Cantú syndrom skyldes mutationer i ABCC9 | CDhistory

Hovedtekst

Cantú syndrom (MIM 239850) er en sjælden, men genkendelig lidelse karakteriseret ved medfødt hypertrichose, neonatal makrosomi, en tydelig osteochondrodysplasi og kardiomegali. Hypertrichosen fører til tykt hår i hovedbunden, som strækker sig ud på panden, og en generel forøgelse af kropsbehåring. Desuden kan makrocefali og grove ansigtstræk, herunder en bred næseryg, epikanthalfolder, en bred mund og fyldige læber, tyde på en lagringsforstyrrelse.1-3 Omkring halvdelen af personer med Cantú syndrom er makrosomiske og ødematøse ved fødslen, mens de i barndommen normalt har et muskuløst udseende med lidt subkutant fedt.3 Selv om de skeletforandringer, der blev rapporteret i en nyere gennemgang af ti individer, var milde,3 er der tidligere rapporteret om fortykket calvarium, smal thorax, brede ribben, fladtrykte eller ægformede hvirvellegemer, coxa valga, osteopeni, forstørrede marvkanaler og metafyseal udvidelse af de lange knogler.1,4 Den motoriske udvikling er normalt forsinket på grund af hypotoni, de fleste individer har en mild taleforsinkelse, og en lille procentdel har indlæringsvanskeligheder eller intellektuel funktionsnedsættelse. Især er kardiale manifestationer såsom patenteret ductus arteriosus, ventrikulær hypertrofi, pulmonal hypertension og perikardieeffusioner til stede i ∼80% af tilfældene.1,3

Trods identifikation af Cantú syndromet som en særskilt klinisk enhed for ∼30 år siden, er den underliggende genetiske årsag til dato ikke blevet identificeret.5 Oprindeligt blev autosomal-recessiv arv foreslået på grundlag af de to berørte søskende i den oprindelige rapport og consanguinitet i en anden familie.5,6 Ved hjælp af segregationsanalyse viste Robertson et al. imidlertid, at Cantú syndrom højst sandsynligt er en dominant lidelse.4 Desuden er størstedelen af de 37 tilfælde af Cantú-syndrom i litteraturen simplex-tilfælde; desuden tyder to kendte forældre-barn-overførsler på et autosomalt-dominant arvelighedsmønster.1-12 Bortset fra en distal 1p36-deletion og en 4q26q27-duplikation hos to personer med kun milde fænotypiske ligheder med Cantú-syndromet er der ikke rapporteret om tilbagevendende kromosomale aberrationer hos personer, der er klinisk diagnosticeret med Cantú-syndrom, som ville gøre det muligt at identificere den genetiske årsag.3,7,8

For at identificere den underliggende genetiske årsag til Cantú-syndromet undersøgte vi en kohorte på 14 personer, hvoraf syv var simplex-tilfælde og syv var familiære tilfælde. De familiære tilfælde bestod af to søstre og deres mor (individer 2a, 2b og 2c), et far-datter-par (individer 8a og 8b) og et søskendepar (individer 9a og 9b). I fire familier var forældrene consanguiner (individ 1, 5, 8b, 9a og 9b). De kliniske detaljer om disse personer er præsenteret i tabel 1, figur 1A og figur S1A og S1B (tilgængelige online). De fire exom-sekventerede individer blev udvalgt fra kohorten som dem, der ligner mest den fænotype, der oprindeligt blev skitseret af Cantú et al.5

Mutationer i ABCC9 forårsager Cantú syndrom

(A) Portrætfotos af Cantú syndrom-individer med ABCC9-mutationer, identificeret ved exomsekventering eller Sanger-sekventering. Bemærk det grove ansigtsudseende, herunder en bred næseryg, en kort næse, et langt philtrum, en bred mund og fyldige læber.

