Lo studio è stato approvato dal comitato di revisione istituzionale dell’Università di Hong Kong / Autorità ospedaliera Hong Kong West Cluster (UW12-211) e il National Taiwan University Hospital (201703073RINB). Il consenso informato scritto è stato ottenuto dai soggetti o dai loro genitori. Una sintesi delle caratteristiche cliniche, biochimiche e radiologiche dei pazienti 11 con mutazioni COQ4 identificati è presentata nella Tabella 1. I pazienti 1-5 avevano il classico fenotipo neonatale-insorgenza descritta da Brea-Calvo et al. e Chung et al.,2,3 mentre i pazienti 6-11 avevano un esordio più tardivo e caratteristiche più eterogenee. La frequenza dei fenotipi distinti rispetto agli studi precedenti è riassunta nella tabella 2. Le immagini MRI (risonanza magnetica) corrispondenti sono presentate in Fig. 1. I pedigree delle nove famiglie sono presentati in Fig. 2.
Risonanza magnetica cerebrale (RM). a T1W assiale, b FLAIR assiale, c DWI dal paziente 1 allo stadio neonatale, e d T2W assiale al follow-up; e T1W assiale e f spettroscopia MR (MRS) a gangli della base al neonato e g T1W assiale a fasi infantili dal paziente 4; h T2W coronale, i T1W sagittale, j T2W assiale, k T1W assiale dal paziente 11. Caratteristiche MR includono atrofia cerebellare (frecce bianche) (h, i) con progressione (e, g); atrofia cerebrale con predominanza lobare frontale e temporale anteriore (i-k); assottigliamento del corpo calloso (i); perdita di materia bianca e cambiamento cistico con predominanza frontale (asterischi) (j, k); coinvolgimento dei gangli della base con diffusione limitata e cambiamento cistico sul follow-up (frecce curve) (a-d); picco di lattato a circa 1.3 ppm su MRS (punte di freccia) (f)
Pedigree di 9 famiglie con 11 soggetti descritti nel nostro studio
Paziente 1
Il paziente 1 era un maschio con una storia prenatale di oligoidramnios e ritardo di crescita intrauterina (IUGR). È nato a 38 settimane. A 7 giorni, ha sviluppato episodi ricorrenti di apnea, diminuzione dell’attività e lieve acidemia lattica. Il giorno 14, ha sviluppato il collasso circolatorio con l’acidosi metabolica severa e l’acidosi lattica fino a 28.36 mmol/L (gamma di riferimento 0.5-2.20), l’ipotensione che richiede gli inotropi multipli, un episodio della tachicardia ventricolare senza polso e l’insufficienza respiratoria che richiede l’intubazione ed il supporto del ventilatore. In seguito, ha sviluppato convulsioni ricorrenti controllate da fenobarbitone e levetiracetam. La risonanza magnetica del cervello a 3 settimane di età ha mostrato una simmetrica iperintensità T1 e T2 con diffusione limitata ai nuclei lentiformi bilaterali. Foci di diffusione ristretta sono stati rilevati anche nella materia bianca frontale bilaterale (Fig. 1a-c). La spettroscopia a risonanza magnetica (MRS) ha mostrato picchi di lattato sollevati nei gangli basali bilaterali e nella materia bianca cerebrale. La successiva risonanza magnetica di follow-up ha mostrato infarti consolidati con cambiamenti cistici nei nuclei lentiformi bilaterali (Fig. 1d). Lieve ipoplasia cerebellare è stato notato anche. Ecocardiografia seriale nei mesi successivi ha mostrato progressiva ipertrofia miocardica settale e ventricolare. WES ha identificato mutazioni eterozigoti composti in COQ4, un missenso c.370G>A, p.(Gly124Ser) e una mutazione di splicing c.402+1G>C. L’analisi funzionale dei fibroblasti della pelle ha mostrato una carenza del complesso ETC II+III dovuta alla bassa concentrazione di CoQ. A 5 mesi di età, supplemento di CoQ10 fino a 40 mg/kg/giorno. A 8 mesi, in considerazione della scarsa prognosi neurologica e della scarsa risposta al trattamento con CoQ10, è stato dirottato verso il comfort care ed estubato. È deceduto brevemente per insufficienza respiratoria.
