Distale 7q11.23-Duplikation, ein neu auftretendes Mikroduplikationssyndrom: Ein Fallbericht und weitere Charakterisierung

Abstract

Das Chromosom 7q11.23-Duplikationssyndrom ist ein gut bekanntes Syndrom, bei dem dieselben Gene in der kritischen Williams-Beuren-Region verdoppelt sind. Im Jahr 2010 wurden jedoch 4 Patienten mit einer Mikroduplikation nur in den Genen HIP1 und YWHAG gemeldet. Wir bezeichnen dies als eine distale 7q11.23-Duplikation (dup7q11.23D). Hier berichten wir über den fünften De-novo-Patienten mit dup7q11.23D, dessen Symptome möglicherweise durch eine Überexpression von YWHAG erklärt werden können, wie dies kürzlich bei Mäusen und adipösen Patienten nachgewiesen wurde. Schließlich werden weitere Studien notwendig sein, um dieses neu entstehende Mikroduplikationssyndrom abzugrenzen.

© 2016 S. Karger AG, Basel

Die Region des Chromosoms 7q11.23 ist weithin bekannt, weil sie die kritischen Gene enthält, die zu den Williams-Beuren Mikrodeletions- (MIM 194050) und Mikroduplikationssyndromen (MIM 609757) führen. Es wird von drei Hauptclustern von Low-Copy-Repeats (LCR) flankiert, die als proximal (LCR-P), zentral (LCR-C) und distal (LCR-D) bezeichnet werden, und umfasst viele und stark transkribierte Gene. Tatsächlich sind seine Gendichte und Transkriptionsrate im Vergleich zu anderen Abschnitten von Chromosom 7 deutlich höher. Bislang wurden die Gene zwischen LCR-P und LCR-C als ursächlich für diese beiden Störungen identifiziert, vor allem ELN, GTF2I und GTF2IRD1 . Später, im Jahr 2010, wurde die Deletion des distalen Teils (zwischen LCR-C und LCR-D) als eine andere Entität identifiziert und als distale Deletion des Chromosoms 7q11.23 (MIM 613729) bezeichnet. Es wurde angenommen, dass die Haploinsuffizienz der Gene HIP und YWHAG für die Manifestationen dieses Mikrodeletionssyndroms entscheidend ist. Obwohl von Ramocki et al. auch 4 Patienten mit einer Duplikation von HIP oder HIP/YWHAG beschrieben wurden, die nicht die Gene zwischen LCR-P und LCR-C umfassten, gab es keinen Hinweis auf die Bedeutung der Überexpression dieser Gene. Cornell et al. wiesen jedoch kürzlich nach, dass die Duplikation von YWHAG eine Verzögerung der neuronalen Migration in der sich entwickelnden Großhirnrinde von Mäusen verursacht, und zwar in ähnlicher Weise wie die Ausschaltung von YWHAG. Hier berichten wir über den fünften Patienten mit einer distalen 7q11.23-Duplikation (dup7q11.23D) und zeigen die Manifestationen, die dieses entstehende Mikroduplikationssyndrom charakterisieren könnten.

Patient und Methoden

Klinischer Bericht

Eine 16-jährige Patientin wurde von einer psychiatrischen Abteilung mit dem Verdacht auf das Prader-Willi-Syndrom in unser Zentrum überwiesen, da sie übergewichtig war, eine leichte intellektuelle Verzögerung aufwies, aggressiv war und Aufmerksamkeitsdefizite, Hyperaktivität, Angst und impulsive Kontrollstörungen aufwies. Sie ist das zweite Kind nicht blutsverwandter gesunder Eltern; ihre Mutter hat einen niedrigeren IQ und einen normalen körperlichen Phänotyp. Bei dem älteren Bruder wurde eine bipolare Störung diagnostiziert; er war nicht bereit, an dieser Studie teilzunehmen und lehnte jegliche genetische Analyse ab. Unsere Patientin hatte eine normale perinatale Anamnese, zeigte aber später eine globale Entwicklungsverzögerung, wie von den Eltern berichtet. Die neurologischen Untersuchungen ergaben ein normales EEG und ein CT des Gehirns. Seit ihrem ersten Lebensjahr wies sie Übergewicht, Hyperphagie und Insulinresistenz auf, die mit Metformin behandelt wurden. Derzeit wird sie mit Anxiolytika und Antipsychotika sowie Stimmungsstabilisatoren behandelt. Bei der körperlichen Untersuchung war sie 165 cm groß (64. Perzentile) und wog 76,5 kg. Damit lag ihr BMI mit 28,1 (96. Perzentile) im Bereich der Fettleibigkeit. Sie zeigte leichte Gesichtsdysmorphien wie ein breites Gesicht, gerade Augenbrauen, tief liegende Augen, eine vorstehende Nasenspitze, einen hochgewölbten Gaumen sowie ein leichtes systolisches Herzgeräusch (Abb. 1A). Die Echokardiographie ergab keine Anomalien in der Herzstruktur. Die Entwicklungsmeilensteine des Mädchens, die IQ-Werte der Familie sowie die Wachstumskurven und Insulinspiegel der Patientin waren nicht verfügbar.

