Hlavní text
Syndrom Cantú (MIM 239850) je vzácné, ale rozpoznatelné onemocnění charakterizované vrozenou hypertrichózou, novorozeneckou makrosomií, výraznou osteochondrodysplazií a kardiomegalií. Hypertrichóza vede k hustému ochlupení pokožky hlavy, které se rozšiřuje na čelo, a k celkovému nárůstu ochlupení na těle. Kromě toho makrocefalie a hrubé rysy obličeje, včetně širokého nosního můstku, epikantálních záhybů, širokých úst a plných rtů, mohou svědčit o poruše skladování.1-3 Přibližně polovina jedinců s Cantúovým syndromem je po narození makrosomická a oedematózní, zatímco v dětství mají obvykle svalnatý vzhled s malým množstvím podkožního tuku.3 Ačkoli změny na kostře popsané v novějším přehledu deseti jedinců byly mírné,3 již dříve byly popsány ztluštělé kalvarium, úzký hrudník, široká žebra, zploštělá nebo ovoidní těla obratlů, coxa valga, osteopenie, rozšířené dřeňové kanálky a metafyzární rozšíření dlouhých kostí.1,4 Motorický vývoj je obvykle opožděn v důsledku hypotonie, většina jedinců má mírné opoždění řeči a malé procento má potíže s učením nebo poruchy intelektu. Pozoruhodné je, že u ∼80 % případů jsou přítomny srdeční projevy, jako je patentní duktus arteriosus, hypertrofie komor, plicní hypertenze a perikardiální výpotek.1,3
Přestože byl syndrom Cantú identifikován jako samostatná klinická jednotka již před ∼30 lety, jeho základní genetická příčina nebyla dodnes identifikována.5 Původně se předpokládala autozomálně-recesivní dědičnost na základě dvou postižených sourozenců v původní zprávě a příbuzenství v jiné rodině.5,6 Robertson a kol. však pomocí segregační analýzy prokázali, že syndrom Cantú je s největší pravděpodobností dominantní porucha.4 Kromě toho se z 37 případů syndromu Cantú v literatuře většinou jedná o simplexní případy; také dva známé přenosy mezi rodiči a dětmi naznačují autozomálně dominantní vzorec dědičnosti.1-12 Kromě distální delece 1p36 a duplikace 4q26q27 u dvou jedinců s pouze mírnou fenotypovou podobností s Cantúovým syndromem nebyly u jedinců s klinickou diagnózou Cantúova syndromu zaznamenány žádné rekurentní chromozomální aberace, které by umožnily identifikovat genetickou příčinu.3,7,8
Pro identifikaci základní genetické příčiny Cantúova syndromu jsme studovali soubor 14 jedinců, z nichž sedm bylo simplexních případů a sedm familiárních případů. Familiární případy tvořily dvě sestry a jejich matka (jedinci 2a, 2b a 2c), pár otec-dcera (jedinci 8a a 8b) a sourozenecký pár (jedinci 9a a 9b). Ve čtyřech rodinách byli rodiče příbuzní (jedinci 1, 5, 8b, 9a a 9b). Klinické údaje těchto jedinců jsou uvedeny v tabulce 1, na obrázku 1A a na obrázcích S1A a S1B (dostupné online). Čtyři jedinci s exomovou sekvenací byli vybráni z kohorty jako ti, kteří se nejvíce podobají fenotypu původně nastíněnému Cantúem et al.5
Mutace v ABCC9 způsobují syndrom Cantú
(A) Portrétní fotografie jedinců se syndromem Cantú s mutacemi ABCC9, identifikovanými pomocí sekvenování exomu nebo Sangerova sekvenování. Všimněte si hrubého vzhledu obličeje, včetně širokého nosního mostu, krátkého nosu, dlouhého philtra, širokých úst a plných rtů.
(B) De novo mutace ABCC9 g.21995261G>A (c.3460C>T; p. Arg1154Trp) identifikovaná exomovým sekvenováním postiženého jedince a jeho rodičů. Horní panel ukazuje čtení sekvenování nové generace dítěte (jedinec 1) následované čtením otce (uprostřed) a matky (dole).
(C) Sangerova validace u stejné trojice; Sangerovy stopy dítěte (jedinec 1, nahoře), otce (uprostřed) a matky (dole). Bodová mutace (g.21995261G>A; c.3460C>T) je označena červenou šipkou.