Paziente 2
Il paziente 2 era un neonato maschio a termine. Ha sviluppato distress respiratorio, ipotensione e acidosi metabolica progressiva con un livello di lattato di 2,6 mmol/L e iperalaninemia che richiedeva l’intubazione e il supporto inotropo il primo giorno di vita. L’ecocardiogramma ha rivelato una cardiomiopatia ipertrofica. Gli aminoacidi del plasma hanno rivelato alta alanina, prolina e tirosina e il profilo dell’acilcarnitina era irrilevante. Il supplemento di CoQ10 a 15 mg/kg/giorno e la carnitina a 100 mg/kg/giorno sono stati provati il suo secondo giorno di vita, ma il paziente ha ceduto. WES ha rivelato mutazioni eterozigoti composti in COQ4: un missenso c.370G>A, p.(Gly124Ser) e una mutazione di splicing di c.402+1G>C.
Paziente 3
Il paziente 3 è nato a termine a 37 settimane. Ha sviluppato una difficoltà respiratoria transitoria poco dopo la nascita. Il 22° giorno di vita, ha avuto uno shock cardiogeno. L’ecocardiogramma ha mostrato una scarsa contrattilità con una frazione di eiezione ventricolare sinistra del 20% e un versamento pericardico moderato. C’era un’acidemia lattica associata (24 mmol/L; range di riferimento 0.5-2.2) e iperammonemia (139 µmol/L; range di riferimento <100). Le è stata data empiricamente un’integrazione di CoQ10 e immunoglobulina per via endovenosa. La sua funzione cardiaca è migliorata gradualmente e si è normalizzata entro il 32° giorno di vita. Ha sviluppato convulsioni a 4 mesi di età che hanno richiesto più anticonvulsivi. È gravemente in ritardo nello sviluppo. WES ha rivelato una mutazione COQ4 omozigote c.370G>A, p.(Gly124Ser).
Paziente 4 e paziente 5
Il paziente 4 era la sorella minore del paziente 5. Aveva una storia prenatale di IUGR ed è nata a 38 settimane. Subito dopo il parto, ha sviluppato un’angoscia respiratoria con apnea intermittente e acidemia lattica (fino a 10 mmol/L; range di riferimento 0,5-2,2). La risonanza magnetica del cervello ha mostrato un’iperintensità T1 simmetrica ai gangli basali bilaterali, con una lieve ipoplasia cerebellare (Fig. 1e). La MRS ha mostrato picchi di lattato innalzati nei gangli basali bilaterali (Fig. 1f). Ha sviluppato crisi resistenti al trattamento a 2 mesi di età. La successiva risonanza magnetica a 9 mesi di età ha mostrato una progressiva atrofia cerebellare e cerebrale generalizzata, con una diffusa perdita di materia bianca, compreso l’assottigliamento del corpo calloso. Cambiamenti cistici sono stati visti all’interno della materia bianca cerebrale, gangli basali bilaterali e talami (Fig. 1g). L’ecocardiogramma seriale ha mostrato una moderata ipertrofia ventricolare sinistra progressiva. A causa della presentazione clinica riconoscibile, il sequenziamento Sanger è stato eseguito e ha rivelato la mutazione COQ4 eterozigote composta: c.370G>A, p.(Gly124Ser) e c.402+1G>C. Il supplemento di CoQ10 è stato iniziato dall’età di 4 anni e 5 mesi.
La paziente 5 era la sorella maggiore della paziente 4. È nata a 39 settimane con una storia prenatale di IUGR. Ha sviluppato convulsioni da 2 mesi di età con associata acidosi lattica e insufficienza respiratoria che richiede la ventilazione domiciliare. La radiografia del torace ha mostrato cardiomegalia. L’integrazione di CoQ10 è stata provata a 1 anno di età, ma è passata per insufficienza respiratoria 1 mese dopo. Dopo la diagnosi genetica della sorella minore, il sequenziamento Sanger è stato eseguito retrospettivamente e ha rivelato la stessa mutazione COQ4 eterozigote composta della sorella, c.370G>A, p.(Gly124Ser) e c.402+1G>C.
Paziente 6
Il paziente 6 si è presentato a 8 mesi di vita con grave ritardo di sviluppo globale, microcefalia, distonia generalizzata, deficit visivo corticale e disfunzione oromotoria. Il workup metabolico ha rivelato l’acidemia lattica di 2.5-5.9 mmol/L e l’iperalanemia (626 µmol/L; gamma di riferimento 143-439). WES ha rivelato mutazioni eterozigoti composte nel gene COQ4: c.550T>C, p.(Trp184Arg) e c.402+1G>A. L’analisi funzionale dei fibroblasti della pelle ha mostrato una carenza del complesso ETC II+III con una bassa concentrazione di CoQ. Non ci fu un ulteriore follow-up a causa dell’adozione all’estero.
