Main Text
Cantú Syndrome (MIM 239850) jest rzadkim, ale rozpoznawalnym zaburzeniem charakteryzującym się wrodzoną hipertrichozą, makrosomią noworodkową, wyraźną osteochondrodysplazją i kardiomegalią. Hipertrichoza prowadzi do gęstego owłosienia skóry głowy, które rozciąga się na czoło, oraz ogólnego wzrostu owłosienia ciała. Ponadto makrocefalia i gruboziarniste rysy twarzy, w tym szeroki mostek nosowy, fałdy nadobojczykowe, szerokie usta i pełne wargi, mogą sugerować zaburzenia spichrzeniowe.1-3 Około połowa osób z zespołem Cantú jest makrosomiczna i obrzęknięta przy urodzeniu, natomiast w dzieciństwie mają one zwykle muskularny wygląd z niewielką ilością podskórnej tkanki tłuszczowej.3 Chociaż zmiany w układzie kostnym opisane w nowszym przeglądzie obejmującym dziesięć osób były łagodne,3 wcześniej opisywano pogrubienie kalwarii, wąską klatkę piersiową, szerokie żebra, spłaszczone lub owalne trzony kręgów, coxa valga, osteopenię, powiększone kanały śródkostne i poszerzenie śródkostnych części kości długich.1,4 Rozwój ruchowy jest zwykle opóźniony z powodu hipotonii, u większości osób występuje łagodne opóźnienie rozwoju mowy, a u niewielkiego odsetka osób występują trudności w nauce lub niepełnosprawność intelektualna. Warto zauważyć, że objawy kardiologiczne, takie jak drożny przewód tętniczy, przerost komór, nadciśnienie płucne i wysięk osierdziowy występują w ∼80% przypadków.1,3
Mimo że zespół Cantú został zidentyfikowany jako odrębna jednostka kliniczna ∼30 lat temu, do tej pory nie zidentyfikowano leżącej u jego podłoża przyczyny genetycznej.5 Początkowo sugerowano dziedziczenie autosomalno-recesywne na podstawie dwojga dotkniętego chorobą rodzeństwa w oryginalnym doniesieniu oraz pokrewieństwa w innej rodzinie.5,6 Jednak stosując analizę segregacyjną, Robertson i wsp. wykazali, że zespół Cantú jest najprawdopodobniej zaburzeniem dominującym.4 Ponadto, spośród 37 przypadków zespołu Cantú opisanych w literaturze, większość to przypadki simplex; również dwie znane transmisje rodzic-dziecko sugerują autosomalny-dominujący wzorzec dziedziczenia.1-Z wyjątkiem dystalnej delecji 1p36 i duplikacji 4q26q27 u dwóch osób z jedynie łagodnymi fenotypowymi podobieństwami do zespołu Cantú, nie odnotowano żadnych powtarzających się aberracji chromosomalnych u osób, u których klinicznie rozpoznano zespół Cantú, które umożliwiłyby identyfikację przyczyny genetycznej.3,7,8
Aby zidentyfikować genetyczną przyczynę leżącą u podstaw zespołu Cantú, zbadaliśmy kohortę 14 osób, z których siedem było przypadkami simplex, a siedem było przypadkami rodzinnymi. Przypadki rodzinne składały się z dwóch sióstr i ich matki (osobniki 2a, 2b, i 2c), pary ojciec-córka (osobniki 8a i 8b) oraz pary rodzeństwa (osobniki 9a i 9b). W czterech rodzinach rodzice byli spokrewnieni (osobniki 1, 5, 8b, 9a i 9b). Szczegóły kliniczne tych osób przedstawiono w Tabeli 1, Rycinie 1A oraz Rycinach S1A i S1B (dostępnych online). Cztery osoby poddane sekwencjonowaniu egzomu zostały wybrane z kohorty jako te, które najbardziej przypominają fenotyp wstępnie nakreślony przez Cantú i wsp.5
Mutations in ABCC9 Cause Cantú Syndorme
(A) Portretowe fotografie osób z zespołem Cantú z mutacjami ABCC9, zidentyfikowanych przez sekwencjonowanie egzomu lub sekwencjonowanie Sangera. Należy zwrócić uwagę na gruboziarnisty wygląd twarzy, w tym szeroki mostek nosowy, krótki nos, długą szczękę, szerokie usta i pełne wargi.
