Distal 7q11.23 Duplication, an Emerging Microduplication Syndrome: A Case Report and Further Characterisation

Abstract

Chromosoom 7q11.23 duplicatie syndroom is een goed herkend syndroom waarbij sprake is van duplicatie van dezelfde genen gelegen in de Williams-Beuren kritische regio. In 2010 werden echter 4 patiënten gemeld met een microduplicatie alleen in de HIP1 en YWHAG genen. Wij noemen dit een distale 7q11.23 duplicatie (dup7q11.23D). Hier melden wij de vijfde de novo patiënt met dup7q11.23D, wiens symptomen verklaard kunnen worden door overexpressie van YWHAG, zoals recent werd aangetoond bij muizen en obese patiënten. Ten slotte zullen verdere studies nodig zijn om dit opkomende microduplicatie syndroom af te bakenen.

© 2016 S. Karger AG, Basel

De chromosoom 7q11.23 regio is algemeen erkend omdat het de kritische genen bevat die leiden tot Williams-Beuren microdeletie (MIM 194050) en microduplicatie (MIM 609757) syndromen . Het wordt geflankeerd door 3 belangrijke clusters van lage-kopie herhalingen (LCR), proximaal (LCR-P), centraal (LCR-C) en distaal (LCR-D) genoemd, en het omvat veel en hoog getranscribeerde genen. De gendichtheid en de transcriptiesnelheid zijn aanzienlijk hoger in vergelijking met andere segmenten van chromosoom 7. Tot op heden zijn de genen tussen LCR-P en LCR-C aangemerkt als veroorzakers van deze 2 aandoeningen, voornamelijk ELN, GTF2I, en GTF2IRD1 . Later, in 2010, werd de deletie van het distale gedeelte (tussen LCR-C en LCR-D) geïdentificeerd als een andere entiteit, genaamd distale chromosoom 7q11.23 deletie (MIM 613729). De haploinsufficiëntie van de genen HIP en YWHAG werd gesuggereerd kritisch te zijn voor de manifestaties van dat microdeletie syndroom. Hoewel 4 patiënten met een duplicatie van HIP of HIP/YWHAG ook werden beschreven door Ramocki et al. , die niet de genen tussen LCR-P en LCR-C omvatten, was er geen bewijs voor de relevantie van de overexpressie van deze genen. Echter, Cornell et al. hebben onlangs sterk bewijs geleverd dat de duplicatie van YWHAG neuronale migratie vertraging veroorzaakt in de ontwikkelende hersenschors van muizen, op een vergelijkbare manier als YWHAG knockdown doet. Hier rapporteren wij de vijfde patiënt met een distale 7q11.23 duplicatie (dup7q11.23D) en tonen de manifestaties die dit opkomende microduplicatie syndroom zouden kunnen karakteriseren.

Patiënt en Methoden

Clinisch verslag

Een 16-jarige vrouwelijke patiënte werd naar ons centrum verwezen vanuit een psychiatrische afdeling met een verdenking van Prader-Willi syndroom vanwege obesitas, milde intellectuele achterstand, agressiviteit evenals aandachtstekort hyperactiviteit, angstige en impulsieve controle stoornissen. Zij is het tweede kind van niet-consanguine gezonde ouders; haar moeder heeft een lager IQ en een normaal lichamelijk fenotype. De oudere broer werd gediagnosticeerd met een bipolaire stoornis; hij was niet bereid om deel te nemen aan deze studie en weigerde elke genetische analyse. Onze patiënte had een normale perinatale voorgeschiedenis maar vertoonde daarna een globale ontwikkelingsachterstand zoals gerapporteerd door de ouders. Neurologische evaluaties toonden een normaal EEG en hersen CT. Sinds de leeftijd van 1 jaar, manifesteerde ze obesitas, hyperfagie en insulineresistentie, die werd beheerd met metformine. Momenteel wordt ze behandeld met anxiolytica, antipsychotica en stemmingsstabilisatoren. Bij lichamelijk onderzoek was haar lengte 165 cm (64e percentiel) en haar gewicht 76,5 kg. Haar BMI was 28,1 (96e percentiel) en daarmee in de obesitas range. Ze vertoonde milde gezichtsdysmorfismen zoals een breed gezicht, rechte wenkbrauwen, diepliggende ogen, een vooruitstekende neuspunt, een hoog gehemelte en een lichte systolische hartruis (fig. 1A). De echocardiografie toonde geen afwijkingen in de hartstructuur. De ontwikkelingsmijlpalen van het meisje, de IQ-scores van de familie, en de groeicurven en insulinespiegels van de patiënt waren niet beschikbaar.