(B) De novo ABCC9-mutation g.21995261G>A (c.3460C>T; p. Arg1154Trp) identificeret ved exomsekventering af et påvirket individ og hans forældre. Det øverste panel viser næste generations sekventeringslæsninger af barnet (individ 1) efterfulgt af læsninger af faderen (midten) og moderen (nederst).

(C) Sanger-validering i den samme trio; Sanger-spor af barnet (individ 1, øverst), faderen (midten) og moderen (nederst). Punktmutationen (g.21995261G>A; c.3460C>T) er markeret med en rød pil.

(D) Skematisk oversigt over SUR2, med Cantú-syndrom-fremkaldende mutationer afbildet med pilen. Forkortelser: ABC, ATP-binding kassette transportørdomæne (rød); TMD, ABC transmembran domæne type-1 (blå).

(E) Bevarelse af aminosyrer i mutationens hotspot p.Arg1154 for flere arter (menneske, mus, hund, kylling, zebrafisk); den stærkt bevarede arginin er afbildet med rødt.

2a 2b 2c 3 4 5 6 6 7 8a 8b 9a 9b 9b 10 Genre M F F F M F M F F M F F M M M F M Mutation (cDNA) 3460C>T 3461G>A 3461G>A 3461G>A 3461G>A 3460C>T 3460C>T 3128G>A 3461G>T 1433C>T 1433C>T 1433C>T – – – Alteration (protein) Arg1154Trp Arg1154Gln Arg1154Gln Arg1154Gln Arg1154Gln Arg1154Gln Arg1154Trp Arg1154Trp Cys1043Tyr Arg1154Gln Ala478Val Ala478Val Ala478Val – – – Arvet de novo arvet arvet arvet de novo de novo de novo de novo de novo de novo arvet Konsanguinitet + – – – – – + – – – + + + – Alder ved evaluering 4 m 16 år 10 år 39 år 39 år 8 år 21 år 3.5 m 4,5 år 9.8 år 4 m 32 år 6 år 4 år 3 m Livstid – + + + + + + + + + + + – + Kongenital hypertrichose + + + + + + + + + + + + + + + + + Makrosomi ved fødslen + – + + – + – + – + + – – + Makrocephali + + + + + + + – + + + + + + + + + + ID∗ og/eller udviklingsforstyrrelse – – – – + – + – – + – + + + Gesigtstræk Grovt ansigt + + + + + + + + + + + + + + + + Epikanthalsfolder + + + + + + + + + + + + + + + – Masser af og/eller krøllede øjenvipper + + + + – + – + + + + – + + + Bred og/eller flad næsebro + + + + + + + – + + + + + + + + + + Små næse og/eller anteverted næsebor + + + + + + + + + + + + – – – + Prominent mund og/eller tykke læber + + + + + + + + + + + + + + + + + + Langt filtrum + + + + + + + + + + + + + + Høj og/eller smal gane + + + + + + – + + – – – + + + – Makroglossy + + + + + + – + + – – – + – – – – Anterior åbent bid – + + – – + – – – – – – – Gingival hyperplasi + + + + + + – + + – – + – – – – Kort hals – – – – – + + – + + + – – + + + Hjertekarakteristika Strukturelle kardiale anomalier + – – – – + + – + + – – + Pulmory hypertension + – – – – – – – – – + – – – – Pericardial effusion – + + + – + – – – – – – – – – Kardiomegali – + + + + + – – + – + + + + + Hypertrophisk og/eller dilateret kardiomyopati + + + + + – – – – – – + + + Radiologiske fund Generaliseret osteopeni – – – – – + – + + + + Tyk calvarium + + + + + + + – – + – – + + + + + Delayed bone age + – – + – + + + + + + Vækst i sella turcica, lodret kraniebund – – – – – – – – – – – – + + + Smalle skuldre – – – – – – – – – – – – – – + + + + Smal thorax – – + – + – – – + – + + + + + Bred ribben – + + + + – – – + + + + – – – – + Vertebrale endplader uregelmæssigheder – – – – + – – + – – – + + – Platyspondyly + + – + – – + – – – – – – – + + – Ovoide vertebrale organer + – – – – – – – – + + – – – + + + + Hypoplastisk ischium og skamben – – – – – – – – – – – + + + – Negativ obturator foramen