(B) De novo mutacja ABCC9 g.21995261G>A (c.3460C>T; p. Arg1154Trp) zidentyfikowana przez sekwencjonowanie egzomu osoby dotkniętej zespołem i jej rodziców. Górny panel pokazuje odczyty sekwencjonowania następnej generacji dziecka (osobnik 1), a następnie odczyty ojca (pośrodku) i matki (na dole).
(C) Walidacja Sangera w tym samym trio; ślady Sangera dziecka (osobnik 1, u góry), ojca (pośrodku) i matki (na dole). Mutacja punktowa (g.21995261G>A; c.3460C>T) jest zaznaczona czerwoną strzałką.
(D) Schematyczny przegląd SUR2, z mutacjami powodującymi zespół Cantú przedstawionymi strzałką. Skróty: ABC, ATP-binding cassette transporter domain (czerwony); TMD, ABC transmembrane domain type-1 (niebieski).
(E) Aminokwasowa konserwacja mutacyjnego hot spot p.Arg1154 dla wielu gatunków (człowiek, mysz, pies, kurczak, zebrafish); wysoce konserwowana arginina jest przedstawiona na czerwono.
Tabela 1
Fenotyp osób z zespołem Cantú
| Cechy kliniczne | Osoby dotknięte chorobą | |||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2a | 2b | 2c | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8a | 8a | 8b | 9a | 9b | 10 | ||||||||
| Płeć | M | F | F | F | M | F | M | F | M | F | F | M | M | F | M | |||||||
| Mutacja (cDNA) | 3460C>T | 3461G>A | 3461G>A | 3461G>A | 3461G>A | 3460C>T | 3460C>T | 3128G>A | 3461G>T | 1433C>T | 1433C>T | -. | – | – | ||||||||
| Alteracja (białko) | Arg1154Trp | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Gln | Arg1154Trp | Arg1154Trp | Cys1043Tyr | Arg1154Gln | Ala478Val | Ala478Val | -. | – | – | de novo | de novo | dziedziczone | |||
| konsubstancjacja | + | -. | – | – | – | – | + | – | – | – | + | + | + | – | ||||||||
| Age at evaluation | 4 m | 16 yrs | 10 yrs | 39 yrs | 8 yrs | 21 yrs | 3.5 m | 4,5 roku | 9.8 lat | 4 m | 32 lata | 6 lat | 4 lata | 3 m | ||||||||
| Alive | -. | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | – | + | ||||||||
| Wrodzona hipertrichoza | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||||||||
| Makrosomia przy urodzeniu | + | -. | + | + | – | + | – | + | – | + | + | – | – | + | ||||||||
| Makrocefalia | + | + | + | + | + | -. | + | + | + | + | + | + | + | |||||||||
| ID∗ i/lub opóźnienie rozwojowe | -. | – | – | – | + | – | + | – | – | + | – | + | + | + | ||||||||
| Cechy twarzy | ||||||||||||||||||||||
| Twarz gruboziarnista | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||||||
| Fałdy szyjki macicy | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | – | |||||||
| Obfite i/lub podkręcone rzęsy | + | + | + | -. | + | – | + | + | + | + | – | + | + | + | ||||||||
| Duży i/lub płaski mostek nosowy | + | + | + | + | + | -. | + | + | + | + | + | + | + | + | ||||||||
| Mały nos i/lub skośne nozdrza | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | -. | – | – | + | ||||||||
| Prominentne usta i/lub grube wargi | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | |||||||
| Długi philtrum | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | + | ||||||||
| Wysokie i/lub wąskie podniebienie | + | + | + | + | -. | + | + | – | – | – | + | + | + | – | ||||||||
| Makroglossy | + | + | + | + | -. | + | – | – | – | – | + | – | – | |||||||||
| zgryz otwarty przedni | – | –. | ||||||||||||||||||||
| Perplazja dziąseł | + | + | + | -. | + | + | – | – | + | – | – | – | – | |||||||||