(D) Schematický přehled SUR2, šipkou jsou znázorněny mutace způsobující syndrom Cantú. Zkratky: ABC, ATP-vázající kazetová transportní doména (červeně); TMD, ABC transmembránová doména typu 1 (modře).
(E) Zachovalost aminokyselin mutačního hotspotu p.Arg1154 u více druhů (člověk, myš, pes, kuře, zebřička); vysoce konzervovaný arginin je znázorněn červeně.
Tabulka 1
Fenotyp jedinců se syndromem Cantú
| Klinické rysy | Postižení jedinci | ||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2a | 2b | 2c | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8a | 8b | 9a | 9b | 10 | ||||
| Pohlaví | M | F | F | F | M | F | M | F | M | F | F | M | M | F | M | ||
| Mutace (cDNA) | 3460C>T | 3461G>A | 3461G>A | 3461G>A | 3461G>A | 3460C>T | 3460C>T | 3128G>A | 3461G>T | 1433C>T | 1433C>T | – | – | – | |||
| Alterace (protein) | Arg1154Trp | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Trp | Arg1154Trp | Cys1043Tyr | Arg1154Gln | Ala478Val | Ala478Val | – | – | – | ||
| dědičný | de novo | dědičný | dědičný | de novo | de novo | de novo | de novo | de novo | de novo | dědičné | |||||||
| příbuzenské | + | – | – | – | – | – | + | – | – | – | + | + | + | – | |||
| Věk při hodnocení | 4 m | 16 let | 10 let | 39 let | 8 let | 21 let | 3.5 m | 4,5 roku | 9.8 let | 4 m | 32 let | 6 let | 4 m | 3 m | |||
| Život | -. | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | – | + | |||
| Vrozená hypertrichóza | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||
| Makrosomie při narození | + | – | + | + | – | + | – | + | – | + | + | – | – | + | |||
| Makrocefalie | + | + | + | + | + | – | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||
| ID∗ a/nebo opoždění vývoje | – | – | – | – | + | – | + | – | – | + | – | + | + | + | |||
| Obličejové rysy | |||||||||||||||||
| Hrubá tvář | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | |
| Epikantální záhyby | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | – | ||
| Bohaté a/nebo natočené řasy | + | + | + | + | – | + | – | + | + | + | + | – | + | + | + | ||
| Široký a/nebo plochý nosní můstek | + | + | + | + | + | – | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||
| Malý nos a/nebo anteverze. nosní dírky | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | – | – | – | + | |||
| Výrazná ústa a/nebo silné rty | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| Dlouhé philtrum | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | |||
| Vysoké a/nebo úzké patro | + | + | + | + | + | – | + | + | – | – | – | + | + | + | – | ||
| Makroglosní | + | + | + | + | + | – | + | + | – | – | – | – | + | – | – | – | |
| Vnitřní otevřený skus | – | + | + | – | – | + | – | – | – | – | – | – | – | ||||
| Gingivální hyperplazie | + | + | + | + | + | – | + | + | – | – | + | – | – | – | – | ||
| Krátký krk | – | – | – | – | + | + | – | + | + | + | – | – | + | + | + | ||
| Srdeční funkce | |||||||||||||||||
| Strukturální srdeční anomálie | + | – | – | – | – | + | + | – | + | + | – | – | + | ||||
| Pulmonální hypertenze | + | – | – | – | – | – | – | – | – | + | – | – | – | – | |||
| Perikardiální výpotek | – | + | – | + | – | + | – | – | – | – | – | – | – | ||||
| Kardiomegalie | – | + | + | + | + | + | – | – | + | – | + | + | + | + | |||
| Hypertrofická a/nebo dilatační kardiomyopatie | + | + | + | + | – | – | – | – | – | – | + | + | + | ||||
| Radiologické nálezy | |||||||||||||||||
| Generalizovaná osteopenie | – | – | – | – | – | + | – | + | + | + | + | ||||||
| Tlusté kalvarium | + | + | + | + | – | – | + | – | – | + | + | + | + | ||||
| Zpožděný kostní věk | + | – | – | + | – | + | + | + | + | ||||||||
| Zvětšená sella turcica, vertikální lebeční báze | – | – | – | – | – | – | + | – | – | — | – | + | + | + | |||
| Úzká ramena | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | + | + | + | ||
