Haupttext
Das Cantú-Syndrom (MIM 239850) ist eine seltene, aber erkennbare Störung, die durch angeborene Hypertrichose, neonatale Makrosomie, eine ausgeprägte Osteochondrodysplasie und Kardiomegalie gekennzeichnet ist. Die Hypertrichose führt zu einer dichten Behaarung der Kopfhaut, die sich bis auf die Stirn erstreckt, und zu einer allgemeinen Zunahme der Körperbehaarung. Darüber hinaus können Makrozephalie und grobe Gesichtszüge, darunter ein breiter Nasenrücken, Epikanthusfalten, ein breiter Mund und volle Lippen, auf eine Speicherstörung hindeuten.1-3 Etwa die Hälfte der Personen mit Cantú-Syndrom ist bei der Geburt makrosom und ödematös, während sie in der Kindheit in der Regel ein muskulöses Aussehen mit wenig subkutanem Fett haben.3 Obwohl die Skelettveränderungen, über die in einer neueren Untersuchung von zehn Personen berichtet wurde, nur geringfügig waren,3 wurde bereits früher über ein verdicktes Kalvarium, einen schmalen Thorax, breite Rippen, abgeflachte oder eiförmige Wirbelkörper, Coxa valga, Osteopenie, vergrößerte Markkanäle und eine metaphysäre Verbreiterung der Röhrenknochen berichtet.1,4 Die motorische Entwicklung ist in der Regel aufgrund von Hypotonie verzögert, die meisten Personen haben eine leichte Sprachverzögerung, und ein kleiner Prozentsatz hat Lernschwierigkeiten oder eine geistige Behinderung. Insbesondere kardiale Manifestationen wie ein offener Ductus arteriosus, ventrikuläre Hypertrophie, pulmonale Hypertonie und Perikardergüsse treten in ∼80 % der Fälle auf.1,3
Trotz der Identifizierung des Cantú-Syndroms als eigenständige klinische Entität vor ∼30 Jahren konnte die zugrunde liegende genetische Ursache bis heute nicht identifiziert werden.5 Ursprünglich wurde ein autosomal-rezessiver Erbgang vermutet, da im Originalbericht zwei Geschwister betroffen waren und in einer anderen Familie Blutsverwandtschaft bestand.5,6 Robertson et al. zeigten jedoch anhand einer Segregationsanalyse, dass das Cantú-Syndrom höchstwahrscheinlich eine dominante Störung ist.4 Darüber hinaus handelt es sich bei den 37 Fällen des Cantú-Syndroms in der Literatur mehrheitlich um Simplex-Fälle; außerdem deuten zwei bekannte Eltern-Kind-Übertragungen auf ein autosomal-dominantes Vererbungsmuster hin.112 Mit Ausnahme einer distalen 1p36-Deletion und einer 4q26q27-Duplikation bei zwei Personen, die nur geringe phänotypische Ähnlichkeiten mit dem Cantú-Syndrom aufwiesen, wurden keine wiederkehrenden Chromosomenaberrationen bei Personen, bei denen das Cantú-Syndrom klinisch diagnostiziert wurde, gemeldet, die eine Identifizierung der genetischen Ursache ermöglichen würden.3,7,8
Um die zugrunde liegende genetische Ursache des Cantú-Syndroms zu ermitteln, untersuchten wir eine Kohorte von 14 Personen, von denen sieben Simplex-Fälle und sieben familiäre Fälle waren. Bei den familiären Fällen handelte es sich um zwei Schwestern und ihre Mutter (Personen 2a, 2b und 2c), ein Vater-Tochter-Paar (Personen 8a und 8b) und ein Geschwisterpaar (Personen 9a und 9b). In vier Familien waren die Eltern blutsverwandt (Personen 1, 5, 8b, 9a und 9b). Die klinischen Einzelheiten dieser Personen sind in Tabelle 1, Abbildung 1A und den Abbildungen S1A und S1B (online verfügbar) dargestellt. Die vier exom-sequenzierten Personen wurden aus der Kohorte ausgewählt, da sie dem ursprünglich von Cantú et al. beschriebenen Phänotyp am ähnlichsten sind.5
Mutationen in ABCC9 verursachen Cantú-Syndrom
(A) Porträtfotos von Menschen mit Cantú-Syndrom und ABCC9-Mutationen, die durch Exom-Sequenzierung oder Sanger-Sequenzierung identifiziert wurden. Man beachte das grobschlächtige Aussehen des Gesichts, einschließlich eines breiten Nasenrückens, einer kurzen Nase, eines langen Philtrums, eines breiten Mundes und voller Lippen.
