sindromul Cardiofaciocutanat

testarea NGS în Dismorfologie și sindroame rare de defecte congenitale multiple

NGS a schimbat abordarea sindroamelor dismorfice și multidefecte rare . NGS cuprinde secvențierea întregului genom, Wes și secvențierea panoului genetic, fiind un instrument atât pentru domeniile de diagnostic, cât și pentru cercetare. Este probabil ca progresele ulterioare în tehnicile NGS să stabilească o legătură mai strânsă între testarea genetică clinică și cercetare (un proces similar a fost observat în detectarea aberațiilor cromozomiale folosind microarrays).

NGS s-a dovedit a fi un instrument precis pentru mutațiile care cauzează tulburări mendeliene. Din 2012, descoperirea de noi gene în sindroamele mendeliene rare folosind tehnici NGS a crescut rapid-mai mult de 250 de gene noi implicate în tulburări rare, inclusiv sindroame dismorfice, au fost descoperite în acest fel și se așteaptă ca acest număr să crească .

din păcate, există încă un decalaj între ceea ce a fost descoperit și ceea ce este disponibil ca test clinic. Din acest motiv, este nevoie de o rețea sistematică care să acopere o gamă largă de tulburări genetice rare la nivel național sau internațional.

pacienții cu sindroame dismorfice rare au fost printre primii beneficiari ai testelor NGS. Unele dintre primele sindroame dismorfice cu o variantă cauzală descoperită de NGS în 2010 au fost sindromul Freeman–Sheldon (gena MYH3, moștenire dominantă autosomală), sindromul Miller (gena DHODH, moștenire recesivă autosomală) și sindromul Schinzel–Giedion (gena SETBP1, moștenire dominantă autosomală) . Folosind sindromul Freeman-Sheldon și sindromul Miller ca dovadă a conceptului, clinicienii și oamenii de știință au demonstrat pentru prima dată că analiza NGS a unui număr mic de indivizi afectați fără legătură poate identifica o genă cauzatoare de boli . Alte sindroame dismorfice cunoscute definite molecular de abordarea NGS includ sindromul Weaver (gena EZH2), sindromul plutitor-Port (gena SRCAP), sindromul Hajdu–Cheney (gena NOTCH2), sindromul Proteus (gena akt1) și altele . Primul raport al unei aplicații de testare NGS pentru a descoperi mutațiile somatice de novo ca cauză a unei tulburări genetice a fost un caz de sindrom Proteus . NGS este extrem de util atunci când diagnosticul diferențial include mai multe afecțiuni cu caracteristici fenotipice suprapuse (de exemplu, Noonan, Costello, LEOPARD și sindroame cardiofaciocutanate) sau când mutațiile din oricare dintre multe gene pot provoca același sindrom sau tulburare. Un exemplu clasic este sindromul Coffin-Siris, în care multe gene identificate precum SMARCB1, SMARCA4, SMARCA2, SMARCE1 și ARID1A sunt transmise ca trăsături dominante autosomale . Mutațiile din oricare dintre aceste gene care codifică subunitățile unui singur complex se dovedesc a fi cauzale pentru sindromul Coffin–Siris . Tulburările spectrului Noonan, cunoscute și sub numele de Rasopatii, sunt un grup de sindroame de dezvoltare caracterizate printr-o eterogenitate clinică și genetică extinsă, dar cu o suprapunere fenotipică considerabilă . Tulburările spectrului Noonan sunt cauzate de dereglarea căii de semnalizare ras/protein kinază activată de mitogen (RAS/MAPK) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19467855). Treisprezece variante genetice au fost detectate la pacienții cu sindroame asemănătoare Noonanului și Noonanului. Zece dintre aceste gene (PTPN11, SOS1, RAF1, KRAS, HRAS, SHOC2, BRAF, NRAS, MAP2K1, MAP2K1) codifică componente ale căii de semnalizare RAS/MAPK, în timp ce alte trei (CBL, KAT6B și RIT1) codifică proteine reglatoare pentru această cale (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685). Deși majoritatea mutațiilor cauzale în tulburările spectrului Noonan apar de novo (în principal missense și indels rezultând modificări în cadru ale proteinei transcrise), au fost raportate și cazuri familiale, moștenite într-o manieră dominantă autosomală (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685).

sindromul Noonan (NS) se caracterizează prin aspect facial dismorf, statură scurtă, defecte cardiace congenitale la până la 80% dintre pacienți (stenoză a valvei pulmonare, defect septal atrial, defect de canal atrioventricular și cardiomiopatie hipertrofică) și anomalii musculo-scheletice (deformare toracică și gât scurt). Inteligența este de obicei normală; cu toate acestea, pot apărea dificultăți de învățare. NS se caracterizează printr-o eterogenitate clinică extinsă, chiar și în rândul membrilor aceleiași familii (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4025385). NS, în aproximativ 50% din cazuri, este cauzată de mutații missense în gena PTPN11, rezultând un câștig de funcție a proteinei nonreceptoare tirozin fosfatază SHP-2 proteină.