| Úzký hrudník | – | – | + | – | + | – | – | – | + | – | + | + | + | + | |||
| Široká žebra | – | + | + | + | – | — | + | + | + | + | – | – | – | + | |||
| Nerovnosti obratlové ploténky | – | – | – | – | + | – | – | + | – | – | – | + | + | – | |||
| Platyspondyly | + | + | – | + | – | + | – | – | – | – | — | – | + | + | – | ||
| Ovoidní obratlová těla | + | – | – | – | – | – | – | — | + | + | – | – | – | + | + | + | |
| Hypoplastické sedací a stydké kosti | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | + | + | – | |||
| Úzký obturátorový otvor | – | + | – | + | + | – | – | – | – | ||||||||
| Erlenmeyerova baňka-jako dlouhé kosti | + | + | + | + | – | – | – | + | – | + | + | + | – | ||||
| Bilaterální coxa valga | – | – | + | – | + | – | – | — | – | – | + | – | – | + | |||
| Metafyzární vzplanutí s enl. medul. ca.∗ | + | + | + | + | + | – | + | – | + | + | + | + | – | ||||
| Příčné metafyzární pásy | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | + | – | – | – | ||
| Jiné znaky | |||||||||||||||||
| Preaxiální distální falangová hypoplazie | – | – | – | – | – | + | – | – | + | – | – | – | |||||
| Krátký, široký první prst | + | – | – | – | – | – | – | + | + | + | + | + | + | + | |||
| Umbilikální kýla | + | – | – | – | – | – | + | + | – | + | + | – | – | + | |||
| Pylorická stenóza | + | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | + | ||
| Imunitní nedostatečnost | – | – | – | – | — | + | – | – | + | – | + | + | – | ||||
| Vrásčitá a/nebo ochablá kůže | + | – | – | – | – | – | – | + | – | – | + | + | + | + | – | ||
| Hluboké dlaňové rýhy | + | – | – | – | – | – | – | + | – | – | + | + | + | + | – | ||
| Podložky pod prsty | + | – | – | – | – | – | + | + | – | – | – | – | – | – | |||
| Hyperextenze interfalangeálních kloubů | + | – | + | – | – | + | + | – | + | – | + | – | – | – | |||
| Pectus carinatum | + | – | – | – | – | + | – | – | – | – | – | – | – | – | |||
| Genitální anomálie | + | – | – | – | – | – | + | – | – | + | – | – | – | ||||
| Skolióza | + | + | + | + | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| Lymfedém | – | + | + | + | – | + | – | – | – | – | + | + | + | – | |||
| Zvýšená tendence ke krvácení z horní části trávicího traktu | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| Renální anomálie | – | – | – | – | — | – | – | – | + | – | – | – | |||||
| Předběžně zveřejněno | ano1 | ano1 | ano 1 | ano12 | |||||||||||||
RefSeq přístupové číslo NM_020297.2 bylo použito při pojmenování mutací. Znaky, které nebyly k dispozici, byly ponechány prázdné. Převzato z Engels et al. 2002.12
Nejprve jsme použili přístup exomového sekvenování na data od tří jedinců pomocí sekvenovacího přístroje SOLiD v4 a sady pro obohacení exomu SureSelect v1 (38 Mb) od společnosti Agilent. Zjištěné varianty byly seřazeny podle důležitosti, jak bylo popsáno dříve (tabulka S1).13,14 Pouze jeden gen (RP1L1 ) obsahoval varianty u všech tří jedinců, ale ty nebyly ověřeny Sangerovým sekvenováním. Proto jsme provedli dodatečné sekvenování exomu u simplexního případu (jedinec 1) a jeho rodičů (tabulka S2). Analýza de novo (popsaná v práci Vissers et al.15) vedla k 15 potenciálním de novo mutacím v 15 kandidátních genech (obrázky 1B a 1C a tabulka S2). Systematická validace pomocí Sangerova sekvenování všech 15 kandidátů ukázala, že u postiženého jedince lze validovat pouze mutaci v ABCC9 (c.3460C>T).15 Z těchto 15 kandidátních genů se navíc podařilo identifikovat soukromé nesynonymní varianty pouze v genu ABCC9 (MIM 601439), a to u dvou ze tří původně sekvenovaných jedinců (jedinci 3 a 4; c.3461G>A). Vizuální kontrola dat exomového sekvenování třetího jedince (jedinec 2a, c.3460C>T) identifikovala další potenciální mutaci v ABCC9 při velmi nízkém sekvenčním pokrytí. Pozoruhodné je, že všechny mutace se nacházely v exonu 27 ABCC9.