(B) De novo ABCC9-Mutation g.21995261G>A (c.3460C>T; p. Arg1154Trp), identifiziert durch Exom-Sequenzierung eines betroffenen Individuums und seiner Eltern. Das obere Feld zeigt die Next Generation Sequencing Reads des Kindes (Individuum 1), gefolgt von den Reads des Vaters (Mitte) und der Mutter (unten).
(C) Sanger-Validierung im selben Trio; Sanger-Spuren des Kindes (Individuum 1, oben), des Vaters (Mitte) und der Mutter (unten). Die Punktmutation (g.21995261G>A; c.3460C>T) ist mit einem roten Pfeil markiert.
(D) Schematischer Überblick über SUR2, wobei die das Cantú-Syndrom verursachenden Mutationen durch den Pfeil dargestellt sind. Abkürzungen: ABC, ATP-bindende Kassetten-Transporterdomäne (rot); TMD, ABC-Transmembrandomäne Typ-1 (blau).
(E) Aminosäurekonservierung des Mutations-Hotspots p.Arg1154 für mehrere Spezies (Mensch, Maus, Hund, Huhn, Zebrafisch); das hochkonservierte Arginin ist rot dargestellt.
Tabelle 1
Phänotyp von Individuen mit Cantú-Syndrom
| Klinische Merkmale | Betroffene Individuen | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2a | 2b | 2c | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8a | 8b | 9a | 9b | 10 | ||
| Geschlecht | M | F | F | F | M | F | M | F | M | F | 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 | – | – | – | |
| Alteration (Protein) | Arg1154Trp | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Trp | Arg1154Trp | Cys1043Tyr | Arg1154Gln | Ala478Val | Ala478Val | – | – | – | |
| Vererbt | de novo | vererbt | vererbt | de novo | de novo | de novo | de novo | de novo | vererbt | ||||||
| Konsanguinität | + | – | – | – | – | – | + | – | – | – | + | + | + | – | |
| Alter bei Auswertung | 4 m | 16 Jahre | 10 Jahre | 39 Jahre | 8 Jahre | 21 Jahre | 3.5 m | 4,5 J. | 9.8 Jahre | 4 m | 32 Jahre | 6 Jahre | 4 Jahre | 3 m | |
| Alive | – | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | – | + | |
| Kongenitale Hypertrichose | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | |
| Makrosomie bei Geburt | + | – | + | + | – | + | – | + | – | + | + | – | – | + | |
| Makrozephalie | + | + | + | + | + | – | + | + | + | + | + | + | + | ||
| ID∗ und/oder Entwicklungsverzögerung | – | – | – | – | + | – | + | – | – | + | – | + | + | + | |
| Gesichtszüge | |||||||||||||||
| Gesichtszüge | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | |
| Epikanthusfalten | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | – | |
| Viele und/oder lockige Wimpern | + | + | + | – | + | – | + | + | + | + | – | + | + | + | |
| Breiter und/oder flacher Nasenrücken | + | + | + | + | + | – | + | + | + | + | + | + | + | ||
| Kleine Nase und/oder antevertierte Nasenlöcher | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | – | – | – | + | |
| vorstehender Mund und/oder dicke Lippen | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||
| Langes Philtrum | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | |
| Hoher und/oder enger Gaumen | + | + | + | + | – | + | + | – | – | – | + | + | + | – | |
| Makroglänzend | + | + | + | + | – | + | + | – | – | – | + | – | – | ||
| Anteriorer offener Biss | – | + | + | – | – | + | – | – | – | – | – | – | – | ||
| Gingivale Hyperplasie | + | + | + | + | – | + | + | – | – | + | – | – | – | – | |