Methodes

Bloedmonsters (5 ml) werden verzameld in ethyleendiaminetetraazijnzuurbuisjes voor DNA-extractie en in heparinebuisjes voor chromosomenanalyse. DNA werd geëxtraheerd van de patiënte en haar ouders met behulp van de Wizard Genomic DNA Purification Kit, volgens de protocollen van de fabrikant (Promega, Madison, Wis., USA). Alleen de patiënte onderging een conventionele chromosomenanalyse en SNRPN-methyleringsstudies via methyleringsgevoelige PCR-analyse (MS-PCR), terwijl het meisje en haar ouders werden onderzocht met chromosomenmicroarray- en MLPA-analyses. De metafase chromosoomspreidingen werden met conventionele methoden verkregen uit lymfocyten van de patiënt, en de GTG-band-chromosomen werden geanalyseerd op 550-bandniveau. MS-PCR werd uitgevoerd zoals aanbevolen door Kubota et al. voor het bestuderen van de verdenking van Prader-Willi syndroom. Vervolgens werd chromosomale microarray analyse uitgevoerd met behulp van de Agilent 8x60K, ISCA ontwerp-platform (Agilent Technologies, Santa Clara, Calif., USA), en alle procedures werden uitgevoerd volgens de instructies van de fabrikant. De analyse werd uitgevoerd met behulp van de Agilent CytoGenomics Software en het algoritme ADM-2. Tenslotte voerden we MLPA uit om de bevindingen te bevestigen met 250 ng genomisch DNA met behulp van de SALSA P029 Williams-Beuren Syndroom probemix (MRC-Holland, Amsterdam, Nederland), volgens de instructies van de fabrikant. De geamplificeerde probes werden gedetecteerd met een geautomatiseerd capillair systeem (ABI PRISM 310, Applied Biosystems, Tokyo, Japan), en de resultaten werden geanalyseerd met de software Coffalyser (MRC-Holland), die werden gestandaardiseerd naar de normale controles. Genen met MLPA ratio’s <0.7 werden gedefinieerd als deleties, ratio’s ≥0.7 en ≤1.3 werden als normaal beschouwd, terwijl alle ratio’s >1.3 werden gedefinieerd als duplicaties.

Resultaten

Initiële evaluaties toonden zowel een normaal karyotype als een MS-PCR analyse van het Prader-Willi syndroom bij de patiënt. De chromosoom microarray techniek onthulde een duplicatie van 1,7 Mb in de 7q11.23 regio die niet ELN compromitteerde, maar een meer distaal gedeelte (gemiddelde log2 ratio = 0,55; 74.481.481-76.214.077 bp; genoom assemblage GRCh37/hg19; fig. 1B). Deze CNV wordt beperkt door segmentale duplicaties van meer dan 98% van de overeenkomst, die meer dan 30 UCSC genen omvat, waaronder HIP1 en YWHAG (fig. 1C). Deze distale duplicatie werd bevestigd door MLPA voor het Williams-Beuren syndroom, die een gemiddelde ratio >1.35 liet zien alleen voor de 5 probes gelokaliseerd in de genen POR en HSPB1 (fig. 1C). Beide ouders werden met beide technieken onderzocht en hadden normale resultaten (gegevens niet getoond).