– + – + – + – – – – Erlenmeyer-flask-som lange knogler + + + + + – – – + – + + + – Bilateral coxa valga – – + – – + – – – – – + – – – + Metafyseudvidelse med enl. medul. ca.∗ + + + + + – + – + + + + – Transverse metafysebånd – – – – – – – – – – – – – + – – – Andre kendetegn Preaksial distal phalangeal hypoplasi – – – – – + – – + – – – Kort, bred første tå + – – – – – – – + + + + + + + + + Umbilikal brok + – – – – – + + – + + – – + Pylorusstenose + – – – – – – – – – – – – – – + Immunmangel – – – – – – + – – + – + + – Rynket og/eller løs hud + – – – – – – – + – – + + + + – Dybe palmarfure + – – – – – – – – + – – + + + + – Fingerpuder + – – – – – – – + + – – – – – – Hyperextensibilitet interphalangeale led + – + – – + + – + – + – – – Pectus carinatum + – – – – – + – – – – – – – – Genitale anomalier + – – – – – – + – – + – – – Skoliose + + + + + – – – – – – – – – – – – Lymfødem – + + + – + – – – – + + + – Øget tendens til øvre GI∗ blødning – – – – – – – – – – – – – – – Renale anomalier – – – – – – – – – + – – – Tidligere udgivet ja1 ja1 ja 1 ja12

RefSeq accession number NM_020297.2 blev anvendt ved navngivning af mutationer. Funktioner, der ikke var tilgængelige, blev efterladt blanke. Tilpasset fra Engels et al. 2002.12

∗Abkortninger: enl. medul. ca., forstørret medullær kanal; F, kvinde; GI = gastrointestinal; ID, intellektuel funktionsnedsættelse; m, måneder; M, mand; år, år.

I første omgang anvendte vi en exom-sekventeringstilgang på data fra tre personer ved hjælp af et SOLiD v4-sekventeringsinstrument og Agilents SureSelect v1 (38 Mb) exom-berigelseskit. Detekterede varianter blev prioriteret som tidligere beskrevet (Tabel S1).13,14 Kun ét gen (RP1L1 ) indeholdt varianter i alle tre individer, men disse blev ikke valideret ved Sanger-seksekventering. Derfor udførte vi yderligere exomsekventering på et simplextilfælde (individ 1) og hans forældre (Tabel S2). De novo-analyse (som beskrevet i Vissers et al.15) resulterede i 15 potentielle de novo-mutationer i 15 kandidatgener (figur 1B og 1C og tabel S2). Systematisk validering gennem Sanger-sekventering af alle 15 kandidater viste, at kun en mutation i ABCC9 (c.3460C>T) kunne valideres hos det berørte individ.15 Desuden kunne der af disse 15 kandidatgener kun identificeres private, nonsynonyme varianter i ABCC9 (MIM 601439) i to af de tre oprindeligt sekventerede individer (individ 3 og 4; c.3461G>A). Ved visuel inspektion af exom-sekventeringsdataene fra det tredje individ (individ 2a, c.3460C>T) blev der identificeret en yderligere potentiel mutation i ABCC9 ved meget lav sekvensdækning. Især var alle mutationer placeret inden for exon 27 af ABCC9.