| Kurzer Hals | – | – | – | + | + | – | + | + | + | – | – | + | + | + | |
| Kardiale Merkmale | |||||||||||||||
| Strukturelle kardiale Anomalien | + | – | – | – | – | + | + | – | + | + | – | – | + | ||
| Bluthochdruck | + | – | – | – | – | – | – | – | – | + | – | – | – | – | |
| Perikarderguss | – | + | + | – | + | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| Kardiomegalie | – | + | + | + | + | + | – | – | + | – | + | + | + | + | |
| Hypertrophe und/oder dilatative Kardiomyopathie | + | + | + | + | – | – | – | – | – | – | + | + | + | ||
| Radiologische Befunde | |||||||||||||||
| Generalisierte Osteopenie | – | – | – | – | – | + | – | + | + | + | + | ||||
| Dickes Calvarium | + | + | + | + | – | – | + | – | – | + | + | + | + | ||
| Verzögertes Knochenalter | + | – | – | + | – | + | + | + | |||||||
| Vergrößerte Sella turcica, vertikale Schädelbasis | – | – | – | – | – | – | + | – | – | – | + | + | + | ||
| Schmale Schultern | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | + | + | + |
| Schmaler Brustkorb | – | – | + | – | + | – | – | – | + | – | + | + | + | + | |
| Breite Rippen | – | + | + | – | – | – | + | + | + | + | – | – | – | + | |
| Unregelmäßigkeiten der Wirbelkörperendplatte | – | – | – | – | + | – | – | + | – | – | – | + | + | – | |
| Platyspondyly | + | + | – | + | – | + | – | – | – | – | – | + | + | – | |
| Ovoide Wirbelkörper | + | – | – | – | – | – | + | + | – | – | – | + | + | + | |
| Hypoplastisches Sitzbein und Schambeinknochen | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | + | + | – | |
| Enges Foramen obturatorum | – | + | – | + | – | – | – | – | |||||||
| Erlenmeyer-Kolben-wie lange Knochen | + | + | + | + | – | -. | + | – | + | + | + | – | |||
| Bilaterale Coxa valga | – | – | + | – | + | – | – | – | – | – | + | – | – | + | |
| Metaphysenfuge mit enl. medul. ca.∗ | + | + | + | + | + | – | + | – | + | + | + | + | – | ||
| Transversale Metaphysenbänder | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | + | – | – | – |
| Sonstige Merkmale | |||||||||||||||
| Präaxiale distale phalangeale Hypoplasie | – | – | – | – | – | + | – | – | + | – | – | – | |||
| Kurz, breite erste Zehe | + | – | – | – | – | – | + | + | + | + | + | + | |||
| Umbilikalhernie | + | – | – | – | – | – | + | + | – | + | + | – | – | + | |
| Pylorusstenose | + | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | + |
| Immunschwäche | – | – | – | – | – | + | – | – | + | – | + | + | – | ||
| Faltige und/oder lose Haut | + | – | – | – | – | – | – | + | – | – | + | + | + | + | – |
| Tiefe Palmarfalten | + | – | – | – | – | – | – | + | – | – | + | + | + | + | – |
| Fingerlinge | + | – | – | – | – | – | + | + | – | – | – | – | – | – | |
| Hyperextensibilität Interphalangealgelenke | + | – | + | – | – | + | + | – | + | – | + | – | – | – | |
| Pectus carinatum | + | – | – | – | – | + | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| Genitale Anomalien | + | – | – | – | – | – | + | – | – | + | – | – | – | ||
| Skoliose | + | + | + | + | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| Lymphödem | – | + | + | + | – | + | – | – | – | – | + | + | + | – | |