Ve zbývající kohortě deseti jedinců s Cantúovým syndromem bylo pomocí Sangerova sekvenování nalezeno pět dalších missense mutací v ABCC9 (NM_020297.2; tabulka S3). Celkem tedy 11/14 případů mělo mutaci ABCC9. Zajímavé je, že osm mutací se vyskytovalo v mutačním hot spot, postihujícím zbytek Arg1154 v exonu 27, který ovlivňoval druhou transmembránovou oblast typu 1 (TMD2: transmembránová doména 2) proteinu kódovaného ABCC9, sulfonylureový receptor (SUR2) (obrázek 1D). Všechny ostatní mutace (c.3128G>A a c.1433C>T ) rovněž postihovaly buď TMD1, nebo TMD2. Všechny mutace kromě jedné (mutace nalezené u jedinců 8a a b) byly několika predikčními programy in silico předpovězeny jako pravděpodobně nebo možná poškozující. Zachovalost párů bází (měřená pomocí fyloP) byla poměrně vysoká, zatímco zbytek Arg1154 byl zachován až u zebřiček (obr. 1E). Důležité je, že ve všech šesti simplexních případech došlo k mutacím de novo (obrázek S1). Navíc žádná z mutací nebyla identifikována v žádném z více než 5 000 veřejně dostupných exomů (Exome Variant Server, NHLBI Exome Sequencing Project , Seattle). Všechny postupy byly v souladu s etickými normami příslušné komise pro pokusy na lidech (institucionální a národní) a byl získán řádný informovaný souhlas.
ABCC9 je členem podrodiny C kazet vážících ATP, známé také jako CFTR/MDR (cystická fibróza transmembránový regulátor vodivosti a protein multirezistence), a kóduje kanálový regulátor SUR2, který obsahuje TMD1 a TMD2, N-koncovou doménu (TMD0) a dva nukleotidové vazebné záhyby (NBF1 a NBF2) zahrnující nukleotidové vazebné motivy Walker A a Walker B a další konzervované sekvence.16,17 Společně s členem rodiny Kir kanálů vytváří SUR2 ATP citlivé draslíkové kanály (KATP kanály), které se skládají ze čtyř podjednotek SUR2 a čtyř podjednotek Kir tvořících póry.17 Alternativní sestřih RNA terminálního exonu ABCC9 vytváří dvě izoformy SUR2: Je zajímavé, že geny pro Kir6.1 (KCNJ8 ) a SUR2 se nacházejí ve shluku genů na chromozomu 12p12.1, což naznačuje koegulaci na genové úrovni.19 Podobná situace je u Kir6.2 (KCNJ11 ) a SUR1 (ABCC8 ), které se rovněž nacházejí ve shluku genů, ale na chromozomu 11p15.1. To poskytuje důkaz, že tyto oblasti vznikly při dávné duplikaci, což je v souladu s jejich zachováním ze zebřiček na člověka (obr. 1E).20 Zatímco kanál KATP kódovaný v klastru 12 chromozomu funguje především v srdci, kosterním a hladkém svalstvu, kanál KATP kódovaný v klastru 11 chromozomu vykazuje převažující úlohu v neuroendokrinním systému a mutace v těchto genech mohou vést k hyperinzulinemické hypoglykémii a novorozeneckému diabetu.18
Kanály KATP se otevírají a zavírají v reakci na intracelulární změny poměru ADP/ATP, čímž propojují metabolický stav buňky s jejím membránovým potenciálem.17,18,21 Inhibice aktivity KATP kanálů způsobuje depolarizaci membrány, a tím aktivaci napěťově závislých Ca2+ kanálů, což vede k influxu Ca2+ a zvýšení intracelulárního .19
Správné udržování manipulace s vápníkem je nezbytné pro normální funkci srdce a dysfunkční homeostáza myocelulárního vápníku přispívá k patogenezi dilatační kardiomyopatie (CMD10 ).22-24 U Sur2-/- myší aktivita KATP kanálů v podstatě chybí a tato zvířata vykazují hypertenzi, vazospasmus koronárních tepen a náhlou srdeční smrt.