Paziente 7
Il paziente 7 era una ragazza, nata a termine. Aveva un deficit visivo corticale bilaterale dalla nascita e una disfunzione oromotoria progressiva che richiedeva un’alimentazione gastrostomica. Aveva un grave ritardo di sviluppo globale. Ha sviluppato distonia generalizzata e spasticità intorno ai 5 mesi di età. L’acidemia lattica di 2.4-3.2 mmol/L era presente. WES ha rivelato una variante omozigote nel gene COQ4: c.370G>A, p.(Gly124Ser). L’analisi funzionale del fibroblasto cutaneo ha mostrato una carenza del complesso ETC II+III e una bassa concentrazione di CoQ. La paziente assumeva un supplemento di CoQ10 dall’età di 2 anni. Non c’è stato alcun miglioramento clinico e la paziente è morta a 3 anni e 6 mesi di età.
Paziente 8
Il paziente 8 è una bambina, nata a termine. Ha sviluppato spasmi infantili a 6 mesi di età. Il workup metabolico ha mostrato acidemia lattica a 2,2-4,2 mmol/L e iperalanemia (487 µmol/L; range di riferimento 143-439). WES ha rivelato le varianti eterozigote composte del gene COQ4 c.371G>T, p. (Gly124Val) ereditato dalla madre e c.370G>A, p. (Gly124Ser) ereditato dal padre. È interessante notare che l’enzimologia della catena respiratoria delle attività del muscolo scheletrico era normale, ma l’analisi funzionale dei fibroblasti della pelle ha mostrato una carenza del complesso II+III dell’ETC e una bassa concentrazione di CoQ10. Il supplemento di CoQ10 è stato dato da 9 mesi di età, con un miglioramento soggettivo della reattività. È viva e ha raggiunto un discreto controllo delle crisi con levetiracetam e un ritardo globale dello sviluppo.
Paziente 9
Il paziente 9 è un maschio, nato a termine a 40 settimane. Ha presentato spasmi infantili a 2 mesi di età. L’integrazione di CoQ10 è iniziata a 7 anni ed è rimasta stabile. WES ha rivelato una mutazione COQ4 omozigote, c.370G>A, p.(Gly124Ser). L’analisi funzionale dei fibroblasti della pelle ha mostrato un deficit del complesso II+III dell’ETC e una bassa concentrazione di CoQ.
Il paziente 10 e il paziente 11
Il paziente 10 è la sorella minore del paziente 11. È nata a 36 settimane. Ha sviluppato una difficoltà respiratoria transitoria dopo la nascita. Era asintomatica fino a 2 mesi di età quando ha sviluppato ipotonia progressiva, danno visivo corticale, grave ritardo nello sviluppo e convulsioni che richiedevano anticonvulsivi multipli. Il suo ecocardiogramma ha mostrato una cardiomiopatia dilatata progressiva e un rigurgito mitrale. WES ha rivelato una mutazione COQ4 omozigote: c.370G>A, p. (Gly124Ser). Il supplemento di CoQ10 a 30 mg/kg/giorno è stato iniziato a 11 mesi di età, e il suo controllo delle crisi è migliorato.
La paziente 11 è la sorella maggiore della paziente 10. È nata a termine. È nata a termine. A 4 mesi di età, ha presentato crisi, ipotonia, spasticità, disfunzione oromotoria e grave ritardo nello sviluppo. Ha anche sviluppato un episodio di miocardite acuta durante il quale il suo ecocardiogramma ha mostrato una disfunzione diastolica. La risonanza magnetica del cervello a 14 mesi ha mostrato una lieve atrofia cerebellare e atrofia cerebrale, cambiamenti cistici della materia bianca con predominanza frontale e temporale anteriore bilaterale, e assottigliamento del corpo calloso. I gangli basali e il tronco cerebrale apparivano conservati (Fig. 1h-k). Non è stata rilevata alcuna acidosi lattica. A causa dei risultati esoma di sua sorella, sequenziamento Sanger è stata eseguita e ha rivelato una mutazione omozigote COQ4: c.370G>A, p. (Gly124Ser). Lei non era sotto supplemento di CoQ10 e morì a 20 mesi a causa di un episodio di sepsi.