I den resterende kohorte af ti individer med Cantú-syndrom blev der fundet fem yderligere missense-mutationer i ABCC9 ved Sanger-sekventering (NM_020297.2; Tabel S3). Således havde i alt 11/14 tilfælde en ABCC9-mutation. Interessant nok opstod otte mutationer i et mutationshotspot, der påvirkede Arg1154-residuen i exon 27, som påvirkede den anden type 1 transmembranregion (TMD2: transmembrandomæne 2) af det protein, som ABCC9 koder for, sulfonylurinstofreceptoren (SUR2) (figur 1D). Alle andre mutationer (c.3128G>A og c.1433C>T ) påvirkede også enten TMD1 eller TMD2. Alle mutationer undtagen én (den, der blev fundet hos individ 8a og b) er blevet forudsagt til at være muligvis eller sandsynligvis skadelige af flere in silico-prædiktionsprogrammer. Basepar-konserveringen (målt ved phyloP) var relativt høj, mens Arg1154-residensen var konserveret op til zebrafisk (figur 1E). Det er vigtigt, at mutationerne i alle seks simplextilfælde opstod de novo (figur S1). Desuden er ingen af mutationerne blevet identificeret i nogen af de over 5.000 offentligt tilgængelige exomer (Exome Variant Server, NHLBI Exome Sequencing Project , Seattle). Alle procedurer var i overensstemmelse med de etiske standarder fra den ansvarlige komité for eksperimenter på mennesker (institutionelt og nationalt), og der blev indhentet korrekt informeret samtykke.

ABCC9 er medlem af ATP-bindende kassetteunderfamilie C, også kendt som CFTR/MDR-familien (cystisk fibrose transmembrane conductance regulator and multidrug resistance protein), og koder for kanalregulatoren SUR2, som indeholder TMD1 og TMD2, et N-terminalt domæne (TMD0) og to nukleotidbindende folde (NBF1 og NBF2), der omfatter Walker A- og Walker B-nukleotidbindende motiver og andre konserverede sekvenser.16,17 Sammen med et medlem af Kir-kanalfamilien danner SUR2 ATP-følsomme kaliumkanaler (KATP-kanaler) bestående af fire SUR2-underenheder og fire poredannende Kir-underenheder.17 Alternativ RNA-splejsning af det terminale ekson af ABCC9 producerer to SUR2-isoformer: SUR2A, der overvejende udtrykkes i hjerte- og skeletmuskelceller, og SUR2B i glatte muskler.18 Interessant nok er generne for Kir6.1 (KCNJ8 ) og SUR2 placeret i en klynge af gener på kromosom 12p12.1, hvilket tyder på koregulering på genniveau.19 En lignende situation er observeret for Kir6.2 (KCNJ11 ) og SUR1 (ABCC8 ), der også er placeret i en klynge af gener, men på kromosom 11p15.1. Dette giver bevis for, at disse regioner blev produceret i en gammel duplikationsbegivenhed, hvilket er i overensstemmelse med dens bevarelse fra zebrafisk til menneske (Figur 1E).20 Mens den kromosom 12-klynge-kodede KATP-kanal primært fungerer i hjerte, skelet- og glat muskulatur, viser den kromosom 11-klynge-kodede KATP-kanal en fremherskende rolle i det neuroendokrine system, og mutationer i disse gener kan føre til hyperinsulinæmisk hypoglykæmi og neonatal diabetes.18

KATP-kanaler åbner og lukker som reaktion på intracellulære ændringer i ADP/ATP-forholdet og forbinder derved cellens metaboliske tilstand med dens membranpotentiale.17,18,21 Hæmning af KATP-kanalaktivitet medfører membrandepolarisering og dermed aktivering af spændingsafhængige Ca2+-kanaler, hvilket fører til Ca2+-indstrømning og en stigning i intracellulær .19

Korrekt vedligeholdelse af calciumhåndtering er afgørende for hjertets normale funktion, og dysfunktionel myocellulær calciumhomeostase bidrager til patogenesen for dilateret kardiomyopati (CMD10 ).22-24 I Sur2-/-mus er KATP-kanalaktiviteten stort set fraværende, og disse dyr viser hypertension, vasospasme i kranspulsårerne og pludselig hjertedød.