| Krótka szyja | – | – | – | –. | + | + | – | + | + | + | – | – | + | + | + | |||||||
| Cechy serca | ||||||||||||||||||||||
| Anomalie strukturalne serca | + | -. | – | – | – | + | + | – | + | + | – | – | + | |||||||||
| Nadciśnienie tętnicze | + | – | – | – | –. | – | – | – | – | + | – | – | – | – | ||||||||
| Wysięk osierdziowy | – | + | + | – | + | – | – | -. | – | – | – | – | – | |||||||||
| Kardiomegalia | -. | + | + | + | + | + | – | – | + | – | + | + | + | + | ||||||||
| Kardiomiopatia przerostowa i/lub rozstrzeniowa | + | + | + | + | -. | – | – | – | – | – | + | + | + | |||||||||
| Radiological Findings | ||||||||||||||||||||||
| Uogólniona osteopenia | -. | – | – | – | – | + | – | + | + | + | ||||||||||||
| Grube kalwarium | + | + | + | + | + | -. | – | + | – | – | + | + | + | + | ||||||||
| Opóźniony wiek kostny | + | -. | – | + | – | + | + | + | + | + | ||||||||||||
| Powiększone sella turcica, pionowa podstawa czaszki | – | – | – | – | – | – | + | – | – | – | – | + | + | + | ||||||||
| Wąskie ramiona | – | – | – | – | –. | – | – | – | – | – | – | – | + | + | + | |||||||
| Wąska klatka piersiowa | -. | – | + | – | + | – | – | – | + | – | + | + | + | + | ||||||||
| Poprzeczne żebra | – | + | + | – | – | – | –. | + | + | + | + | – | – | – | + | |||||||
| Nierówności płytki końcowej kręgów | –. | – | – | – | + | – | – | + | – | – | – | + | + | – | ||||||||
| Platyspondyly | + | + | – | + | – | – | – | – | – | – | – | -. | – | + | + | – | ||||||
| Owoidalne trzony kręgów | + | – | – | – | – | – | – | –. | + | + | – | – | – | + | + | + | ||||||
| Hypoplastyczne kości kulszowe i łonowe | -. | – | – | – | – | – | – | – | – | – | – | + | + | – | ||||||||
| Wąski otwór obturatora | – | + | – | + | – | –. | – | – | – | |||||||||||||
| Erlenmeyer-flask-.jak długie kości | + | + | + | – | – | -. | + | – | + | + | + | – | ||||||||||
| Bilateral coxa valga | – | – | + | – | + | – | – | – | -. | – | – | + | – | – | + | |||||||
| Metaphyseal flare with enl. medul. ca.∗ | + | + | + | + | + | – | + | – | + | + | + | + | – | |||||||||
| Transverse metaphyseal bands | – | – | – | – | -. | – | – | – | – | – | – | + | – | – | – | |||||||
| Inne cechy | ||||||||||||||||||||||
| Przedosiowa hipoplazja paliczka dystalnego | -. | – | – | – | – | + | – | – | + | – | – | – | ||||||||||
| Krótki, szeroki pierwszy palec | + | – | – | – | – | – | – | + | + | + | + | + | + | |||||||||
| Przepuklina pępkowa | + | -. | – | – | – | – | + | + | – | + | + | – | – | + | ||||||||
| zwężenie odźwiernika | + | – | – | – | -. | – | – | – | – | – | – | – | – | – | + | |||||||
| Niedobór odporności | – | – | – | – | -. | + | – | – | + | – | + | + | – | |||||||||
| Zmarszczona i/lub luźna skóra | + | – | – | – | – | -. | – | + | – | – | + | + | + | + | – | |||||||
| Głębokie fałdy dłoni | + | – | – | – | – | -. | – | + | – | – | + | + | + | + | – | |||||||
| Opuszki palców | + | – | – | – | – | -. | + | + | – | – | – | – | – | – | ||||||||
| Hyperextensibility interphalangeal joints | + | -. | + | – | – | + | + | – | + | – | + | – | – | – | ||||||||
| Pectus carinatum | + | -. | – | – | – | + | – | – | – | – | – | – | – | – | ||||||||
| Anomalie genitalne | + | –. | – | – | – | – | + | – | – | + | – | – | – | |||||||||