Methoden

Blutproben (5 ml) wurden in Ethylendiamintetraessigsäure-Röhrchen für die DNA-Extraktion und in Heparin-Röhrchen für die Chromosomenanalyse gesammelt. Die DNA wurde von der Patientin und ihren Eltern mit dem Wizard Genomic DNA Purification Kit gemäß den Herstellerprotokollen extrahiert (Promega, Madison, Wis., USA). Nur die Patientin wurde einer konventionellen Chromosomenanalyse und SNRPN-Methylierungsstudien mittels methylierungssensitiver PCR-Analyse (MS-PCR) unterzogen, während das Mädchen und ihre Eltern mittels Chromosomen-Microarray und MLPA-Analysen untersucht wurden. Die Metaphasen-Chromosomenspreizungen wurden mit konventionellen Methoden aus den Lymphozyten der Patienten gewonnen, und die GTG-bandierten Chromosomen wurden auf der 550-Band-Ebene analysiert. Die MS-PCR wurde gemäß den Empfehlungen von Kubota et al. zur Untersuchung des Verdachts auf das Prader-Willi-Syndrom durchgeführt. Anschließend wurde eine Chromosomen-Mikroarray-Analyse mit dem Agilent 8x60K, ISCA-Design-Plattform (Agilent Technologies, Santa Clara, Kalifornien, USA) durchgeführt, wobei alle Verfahren gemäß den Anweisungen des Herstellers ausgeführt wurden. Die Analyse wurde mit der Agilent CytoGenomics Software und ihrem Algorithmus ADM-2 durchgeführt. Schließlich führten wir zur Bestätigung der Ergebnisse eine MLPA mit 250 ng genomischer DNA unter Verwendung des SALSA P029 Williams-Beuren Syndrome Probemix (MRC-Holland, Amsterdam, Niederlande) durch, wobei wir die Anweisungen des Herstellers befolgten. Die amplifizierten Sonden wurden mit einem automatisierten Kapillarsystem (ABI PRISM 310, Applied Biosystems, Tokio, Japan) nachgewiesen, und die Ergebnisse wurden mit der Software Coffalyser (MRC-Holland) analysiert, die auf die normalen Kontrollen standardisiert wurden. Gene mit MLPA-Verhältnissen <0,7 wurden als Deletionen definiert, Verhältnisse ≥0,7 und ≤1,3 galten als normal, während alle Verhältnisse >1,3 als Duplikationen definiert wurden.

Ergebnisse

Erstauswertungen zeigten sowohl einen normalen Karyotyp als auch eine Prader-Willi-Syndrom-MS-PCR-Analyse bei dem Patienten. Die Chromosomen-Microarray-Technik ergab eine Duplikation von 1,7 Mb in der Region 7q11.23, die nicht ELN, sondern einen weiter entfernten Teil beeinträchtigte (mittleres log2-Verhältnis = 0,55; 74.481.481-76.214.077 bp; Genomassembly GRCh37/hg19; Abb. 1B). Dieser CNV ist durch segmentale Duplikationen mit einer Ähnlichkeit von mehr als 98 % begrenzt, die mehr als 30 UCSC-Gene, einschließlich HIP1 und YWHAG, umfassen (Abb. 1C). Diese distale Duplikation wurde durch MLPA für das Williams-Beuren-Syndrom bestätigt, das ein mittleres Verhältnis >1,35 nur für die 5 Sonden in den Genen POR und HSPB1 ergab (Abb. 1C). Beide Eltern wurden mit beiden Techniken untersucht und hatten normale Ergebnisse (Daten nicht gezeigt).