| Erhöhte Neigung zu Blutungen im oberen GI∗ | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| Nierenanomalien | – | – | – | – | – | – | – | – | + | – | – | – | |||
| Vormals veröffentlicht | ja1 | ja1 | ja 1 | ja12 | |||||||||||
RefSeq-Zugangsnummer NM_020297.2 wurde für die Benennung der Mutationen verwendet. Merkmale, die nicht verfügbar waren, wurden leer gelassen. Adaptiert von Engels et al. 2002.12
Zunächst haben wir einen Exom-Sequenzierungsansatz auf die Daten von drei Personen angewandt, wobei ein SOLiD v4 Sequenzierungsgerät und das SureSelect v1 (38 Mb) Exom-Anreicherungs-Kit von Agilent verwendet wurden. Die entdeckten Varianten wurden wie zuvor beschrieben priorisiert (Tabelle S1).13,14 Nur ein Gen (RP1L1 ) wies bei allen drei Personen Varianten auf, die jedoch nicht durch Sanger-Sequenzierung validiert wurden. Daher führten wir eine zusätzliche Exom-Sequenzierung bei einem Simplex-Fall (Individuum 1) und seinen Eltern durch (Tabelle S2). Die De-novo-Analyse (wie in Vissers et al.15 beschrieben) ergab 15 potenzielle De-novo-Mutationen in 15 Kandidatengenen (Abbildungen 1B und 1C und Tabelle S2). Die systematische Validierung durch Sanger-Sequenzierung aller 15 Kandidaten zeigte, dass nur eine Mutation in ABCC9 (c.3460C>T) bei dem betroffenen Individuum validiert werden konnte.15 Darüber hinaus konnten von diesen 15 Kandidatengenen private, nicht-synonyme Varianten nur in ABCC9 (MIM 601439) identifiziert werden, und zwar bei zwei der drei ursprünglich sequenzierten Individuen (Individuen 3 und 4; c.3461G>A). Die visuelle Inspektion der Exom-Sequenzierungsdaten des dritten Individuums (Individuum 2a, c.3460C>T) identifizierte eine zusätzliche potenzielle Mutation in ABCC9 bei sehr geringer Sequenzabdeckung. Bemerkenswert ist, dass alle Mutationen im Exon 27 von ABCC9 lagen.
In der verbleibenden Kohorte von zehn Personen mit Cantú-Syndrom wurden durch Sanger-Sequenzierung fünf zusätzliche Missense-Mutationen in ABCC9 gefunden (NM_020297.2; Tabelle S3). Insgesamt hatten also 11/14 Fälle eine ABCC9-Mutation. Interessanterweise traten acht Mutationen in einem Mutations-Hotspot auf, der den Arg1154-Rest in Exon 27 betraf, der die zweite Typ-1-Transmembranregion (TMD2: Transmembrandomäne 2) des von ABCC9 kodierten Proteins, den Sulfonylharnstoff-Rezeptor (SUR2), beeinträchtigte (Abbildung 1D). Alle anderen Mutationen (c.3128G>A und c.1433C>T ) betrafen ebenfalls entweder TMD1 oder TMD2. Alle Mutationen bis auf eine (die in den Individuen 8a und b gefundene) wurden von mehreren In-silico-Vorhersageprogrammen als möglicherweise oder wahrscheinlich schädigend eingestuft. Die Basenpaar-Konservierung (gemessen mit phyloP) war relativ hoch, während der Arg1154-Rest bis zum Zebrafisch konserviert war (Abbildung 1E). Wichtig ist, dass die Mutationen in allen sechs Simplex-Fällen de novo auftraten (Abbildung S1). Außerdem wurde keine der Mutationen in einem der über 5 000 öffentlich zugänglichen Exome identifiziert (Exome Variant Server, NHLBI Exome Sequencing Project , Seattle). Alle Verfahren entsprachen den ethischen Standards des zuständigen Komitees für Menschenversuche (institutionell und national), und es wurde eine ordnungsgemäße informierte Zustimmung eingeholt.