| Skolioza | + | + | + | – | – | – | – | – | -. | – | – | – | – | – | ||||||||
| Obrzęk limfatyczny | –. | + | + | + | – | + | – | – | – | – | + | + | + | – | ||||||||
| Zwiększona skłonność do krwawień z górnego odcinka przewodu pokarmowego | – | – | – | – | – | -. | – | – | – | – | – | – | – | – | ||||||||
| Anomalie wenitalne | – | – | – | – | –. | – | – | – | + | – | – | – | yes12 | |||||||||
RefSeq accession number NM_020297.2 został użyty w nazewnictwie mutacji. Cechy, które nie były dostępne, pozostawiono puste. Adaptowane z Engels et al. 2002.12
Początkowo zastosowaliśmy podejście do sekwencjonowania egzomów do danych pochodzących od trzech osób przy użyciu urządzenia do sekwencjonowania SOLiD v4 i zestawu do wzbogacania egzomów SureSelect v1 (38 Mb) firmy Agilent. Wykryte warianty zostały uszeregowane zgodnie z wcześniejszym opisem (Tabela S1).13,14 Tylko jeden gen (RP1L1 ) zawierał warianty u wszystkich trzech osób, ale nie zostały one potwierdzone przez sekwencjonowanie Sangera. Dlatego wykonaliśmy dodatkowe sekwencjonowanie egzomu na przypadku simplex (osobnik 1) i jego rodzicach (Tabela S2). Analiza de novo (jak opisano w Vissers i wsp.15) doprowadziła do 15 potencjalnych mutacji de novo w 15 genach kandydujących (Figura 1B i 1C oraz Tabela S2). Systematyczna walidacja poprzez sekwencjonowanie Sangera wszystkich 15 kandydatów wykazała, że tylko mutacja w ABCC9 (c.3460C>T) może być zwalidowana u dotkniętego osobnika.15 Ponadto, spośród tych 15 genów kandydujących, prywatne, nonsynonimiczne warianty można było zidentyfikować tylko w ABCC9 (MIM 601439), u dwóch z trzech początkowo sekwencjonowanych osobników (osobniki 3 i 4; c.3461G>A). Wizualna inspekcja danych z sekwencjonowania egzomu trzeciego osobnika (osobnik 2a, c.3460C>T) zidentyfikowała dodatkową potencjalną mutację w ABCC9 przy bardzo niskim pokryciu sekwencji. Co ważne, wszystkie mutacje znajdowały się w obrębie eksonu 27 ABCC9.
W pozostałej kohorcie dziesięciu osób z zespołem Cantú, pięć dodatkowych mutacji typu missense znaleziono w ABCC9 poprzez sekwencjonowanie Sangera (NM_020297.2; Tabela S3). Tak więc, w sumie 11/14 przypadków miało mutację ABCC9. Co ciekawe, osiem mutacji wystąpiło w gorącym miejscu mutacji, dotykając reszty Arg1154 w eksonie 27, co wpłynęło na drugi region transmembranowy typu 1 (TMD2: transmembrane domain 2) białka kodowanego przez ABCC9, receptora sulfonylomocznika (SUR2) (Figura 1D). Wszystkie pozostałe mutacje (c.3128G>A i c.1433C>T ) również dotyczyły albo TMD1 albo TMD2. Wszystkie mutacje oprócz jednej (znalezionej w osobnikach 8a i b) zostały przewidziane jako potencjalnie lub prawdopodobnie uszkadzające przez wiele programów przewidywania in silico. Konserwacja par zasad (mierzona przez phyloP) była stosunkowo wysoka, podczas gdy reszta Arg1154 była konserwowana aż do zebrafish (Figura 1E). Co ważne, we wszystkich sześciu przypadkach simplex, mutacje wystąpiły de novo (Figura S1). Co więcej, żadna z mutacji nie została zidentyfikowana w żadnym z ponad 5000 publicznie dostępnych eksomów (Exome Variant Server, NHLBI Exome Sequencing Project , Seattle). Wszystkie procedury były zgodne ze standardami etycznymi odpowiedzialnej komisji ds. Eksperymentów na ludziach (instytucjonalnej i krajowej), a uzyskano właściwą świadomą zgodę.