Tidligere er mutationer i exon 38 af ABCC9, som koder for SUR2A’s C-terminus, blevet rapporteret hos to personer med idiopatisk CMD10.25 En af disse mutationer blev senere rapporteret som en variant af ukendt frekvens i dbSNP (rs72559751). Interessant nok påvirker de mutationer, der er beskrevet for CMD10, et exon, der kun transskriberes i isoformen SUR2A, som viser høj udtryk i hjertemusklen, mens denne mutation ikke påvirker SUR2B-isoformen, som overvejende udtrykkes i vaskulær glat muskulatur. Dette kan forklare, hvorfor fænotypen forbliver begrænset til hjertet, selv om frameshift-mutationen påvirker et gen, som måske har en mere generel funktion, hvilket de forskellige kliniske problemer hos personer med Cantú-syndromet antyder.

De personer med Cantú-syndromet, der har en forårsagende mutation i ABCC9, er klinisk set lige så alvorligt påvirket som dem, for hvem der ikke kunne påvises nogen mutation. Der er behov for yderligere undersøgelser for at afgøre, om dette afspejler genetisk heterogenitet.

Mærkværdigt nok bemærkede Grange et al. i 2006 den overlappende fænotype hos personer med Cantú syndrom og personer behandlet med Minoxidil, en KATP-kanalåbner.1,26 Dette lægemiddel anvendes til behandling af hypertension såvel som skaldethed, og behandlede personer viste et tilsvarende øget kropsbehåringsmønster og perikardiale effusioner.27 Andre rapporterede virkninger af Minoxidil omfatter øget elastinekspression i glatte muskelceller og ødemer.28 Minoxidil virker som en KATP-kanalagonist for at øge kaliumpermeabiliteten, hvilket resulterer i et fald i cytoplasmatisk og efterfølgende glat muskelrelaksation.29,30 Denne reducerede vaskulære modstand og højere kardialt output kan resultere i øget hjertemuskelmasse. På grund af den kliniske overlapning mellem virkningerne af Minoxidil-behandling og Cantú-syndromet kunne man spekulere i, at de har den samme underliggende mekanisme til åbning af KATP-kanalen.

Ingen af vores individer havde deletioner eller protein-truncating mutationer, og fænotyperne hos fire individer, 139, 262714, 263616 og 255953 som rapporteret i DECIPHER (Database of Chromosomal Imbalance and Phenotype in Humans Using Ensembl Resources), med henholdsvis overlappende deletioner og en duplikation, ligner ikke Cantú syndrom. Disse resultater støtter den rolle, som aktiverende mutationer spiller som en underliggende mekanisme i Cantú-syndromet. Et indirekte bevis for, at de mutationer, der forårsager Cantú-syndromet, er aktiverende mutationer, kommer fra homologe mutationer identificeret i ABCC8 (som koder for SUR1), som er en almindelig årsag til neonatal diabetes.31,32 Forfatterne i Babenko et al. viste en aktiverende virkning af ABCC8-mutationer, hvoraf en af dem påvirkede den aminosyre, der er homolog med vores identificerede hotspot (Arg1154).31 De konkluderede, at mutationer overaktiverer KATP-kanaler, og at den forstærkede stimulerende virkning af den muterede receptor er tilstrækkelig til at holde KATP-kanalerne åbne, selv ved et forhøjet forhold mellem ATP og ADP.31 Det er interessant, at størstedelen af disse personer behandles med sulfonylurinstoftabletter,31,33 et lægemiddel, der binder sig til SUR1-underenheden for at forårsage kanallukning uafhængigt af ATP.33 Afhængigt af den nøjagtige funktionelle konsekvens af mutationerne, hvis bestemmelse vil kræve yderligere undersøgelser, kunne man overveje terapeutiske muligheder for personer med Cantú syndrom ved hjælp af en lignende strategi.

Sammenfattende har vi identificeret den underliggende genetiske årsag til Cantú syndrom, mutationer i ABCC9, og vi foreslår, at dette syndrom tilføjes til listen over kaliumkanalopatier med potentielle terapeutiske muligheder.