zaburzeń wzrostu. Niedobór IGSF1 opisany przez Sun et al. charakteryzuje się wysoką posturą, centralną niedoczynnością tarczycy, makroorchidizmem i opóźnionym dojrzewaniem oraz ciężkimi zaburzeniami szkieletowymi . Hannema et al. zgłoszono przypadek pacjenta z gigantyzmem bez innych cech dysmorficznych, związanych z nowym wariantem aktywującym w NPR2. Ponadto w 2015 r.opublikowano nowy heterozygotyczny wariant FGFR3 w dominująco przekazanej proporcjonalnej niskiej posturze , a także raport na temat dwójki rodzeństwa o nieproporcjonalnie niskiej posturze spowodowanej złożoną heterozygotyczną mutacją PAPSS2. Nilsson et al. odkrył defekt genu AKAN odpowiedzialny za rzadki zespół niskiego wzrostu i zaawansowanego wieku kostnego . Dodatkowo, Nowa przyczyna pierwotnego karłowatości (mutacja dziewiątki) została zgłoszona przez Daubera i wsp. . Kilka innych grup również korzystało z WES, na przykład Nikkel et al., odkrywając gen związany z wyżej wymienionym zespołem Floating-Harbor (mutacje SRCAP).

naukowcy zaczęli rozumieć złożoność niektórych zaburzeń genetycznych i wad wrodzonych. Choroby genetyczne wydają się być raczej (z nielicznymi wyjątkami) losowo rozrzucone wśród różnych genów biorących udział w podobnych szlakach. Ta heterogeniczność bezpośrednio podważa wiele badań próbujących zrozumieć i skorelować genotyp z fenotypem. Wiele warunków genetycznych można podejrzewać poprzez połączenie cech klinicznych, w tym wyglądu fizycznego i historii rodziny. Na przykład w zespole Holta–Orama, zwanym zespołem serce–ręka, mutacje w TBX5 powodują wrodzone wady rozwojowe serca i kończyn . Istnieje kilka możliwych wyjaśnień obecności klastra ustaleń u pacjenta z zespołem genetycznym. Jedną z powszechnych przyczyn jest plejotropia wielu efektów jednego wariantu na różne narządy lub tkanki. Innym możliwym wyjaśnieniem obecności klastra odkryć jest to, że pacjent ma zespół przyległych genów (delecje lub duplikacje obejmujące pewną część chromosomu). Ponieważ wszystkie geny w zmienionych regionach są dotknięte, zaangażowanie wielu genów może skutkować skomplikowanym obrazem klinicznym. Dobrze znanym przykładem syndromu przylegającego genu jest zespół delecji 22q11. 2 . Ponadto pojedyncze locus może być odpowiedzialne za wiele fenotypów, a różne zaburzenia mogą wynikać z mutacji w tym samym Genie. Różne badania oparte na NGS odkryły nowe geny zaangażowane w etiologię zespołu wrodzonego o tym samym lub podobnym fenotypie, jak również pojedyncze geny związane z różnymi fenotypami lub z nietypową formą dobrze znanego zespołu określanego jako nowy zespół . Na przykład, zespół Rubinsteina–Taybi jest spowodowany mutacjami w genach CREBBP i EP300 (oba geny działają jako koaktywizatory transkrypcyjne w regulacji ekspresji genów poprzez różne szlaki transdukcji sygnału i oba są silnymi acetylotransferazami histonowymi). Z drugiej strony mutacje genu COL4A1 są odpowiedzialne za zaburzenia migracji neuronów, a także zaćmę i inne zespoły okulistyczne oraz wiele zaburzeń związanych z kolagenem typu IV. Trudności diagnostyczne w wyżej wymienionych warunkach silnie wskazują na znaczącą rolę technologii NGS jako silnego narzędzia diagnostycznego w dysmorfologii. Technologia NGS pomaga nam zrozumieć patogenezę znanych zaburzeń poprzez wytyczenie ścieżek odpowiedzialnych za ich patogenezę. Na przykład, NGS umożliwił implikację szlaku AKT / PI3K/mTOR w zespołach przerostu, takich jak Proteus, megalencephaly–capillary malformation i megalencephaly–polymicrogyria–polidactyly–hydrocephalus syndrome, jak również modelowanie chromatyny szlaku SWI/SNF w zespole Coffina–Sirisa i Szlaku RAS / MAPK w Rasopatiach .

badania oparte na NGS mają dalszy potencjał, aby wskazać nowe terapie . Beaulieu et al. opublikował przegląd omawiający niektóre zagadnienia związane z nowymi podejściami terapeutycznymi w rzadkich chorobach . Na przykład identyfikacja mutacji genów transporterów ryboflawiny (SLC52A2 i SLC52A3) powodujących niedosłuch czuciowo-nerwowy w okresie niemowlęcym i porażenie pontobulbarowe daje możliwość zastosowania ryboflawiny jako środka terapeutycznego . Dodatkowo, w dziecięcym zaburzeniu ruchowym wywołanym przez nowy gen chorobotwórczy (Gen SLC18A2), który koduje pęcherzykowy transporter monoamin, cytozolowa dopamina i serotonina gromadzące się w pęcherzykach synaptycznych implikują agonistów monoamin jako środki terapeutyczne .

NGS prawdopodobnie stanie się częścią standardowej oceny większości rzadkich zespołów dysmorficznych, ponieważ spektakularnie ułatwia, przyspiesza i skraca proces diagnostyczny . Dobrym przykładem jest proces diagnostyczny u pacjentów z niepełnosprawnością intelektualną z cechami dysmorficznymi lub bez nich (patrz rozdział sekwencjonowanie nowej generacji w neurologii i psychiatrii). Obecnie istnieje mnóstwo firm diagnostycznych oferujących panele diagnostyczne NGS genów znanych jako przyczynowe i potencjalnie ważne dla niejednorodnej grupy zaburzeń, takich jak niepełnosprawność intelektualna, autyzm, epilepsja (encefalopatia epileptyczna), schizofrenia i zaburzenia dwubiegunowe, głuchota, leukoencefalopatia i wady nadtlenosomowe, a także ataksja, dystrofia plamki żółtej, ciliopatie, kardiomiopatia, miopatia i neuropatia, zespoły dysplazji szkieletowej i zespoły tkanki łącznej, Rasopatie, zaburzenia metaboliczne itp. (patrz odpowiednie rozdziały). Ponadto panele mogą być dostosowywane na życzenie (www.genetests.com). projekt EuroGentest (www.eurogentest.org) przygotowała wytyczne użyteczności klinicznej obejmujące metody diagnostyczne NGS . Ustrukturyzowane informacje od dostawców NGS (około 30 laboratoriów) obejmują nazwę panelu (około 1000 testów) i przetestowane warianty (około 3000 genów), zebrane i powiązane z różnymi warunkami (3460).