sindromul Cardiofaciocutanat se caracterizează printr-un aspect facial distinctiv, defecte cardiace congenitale (stenoză a valvei pulmonare și defecte septale atriale), anomalii ectodermice (caf au lait, eritem, keratoză, ihtioză, eczemă, păr rar și distrofie a unghiilor), statură scurtă și constatări neurologice (convulsii, hipotonie, macrocefalie și diferite grade de întârziere mentală și cognitivă) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3789005).

sindromul Noonan cu lentigine multiple (NSML) este cunoscut sub numele de sindrom LEOPARD (lentigine multiple, anomalii de conducere electrocardiografică, hipertelorism ocular, stenoză pulmonară, organe genitale anormale, întârzierea creșterii, surditate senzorineurală). Alte caracteristici mai puțin frecvente includ statura scurtă, retardul mental ușor și organele genitale anormale. Acest sindrom este cauzat de cel puțin 10 defecte diferite de missense în PTPN11, reprezentând peste 90% din toate cazurile genotipate și RAF1 (rar) . Spre deosebire de NS, mutațiile cauzatoare de NSML în gena PTPN11 acționează printr-un efect negativ dominant, care pare să perturbe funcția produsului genetic de tip sălbatic (proteina SHP2) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15121796).

sindromul Costello (CS) se caracterizează prin trăsături faciale grosiere, piele groasă și liberă a mâinilor și picioarelor, papilomate, defecte cardiace (stenoză a valvei pulmonare), statură scurtă, macrocefalie și retard mental ușor până la moderat. Majoritatea cazurilor de CS sunt sporadice, rezultate din mutații de novo HRAS (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9934987).

mai multe panouri NGS de 13 gene care au fost implicate în NS și tulburări conexe sunt disponibile pentru pacienții cu caracteristici clinice asemănătoare NS (https://www.preventiongenetics.com/clinical-dna-testing/test/noonan-spectrum-disordersrasopathies-nextgen-sequencing-ngs-panel/2685/).

aproximativ 25% dintre nou–născuții afectați de holoprosencefalie au un sindrom monogen definit, inclusiv sindromul Smith–Lemli–Opitz (mim 270400), sindromul Pallister–Hall (MIM 146510) și sindromul Rubinstein-Taybi (MIM 180849). Anomaliile cromozomiale au fost implicate în 24-45% dintre nașterile vii, cel mai frecvent anomalii numerice în cromozomii 13, 18 și 21 și variații structurale care implică 13Q, 18P, 7q36, 3p24–pter, 2p21 și 21q22.3 . Mutațiile intragenice în mai multe gene au fost, de asemenea, găsite ca susceptibilitate crescândă la holoprosencefalie: DISP1, FGF8, FOXH1, GLI2, NODAL, PTCH1, SHH, SIX3, TDGF1, TGIF1 și ZIC2. Toate, cu excepția FGF8, sunt moștenite într-o manieră autosomală dominantă (http://ltd.aruplab.com/Tests/Pdf/407). Este posibilă și testarea prenatală. Aproximativ 25% dintre persoanele cu holoprosencefalie nonsindromică au o mutație în una dintre aceste patru gene: SHH, ZIC2, SIX3 sau TGIF1. Deoarece penetranța incompletă și expresivitatea variabilă sunt caracteristici ale holoprosencefaliei moștenite dominant, apare o variabilitate fenotipică intrafamilială ridicată și aspectul facial relativ normal poate fi observat la persoanele care au varianta cauzală și rudele afectate de gradul întâi. Astfel, holoprosencefalia, ca multe alte entități, este o tulburare a spectrului caracterizată prin trăsături complexe care nu sunt prezise în mod fiabil de prezența unei singure mutații .

studiile WES au permis descoperirea unor noi tulburări de creștere. Deficitul IGSF1 descris de Sun și colab. se caracterizează prin statură înaltă, hipotiroidism central, macroorhidism și pubertate întârziată și anomalii scheletice severe . Hannema și colab. a raportat cazul unui pacient cu gigantism fără alte caracteristici dismorfice, asociat cu o variantă de activare nouă în NPR2. Mai mult, în 2015 a fost publicată o nouă variantă heterozigotă FGFR3 cu o statură scurtă proporțională transmisă dominant , precum și un raport asupra a doi frați cu statură scurtă disproporționată cauzată de o mutație heterozigotă compusă a PAPSS2. Nilsson și colab. a descoperit un defect al genei AKAN responsabil pentru un sindrom rar de statură scurtă și vârstă osoasă avansată . În plus, o nouă cauză a nanismului primordial (mutația NINEIN) a fost raportată de Dauber și colab. . Mai multe alte grupuri au folosit, de asemenea, WES, de exemplu, Nikkel și colab., descoperind gena asociată cu sindromul plutitor-Port menționat mai sus (mutații SRCAP) .