Předtím byly zaznamenány mutace v exonu 38 ABCC9, který kóduje C terminus SUR2A, u dvou jedinců s idiopatickou CMD10.25 Jedna z těchto mutací byla později zaznamenána jako varianta s neznámou frekvencí v dbSNP (rs72559751). Je zajímavé, že mutace popsané u CMD10 postihují exon, který je transkribován pouze v izoformě SUR2A, která vykazuje vysokou expresi v srdečním svalu, zatímco tato mutace neovlivňuje izoformu SUR2B, která je exprimována převážně v hladkém svalu cév. To může vysvětlovat, proč fenotyp zůstává omezen na srdce, i když frameshift mutace postihuje gen, který by mohl mít obecnější funkci, jak naznačují různé klinické problémy u jedinců s Cantúovým syndromem.
Osoby s Cantúovým syndromem, které mají kauzální mutaci v ABCC9, jsou klinicky stejně závažně postiženy jako ty, u nichž se nepodařilo zjistit žádnou mutaci. Je třeba provést další studie, aby se zjistilo, zda to odráží genetickou heterogenitu.
Pozoruhodné je, že v roce 2006 Grange et al. zaznamenali překrývající se fenotyp u jedinců s Cantúovým syndromem a jedinců léčených Minoxidilem, otvíračem KATP kanálů.1,26 Tento lék se používá k léčbě hypertenze i plešatosti a léčení jedinci vykazovali podobně zvýšenou kresbu ochlupení těla a perikardiální výpotky.27 Mezi další hlášené účinky minoxidilu patří zvýšená exprese elastinu v buňkách hladkého svalstva a otoky.28 Minoxidil působí jako agonista KATP kanálů a zvyšuje propustnost draslíku, což vede ke snížení cytoplazmatické a následné relaxaci hladkého svalstva.29,30 Toto snížení cévní rezistence a vyšší srdeční výdej mohou mít za následek zvýšení hmotnosti srdečního svalu. Vzhledem ke klinickému překrývání účinků léčby Minoxidilem a Cantúova syndromu lze spekulovat, že mají stejný základní mechanismus otevírání KATP kanálu.
Nikdo z našich jedinců neměl delece nebo protein zkracující mutace a fenotypy čtyř jedinců, 139, 262714, 263616 a 255953, jak jsou uvedeny v databázi DECIPHER (Database of Chromosomal Imbalance and Phenotype in Humans Using Ensembl Resources), s překrývajícími se delecemi, resp. duplikací, se syndromu Cantú nepodobají. Tyto výsledky podporují roli aktivačních mutací jako základního mechanismu u syndromu Cantú. Nepřímý důkaz, že mutace způsobující syndrom Cantú jsou aktivační mutace, pochází z homologních mutací identifikovaných v ABCC8 (která kóduje SUR1), které jsou běžnou příčinou novorozeneckého diabetu.31,32 Autoři Babenko a kol. prokázali aktivační účinek mutací ABCC8, z nichž jedna postihovala aminokyselinu homologní s námi identifikovaným horkým místem (Arg1154).31 Došli k závěru, že mutace nadměrně aktivují kanály KATP a že zvýšené stimulační působení mutovaného receptoru stačí k udržení kanálů KATP otevřených i při zvýšeném poměru ATP k ADP.31 Zajímavé je, že většina těchto jedinců je léčena tabletami sulfonylurey,31,33 léku, který se váže na podjednotku SUR1 a způsobuje uzavření kanálů nezávisle na ATP.33 V závislosti na přesných funkčních důsledcích mutací, jejichž určení bude vyžadovat další studie, by bylo možné uvažovat o terapeutických možnostech pro jedince s Cantúovým syndromem s využitím podobné strategie.
Shrnem jsme identifikovali základní genetickou příčinu Cantúova syndromu, mutace v ABCC9, a navrhujeme, aby byl tento syndrom přidán na seznam draslíkových kanálopatií s potenciálními terapeutickými možnostmi.