ABCC9 jest członkiem podrodziny C kaset wiążących ATP, znanej również jako rodzina CFTR/MDR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator and multidrug resistance protein) i koduje regulator kanału SUR2, który zawiera TMD1 i TMD2, domenę N-końcową (TMD0) oraz dwa fałdy wiążące nukleotydy (NBF1 i NBF2), zawierające motywy wiązania nukleotydów Walkera A i Walkera B oraz inne konserwowane sekwencje.16,17 Wraz z członkiem rodziny kanałów Kir, SUR2 tworzy wrażliwe na ATP kanały potasowe (kanały KATP), składające się z czterech podjednostek SUR2 i czterech tworzących pory podjednostek Kir.17 Alternatywny splicing RNA końcowego eksonu ABCC9 prowadzi do powstania dwóch izoform SUR2: SUR2A, ulegającą ekspresji głównie w komórkach mięśnia sercowego i szkieletowego, oraz SUR2B w mięśniach gładkich.18 Co ciekawe, geny dla Kir6.1 (KCNJ8 ) i SUR2 znajdują się w klastrze genów na chromosomie 12p12.1, co sugeruje koregulację na poziomie genów.19 Podobną sytuację obserwuje się dla Kir6.2 (KCNJ11 ) i SUR1 (ABCC8 ), które również znajdują się w klastrze genów, ale na chromosomie 11p15.1. Dostarcza to dowodów na to, że regiony te powstały w wyniku starożytnego zdarzenia duplikacyjnego, co jest zgodne z jego zachowaniem od zebrafish do człowieka (Figura 1E).20 Podczas gdy kanał KATP kodowany przez klaster chromosomu 12 funkcjonuje głównie w sercu, mięśniach szkieletowych i gładkich, kanał KATP kodowany przez klaster chromosomu 11 wykazuje dominującą rolę w układzie neuroendokrynnym, a mutacje w tych genach mogą prowadzić do hipoglikemii hiperinsulinemicznej i cukrzycy noworodków.18
Kanały KATP otwierają się i zamykają w odpowiedzi na wewnątrzkomórkowe zmiany stosunku ADP/ATP, łącząc w ten sposób stan metaboliczny komórki z jej potencjałem błonowym.17,18,21 Zahamowanie aktywności kanałów KATP powoduje depolaryzację błony i tym samym aktywację zależnych od napięcia kanałów Ca2+, co prowadzi do napływu Ca2+ i wzrostu wewnątrzkomórkowego .19
Prawidłowe utrzymanie gospodarki wapniowej jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania serca, a zaburzenia homeostazy wapnia w miocytach przyczyniają się do patogenezy kardiomiopatii rozstrzeniowej (CMD10 ).22-24 U myszy Sur2-/- aktywność kanału KATP jest zasadniczo nieobecna, a zwierzęta te wykazują nadciśnienie tętnicze, skurcz naczyń wieńcowych i nagłą śmierć sercową.