Discussie

Zo te zien in tabel 1, lijkt het erop dat dup7q11.23D een overwegend neuropsychiatrisch fenotype vertoont met een paar dysmorfe kenmerken. Interessant is dat de 3 patiënten met een duplicatie van YWHAG een aandachtstekortstoornis met hyperactiviteit en agressiviteit vertoonden, terwijl de 2 patiënten met betrokkenheid van alleen HIP1 afwijkingen aan het centrale zenuwstelsel hadden, waaronder een neoplasma. De duplicatie van YWHAG veroorzaakt een vertraagde migratie van piramidale neuronen naar de buitenste lagen van de hersenschors in verschillende stadia van de hersenontwikkeling bij muizen. Dit wordt verklaard door een tekort in de locomotie fase van neuronale migratie en niet door een veranderde neurogenese, wat pathologische veranderingen op microtubule dynamiek kan weerspiegelen. Belangrijk is dat deze afwijking zeer vergelijkbaar was met die welke werd gezien in de hersenen van foetale muizen wanneer het YWHAG-gen werd uitgeschakeld, hetgeen erop wijst dat een juiste dosis van het eiwitproduct van dit gen noodzakelijk is voor een normale ontwikkeling van de hersenen. Bovendien kan de zwaarlijvigheid van onze patiënt ook worden verklaard door de overexpressie van dit gen, zoals is aangetoond door Capobianco et al. omdat dit gen ook betrokken is bij zowel het cellulaire insuline-gemedieerde glucosetransport als het vetmetabolisme. Wat HIP1 betreft, werd aangetoond dat het eiwit ervan tot overexpressie komt bij hersenkankers, hetgeen kan verklaren waarom patiënt 2 een ruggenmergschwannoom ontwikkelde. Niettemin is het onduidelijk hoe de HIP1 duplicatie kan bijdragen aan het neuropsychiatrische fenotype, hoewel de genendosis van dit deel van de 7q11.23 regio van groot belang kan zijn voor de neurale ontwikkeling .

Hoewel het voorbarig is om onze casus te vergelijken met het Williams-Beuren duplicatie syndroom en gezien het feit dat de volledige klinische gegevens van onze patiënt en van de patiënten gerapporteerd door Ramocki et al. niet beschikbaar en goed afgebakend waren, kan deze microduplicatie minder congenitale misvormingen en dysmorfie met zich meebrengen in vergelijking met de Williams-Beuren duplicatie. Dit zou kunnen verklaren waarom sommige patiënten met een duplicatie van de gehele 7q11.23 regio (fig. 1C) geen ernstiger fenotype vertoonden in vergelijking met die patiënten met een kortere duplicatie.

Ten slotte, en zoals voor Williams-Beuren deletie/duplicatie, is de niet-allelische homologe recombinatie het meest plausibele mechanisme dat het ontstaan van dup7q11.23D verklaart, als gevolg van de grote gelijkenis van de flankerende LCRs. Dit mechanisme kan ook de inversie van deze regio verklaren, die een predisponerende factor is voor zowel het Williams-Beuren syndroom als de 7q11.23 duplicatie. Hoewel de moeder in de toekomst op deze herschikking moet worden getest en de genetische status van haar zoon onbekend is, zouden we kunnen veronderstellen dat de moeder drager is van deze inversie en dat de broer van het meisje ook deze duplicatie of een soortgelijke heeft geërfd. Bovendien heeft de moeder geen opvallende gelaatstrekken, wat overeenkomt met het feit dat de 7q11.23 inversie misschien geen ernstige klinische symptomen met zich meebrengt. Onlangs is echter aangetoond dat de verstoring van het “topologisch associërende domein”, d.w.z. verafgelegen en gescheiden regio’s van het genoom die dezelfde enhancers, promotors en transcriptionele machinerie delen door chromosomale herschikkingen, gen misexpressie en ziekte kan veroorzaken . Deze situatie zou dus de klinische verdenking van een lager IQ maar een normaal fysiek fenotype bij de moeder kunnen verklaren. Ten slotte moedigen wij andere clinici aan om patiënten met soortgelijke amplificaties te melden om klinische richtlijnen voor het beheer van de zorg op lange termijn af te bakenen en vast te stellen.

Acknowledgement

Wij danken de patiënte en haar familie voor hun medewerking.

Statement of Ethics

De auteurs hebben geen ethische conflicten bekend te maken.

Disclosure Statement

De auteurs hebben geen belangenconflicten te melden.