oamenii de știință au început să înțeleagă complexitatea unor tulburări genetice și defecte congenitale . Bolile genetice par a fi mai degrabă (cu puține excepții) împrăștiate aleatoriu între diferite gene implicate în căi similare. Această eterogenitate provoacă în mod direct multe studii care încearcă să înțeleagă și să coreleze genotipul cu fenotipul. Multe afecțiuni genetice pot fi suspectate printr-o combinație de caracteristici clinice, inclusiv aspectul fizic și istoricul familial. De exemplu, în sindromul Holt–Oram, numit sindrom heart–hand, mutațiile în TBX5 provoacă malformații congenitale ale inimii și membrelor . Există mai multe explicații posibile pentru prezența unui grup de constatări la un pacient cu sindrom genetic. Un motiv comun este pleiotropia efectelor multiple ale unei singure variante asupra diferitelor organe sau țesuturi. O altă explicație posibilă pentru prezența unui grup de constatări este că pacientul are un sindrom de genă contiguă (ștergeri sau duplicări care implică o anumită parte a unui cromozom). Deoarece toate genele din regiunile modificate sunt afectate, implicarea multor gene poate duce la o imagine clinică complicată. Un exemplu bine cunoscut de sindrom de genă contiguă este sindromul de ștergere 22q11 .2. Mai mult, un singur locus poate fi responsabil pentru mai multe fenotipuri, iar diferite tulburări pot rezulta din mutații ale aceleiași gene. Diferite studii bazate pe NGS au descoperit gene noi implicate în etiologia unui sindrom congenital cu același fenotip sau similar, precum și gene unice asociate cu fenotipuri diferite sau cu o formă atipică a unui sindrom bine cunoscut delimitat ca un nou sindrom . De exemplu, sindromul Rubinstein–Taybi este cauzat de mutații în genele CREBBP și EP300 (ambele gene funcționează ca coactivatori transcripționali în reglarea expresiei genelor prin diferite căi de transducție a semnalului și ambele sunt histone acetiltransferaze puternice). Pe de altă parte, mutațiile genei COL4A1 sunt responsabile pentru tulburările de migrație neuronală, precum și pentru cataractă și alte sindroame oftalmologice și multe tulburări asociate colagenului de tip IV. Dificultățile de diagnostic în condițiile menționate mai sus indică cu tărie un rol proeminent pentru tehnologiile NGS ca instrument puternic de diagnostic în dismorfologie. Tehnologia NGS ne ajută să înțelegem patogeneza tulburărilor cunoscute prin delimitarea căilor responsabile de patogeneza lor. De exemplu, NGS a permis implicarea căii AKT/PI3K/mTOR în sindroamele de creștere excesivă, cum ar fi Proteus, malformația megalencefalie–capilară și sindromul megalencefalie–polimicrogirie–polidactilie–hidrocefalie, precum și modelarea cromatinei căii SWI/SNF în sindromul Coffin–Siris și calea RAS/MAPK în Rasopatii .

cercetarea bazată pe NGS are un potențial suplimentar de a identifica noi terapii . Beaulieu și colab. a publicat o revizuire a discuta unele probleme legate de noi abordări terapeutice în bolile rare . De exemplu, identificarea mutațiilor în genele transportoare de riboflavină (SLC52A2 și SLC52A3) care provoacă surditate senzorineurală cu debut infantil și paralizie pontobulbară oferă o oportunitate de a utiliza riboflavina ca agent terapeutic . În plus, într-o tulburare de mișcare cu debut infantil cauzată de o nouă genă cauzatoare de boli (gena SLC18A2) care codifică transportorul vezicular de monoamină, dopamina citosolică și serotonina care se acumulează în veziculele sinaptice implică agoniști de monoamină ca agenți terapeutici .

NGS va deveni probabil parte a evaluării standard pentru cele mai rare sindroame dismorfice, deoarece facilitează, accelerează și scurtează spectaculos procesul de diagnosticare . Un bun exemplu este procesul de diagnostic la pacienții cu dizabilități intelectuale cu sau fără caracteristici dismorfice (vezi capitolul secvențierea generației următoare în neurologie și psihiatrie). În zilele noastre, există o multitudine de companii de diagnostic care oferă panouri diagnostice NGS de gene cunoscute a fi cauzale și potențial importante pentru un grup eterogen de tulburări precum dizabilitatea intelectuală, autismul, epilepsia (encefalopatia epileptică), schizofrenia și tulburările bipolare, surditatea, leucoencefalopatia și defectele peroxisomale, precum și ataxia, distrofia maculară, ciliopatiile, cardiomiopatia, miopatia și neuropatia, sindroamele displaziei scheletice și sindroamele țesutului conjunctiv, Rasopatiile, tulburările metabolice etc. (a se vedea capitolele respective). Mai mult, panourile pot fi personalizate la cerere (www.genetests.com). proiectul EuroGentest (www.eurogentest.org) a pregătit orientări clinice de utilitate care acoperă abordările NGS de diagnostic . Informațiile structurate de la furnizorii NGS (aproximativ 30 de laboratoare) includ Numele panoului (aproximativ 1000 de teste) și variantele testate (aproximativ 3000 de gene), colectate și legate de diferite condiții (3460).