ABCC9 ist ein Mitglied der ATP-bindenden Kassetten-Unterfamilie C, auch bekannt als CFTR/MDR-Familie (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator and multidrug resistance protein), und kodiert den Kanalregulator SUR2, Dieser enthält TMD1 und TMD2, eine N-terminale Domäne (TMD0) und zwei nukleotidbindende Falten (NBF1 und NBF2), die Walker-A- und Walker-B-Nukleotidbindungsmotive und andere konservierte Sequenzen umfassen.16,17 Zusammen mit einem Mitglied der Kir-Kanalfamilie bildet SUR2 ATP-sensitive Kaliumkanäle (KATP-Kanäle), die aus vier SUR2-Untereinheiten und vier porenbildenden Kir-Untereinheiten bestehen.17 Durch alternatives RNA-Spleißen des terminalen Exons von ABCC9 entstehen zwei SUR2-Isoformen: SUR2A, das vorwiegend in Herz- und Skelettmuskelzellen exprimiert wird, und SUR2B in der glatten Muskulatur.18 Interessanterweise befinden sich die Gene für Kir6.1 (KCNJ8 ) und SUR2 in einem Gencluster auf Chromosom 12p12.1, was auf eine Koregulation auf Genebene hindeutet.19 Ähnliches gilt für Kir6.2 (KCNJ11 ) und SUR1 (ABCC8 ), die sich ebenfalls in einem Gencluster, jedoch auf Chromosom 11p15.1 befinden. Dies ist ein Beweis dafür, dass diese Regionen durch ein altes Duplikationsereignis entstanden sind, was mit ihrer Erhaltung vom Zebrafisch zum Menschen übereinstimmt (Abbildung 1E).20 Während der im Chromosom 12-Cluster kodierte KATP-Kanal vor allem in der Herz-, Skelett- und glatten Muskulatur funktioniert, spielt der im Chromosom 11-Cluster kodierte KATP-Kanal vor allem im neuroendokrinen System eine Rolle, und Mutationen in diesen Genen können zu hyperinsulinämischer Hypoglykämie und Neugeborenen-Diabetes führen.18
KATP-Kanäle öffnen und schließen sich als Reaktion auf intrazelluläre Veränderungen des ADP/ATP-Verhältnisses und verknüpfen so den Stoffwechselzustand der Zelle mit ihrem Membranpotenzial.17,18,21 Die Hemmung der Aktivität der KATP-Kanäle führt zu einer Depolarisation der Membran und damit zur Aktivierung spannungsabhängiger Ca2+-Kanäle, was zu einem Ca2+-Einstrom und einem Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration führt.19
Die korrekte Aufrechterhaltung des Kalziumhaushalts ist für die normale Funktion des Herzens von wesentlicher Bedeutung, und eine gestörte myozelluläre Kalziumhomöostase trägt zur Pathogenese der dilatativen Kardiomyopathie (CMD10 ) bei.22-24 In Sur2-/- Mäusen ist die Aktivität des KATP-Kanals im Wesentlichen nicht vorhanden, und diese Tiere zeigen Bluthochdruck, Koronararterien-Vasospasmus und plötzlichen Herztod.
Bisher wurden Mutationen im Exon 38 von ABCC9, das für den C-Terminus von SUR2A kodiert, bei zwei Personen mit idiopathischer CMD10 gemeldet.25 Eine dieser Mutationen wurde später als Variante unbekannter Häufigkeit in dbSNP (rs72559751) gemeldet. Interessanterweise betreffen die für CMD10 beschriebenen Mutationen ein Exon, das nur in der Isoform SUR2A transkribiert wird, die eine hohe Expression in der Herzmuskulatur aufweist, während diese Mutation nicht die Isoform SUR2B betrifft, die vorwiegend in der glatten Gefäßmuskulatur exprimiert wird. Dies könnte erklären, warum der Phänotyp auf das Herz beschränkt bleibt, obwohl die Frameshift-Mutation ein Gen betrifft, das eine allgemeinere Funktion haben könnte, wie die verschiedenen klinischen Probleme bei Personen mit Cantú-Syndrom andeuten.