Diskussion

Wie in Tabelle 1 zu sehen ist, scheint es, dass dup7q11.23D einen vorwiegend neuropsychiatrischen Phänotyp mit einigen dysmorphen Merkmalen aufweist. Interessanterweise zeigten die drei Patienten mit einer Duplikation von YWHAG eine Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung und Aggressivität, während die beiden Patienten, bei denen nur HIP1 betroffen war, Anomalien des Zentralnervensystems aufwiesen, darunter ein Neoplasma. Die Duplikation von YWHAG führt bei Mäusen in verschiedenen Stadien der Gehirnentwicklung zu einer verzögerten Migration von Pyramidenneuronen in die äußeren Schichten der Großhirnrinde. Dies wird durch ein Defizit in der Lokomotionsphase der neuronalen Migration erklärt und nicht durch eine veränderte Neurogenese, die möglicherweise pathologische Veränderungen der Mikrotubuli-Dynamik widerspiegelt. Wichtig ist, dass diese Abweichung derjenigen sehr ähnlich war, die in den Gehirnen fötaler Mäuse beobachtet wurde, wenn das YWHAG-Gen ausgeschaltet wurde, was zeigt, dass eine korrekte Dosis des Proteinprodukts dieses Gens für eine normale Gehirnentwicklung notwendig ist. Darüber hinaus könnte die bei unserer Patientin beobachtete Fettleibigkeit auch durch die Überexpression dieses Gens erklärt werden, wie von Capobianco et al. gezeigt wurde, da dieses Gen sowohl am zellulären insulinvermittelten Glukosetransport als auch am Fettstoffwechsel beteiligt ist. Was HIP1 betrifft, so wurde nachgewiesen, dass sein Protein bei Hirntumoren überexprimiert wird, was erklären könnte, warum Patient 2 ein Rückenmarksschwannom entwickelte. Dennoch ist unklar, wie die HIP1-Duplikation zu dem neuropsychiatrischen Phänotyp beitragen kann, obwohl die Gendosis dieses Teils der Region 7q11.23 für die neurale Entwicklung von großer Bedeutung sein könnte.

Obwohl es verfrüht ist, unseren Fall mit dem Williams-Beuren-Duplikationssyndrom zu vergleichen und da die gesamten klinischen Daten unseres Patienten und der von Ramocki et al. berichtet haben, nicht zur Verfügung standen und nicht genau beschrieben waren, könnte diese Mikroduplikation im Vergleich zur Williams-Beuren-Duplikation weniger angeborene Fehlbildungen und dysmorphe Merkmale aufweisen. Dies könnte erklären, warum einige Patienten mit einer Duplikation der gesamten Region 7q11.23 (Abb. 1C) im Vergleich zu Patienten mit einer kürzeren Duplikation keinen schwereren Phänotyp aufweisen.

Schließlich ist, wie bei der Williams-Beuren-Deletion/Duplikation, die nicht-allelische homologe Rekombination der plausibelste Mechanismus, der die Entstehung von dup7q11.23D aufgrund der hohen Ähnlichkeit der flankierenden LCRs erklärt. Dieser Mechanismus könnte auch die Inversion dieser Region erklären, die ein prädisponierender Faktor sowohl für das Williams-Beuren-Syndrom als auch für die 7q11.23-Duplikation ist. Obwohl die Mutter in Zukunft auf diese Umlagerung getestet werden sollte und der genetische Status ihres Sohnes unbekannt ist, könnten wir die Hypothese aufstellen, dass die Mutter diese Inversion trägt und der Bruder des Mädchens ebenfalls diese Duplikation oder eine ähnliche geerbt hat. Außerdem hat die Mutter keine auffälligen Gesichtszüge, was mit der Tatsache übereinstimmt, dass die 7q11.23-Inversion möglicherweise keine schweren klinischen Symptome verursacht. Kürzlich wurde jedoch nachgewiesen, dass die Störung der „topologisch assoziierten Domäne“, d. h. entfernter und getrennter Regionen des Genoms, die sich dieselben Enhancer, Promotoren und Transkriptionsmaschinen teilen, durch chromosomale Umlagerungen zu einer Fehlexpression von Genen und Krankheiten führen kann. Diese Situation könnte also den klinischen Verdacht auf einen niedrigeren IQ, aber einen normalen körperlichen Phänotyp bei der Mutter erklären. Schließlich ermutigen wir andere Kliniker, Patienten mit ähnlichen Amplifikationen zu melden, um klinische Richtlinien für die Langzeitpflege zu erstellen.

Danksagung

Wir möchten der Patientin und ihrer Familie für ihre Mitarbeit danken.

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