Poprzednio mutacje w eksonie 38 ABCC9, który koduje C terminus SUR2A, zostały zgłoszone u dwóch osób z idiopatyczną CMD10.25 Jedna z tych mutacji została później zgłoszona jako wariant o nieznanej częstości w dbSNP (rs72559751). Co ciekawe, mutacje opisane dla CMD10 wpływają na ekson, który jest transkrybowany tylko w izoformie SUR2A, która wykazuje wysoką ekspresję w mięśniu sercowym, podczas gdy ta mutacja nie wpływa na izoformę SUR2B, która ulega ekspresji głównie w mięśniach gładkich naczyń. Może to wyjaśniać, dlaczego fenotyp pozostaje ograniczony do serca, nawet jeśli mutacja frameshift wpływa na gen, który może mieć bardziej ogólną funkcję, jak sugerują różne problemy kliniczne u osób z zespołem Cantú.
Osoby z zespołem Cantú, które mają mutację przyczynową w ABCC9 są klinicznie tak samo ciężko dotknięte, jak te, dla których nie można wykryć mutacji. Konieczne są dalsze badania w celu ustalenia, czy odzwierciedla to heterogenność genetyczną.
Wyjątkowo, w 2006 roku, Grange i wsp. zauważyli nakładanie się fenotypu u osób z zespołem Cantú i osób leczonych Minoxidilem, lekiem otwierającym kanał KATP.1,26 Lek ten jest stosowany w leczeniu nadciśnienia tętniczego, jak również łysienia, a osoby leczone wykazywały podobnie zwiększone owłosienie ciała i wysięki osierdziowe.27 Inne zgłaszane efekty działania Minoxidilu obejmują zwiększoną ekspresję elastyny w komórkach mięśni gładkich i obrzęk.28 Minoxidil działa jako agonista kanału KATP, zwiększając przepuszczalność potasu, co powoduje zmniejszenie cytoplazmatycznej i następczej relaksacji mięśni gładkich.29,30 To zmniejszenie oporu naczyniowego i zwiększenie rzutu serca może skutkować zwiększeniem masy mięśnia sercowego. Ze względu na kliniczne nakładanie się efektów leczenia Minoxidilem i zespołu Cantú można spekulować, że u ich podłoża leży ten sam mechanizm otwierania kanału KATP.
Żaden z naszych osobników nie miał delecji lub mutacji tnących białko, a fenotypy czterech osobników, 139, 262714, 263616 i 255953, jak zgłoszono w DECIPHER (Database of Chromosomal Imbalance and Phenotype in Humans Using Ensembl Resources), z nakładającymi się delecjami i duplikacją, odpowiednio, nie przypominają zespołu Cantú. Wyniki te potwierdzają rolę mutacji aktywujących jako mechanizmu leżącego u podłoża zespołu Cantú. Pośrednim dowodem na to, że mutacje wywołujące zespół Cantú są mutacjami aktywującymi, są homologiczne mutacje zidentyfikowane w ABCC8 (kodującym SUR1), które są częstą przyczyną cukrzycy noworodków.31,32 Autorzy Babenko i wsp. wykazali aktywujący wpływ mutacji ABCC8, z których jedna dotyczyła aminokwasu homologicznego do zidentyfikowanego przez nas gorącego punktu (Arg1154).31 Stwierdzili oni, że mutacje nadmiernie aktywują kanały KATP, a wzmocnione działanie stymulacyjne zmutowanego receptora jest wystarczające do utrzymania kanałów KATP w stanie otwartym, nawet przy podwyższonym stosunku ATP do ADP.31 Co ciekawe, większość tych osób jest leczona tabletkami zawierającymi sulfonylomocznik,31,33 lek, który wiąże się z podjednostką SUR1, powodując zamknięcie kanału niezależnie od ATP.33 W zależności od dokładnej funkcjonalnej konsekwencji mutacji, której określenie będzie wymagało dalszych badań, można rozważyć opcje terapeutyczne dla osób z zespołem Cantú przy użyciu podobnej strategii.
Podsumowując, zidentyfikowaliśmy podstawową genetyczną przyczynę zespołu Cantú, mutacje w ABCC9, i proponujemy, aby zespół ten został dodany do listy kanałopatii potasowych z potencjalnymi opcjami terapeutycznymi.
.