Die Personen mit Cantú-Syndrom, die eine ursächliche Mutation in ABCC9 aufweisen, sind klinisch genauso stark betroffen wie diejenigen, bei denen keine Mutation nachgewiesen werden konnte. Weitere Studien sind erforderlich, um festzustellen, ob dies eine genetische Heterogenität widerspiegelt.
Bemerkenswerterweise stellten Grange et al. 2006 fest, dass sich der Phänotyp bei Personen mit Cantú-Syndrom und Personen, die mit Minoxidil, einem KATP-Kanal-Öffner, behandelt wurden, überschneidet.1,26 Dieses Medikament wird zur Behandlung von Bluthochdruck und Kahlköpfigkeit eingesetzt, und die behandelten Personen zeigten ein ähnlich verstärktes Körperhaarmuster und Perikardergüsse.27 Zu den weiteren berichteten Wirkungen von Minoxidil gehören eine erhöhte Elastinexpression in glatten Muskelzellen und Ödeme.28 Minoxidil wirkt als Agonist des KATP-Kanals und erhöht die Kaliumpermeabilität, was zu einer Abnahme des Zytoplasmas und einer anschließenden Entspannung der glatten Muskulatur führt.29,30 Dieser verringerte Gefäßwiderstand und die höhere Herzleistung können zu einer erhöhten Herzmuskelmasse führen. Aufgrund der klinischen Überschneidungen zwischen den Wirkungen der Minoxidil-Behandlung und des Cantú-Syndroms könnte man vermuten, dass ihnen der gleiche Mechanismus zur Öffnung des KATP-Kanals zugrunde liegt.
Keine unserer Personen hatte Deletionen oder Protein-abbrechende Mutationen, und die Phänotypen von vier Personen, 139, 262714, 263616 und 255953, wie in DECIPHER (Database of Chromosomal Imbalance and Phenotype in Humans Using Ensembl Resources) berichtet, mit überlappenden Deletionen bzw. einer Duplikation, ähneln nicht dem Cantú-Syndrom. Diese Ergebnisse unterstützen die Rolle aktivierender Mutationen als zugrundeliegender Mechanismus beim Cantú-Syndrom. Ein indirekter Beweis dafür, dass es sich bei den das Cantú-Syndrom verursachenden Mutationen um aktivierende Mutationen handelt, ergibt sich aus homologen Mutationen, die in ABCC8 (das für SUR1 kodiert) identifiziert wurden und eine häufige Ursache für neonatalen Diabetes darstellen.31,32 Die Autoren von Babenko et al. wiesen eine aktivierende Wirkung von ABCC8-Mutationen nach, von denen eine die zu unserem identifizierten Hot Spot homologe Aminosäure (Arg1154) betraf.31 Sie schlossen daraus, dass Mutationen KATP-Kanäle überaktivieren und dass die verstärkte stimulierende Wirkung des mutierten Rezeptors ausreicht, um KATP-Kanäle offen zu halten, selbst bei einem erhöhten Verhältnis von ATP zu ADP.31 Interessanterweise werden die meisten dieser Personen mit Sulfonylharnstofftabletten behandelt,31,33 einem Medikament, das an die SUR1-Untereinheit bindet und so unabhängig von ATP eine Kanalschließung bewirkt.33 Je nach der genauen funktionellen Auswirkung der Mutationen, deren Bestimmung weitere Studien erfordert, könnte man therapeutische Optionen für Personen mit Cantú-Syndrom mit einer ähnlichen Strategie in Betracht ziehen.
Zusammenfassend haben wir die zugrunde liegende genetische Ursache des Cantú-Syndroms, Mutationen in ABCC9, identifiziert und schlagen vor, dass dieses Syndrom in die Liste der Kaliumkanalopathien mit potenziellen therapeutischen Optionen aufgenommen wird.