Huvudtext
Cantú syndrom (MIM 239850) är en sällsynt men igenkännbar sjukdom som kännetecknas av medfödd hypertrikos, neonatal makrosomi, en distinkt osteokondrodysplasi och kardiomegali. Hypertrikosen leder till tjockt hår i hårbotten, som sträcker sig till pannan, och en allmän ökning av kroppsbehåring. Dessutom kan makrocefali och grova ansiktsdrag, inklusive en bred näsbrygga, epikantala veck, en bred mun och fylliga läppar, tyda på en lagringsstörning.1-3 Ungefär hälften av individerna med Cantú-syndromet är makrosomiska och ödematösa vid födseln, medan de i barndomen vanligtvis har ett muskulöst utseende med lite subkutant fett.3 Även om de skelettförändringar som rapporterades i en nyare genomgång av tio individer var milda,3 har tidigare rapporterats en förtjockad calvarium, smal thorax, breda revben, tillplattade eller ovala kotkroppar, coxa valga, osteopeni, förstorade märgkanaler och metafysisk breddning av långa ben.1,4 Den motoriska utvecklingen är vanligen fördröjd på grund av hypotonin, de flesta individer har en lindrig talfördröjning, och en liten procentandel har inlärningssvårigheter eller intellektuell funktionsnedsättning. Noterbart är att hjärtmanifestationer som patenterad ductus arteriosus, ventrikulär hypertrofi, pulmonell hypertension och perikardutgjutningar förekommer i ∼80 % av fallen.1,3
Trots att Cantú-syndromet identifierades som en distinkt klinisk entitet för ∼30 år sedan har den underliggande genetiska orsaken inte identifierats fram till idag.5 Ursprungligen föreslogs autosomal-recessiv nedärvning på grundval av de två drabbade syskonen i den ursprungliga rapporten och släktskap i en annan familj.5,6 Med hjälp av segregationsanalys visade dock Robertson et al. att Cantú-syndromet troligen är en dominant sjukdom.4 Dessutom är majoriteten av de 37 fall av Cantú-syndrom i litteraturen simplexfall; dessutom tyder två kända föräldra-barn-överföringar på ett autosomalt-dominant arvsmönster.1-12 Förutom en distal 1p36-deletion och en 4q26q27-duplikation hos två individer med endast milda fenotypiska likheter med Cantú-syndromet har inga återkommande kromosomavvikelser hos individer som kliniskt diagnostiserats med Cantú-syndromet rapporterats som skulle göra det möjligt att identifiera den genetiska orsaken.3,7,8
För att identifiera den underliggande genetiska orsaken till Cantú-syndromet har vi studerat en kohort med 14 individer, av vilka sju var simplexfall och sju var familjära fall. De familjära fallen bestod av två systrar och deras mor (individer 2a, 2b och 2c), ett far-dotterpar (individer 8a och 8b) och ett syskonpar (individer 9a och 9b). I fyra familjer var föräldrarna släkt med varandra (individerna 1, 5, 8b, 9a och 9b). De kliniska uppgifterna om dessa individer presenteras i tabell 1, figur 1A och figurerna S1A och S1B (tillgängliga online). De fyra exomsekvenserade individerna valdes ut från kohorten som de som mest liknade den fenotyp som ursprungligen beskrevs av Cantú et al.5
Mutationer i ABCC9 orsakar Cantú syndrom
(A) Porträttfotografier av individer med Cantú syndrom med ABCC9-mutationer, identifierade genom exomsekvensering eller Sanger-sekvensering. Observera det grova ansiktsutseendet, inklusive en bred näsbrygga, en kort näsa, ett långt philtrum, en bred mun och fulla läppar.
(B) De novo ABCC9-mutation g.21995261G>A (c.3460C>T; p. Arg1154Trp) som identifierats genom exomsekvensering av en drabbad individ och hans föräldrar. Den övre panelen visar nästa generations sekvenseringsavläsningar av barnet (individ 1) följt av avläsningar av fadern (mitten) och modern (botten).
(C) Sanger-validering i samma trio; Sanger-spår av barnet (individ 1, överst), fadern (mitten) och modern (botten). Punktmutationen (g.21995261G>A; c.3460C>T) är markerad med en röd pil.
(D) Schematisk översikt över SUR2, med mutationer som orsakar Cantú-syndromet avbildade med pilen. Förkortningar: ABC, ATP-bindande kassettransporterdomän (röd); TMD, ABC transmembrandomän typ-1 (blå).
(E) Konservering av aminosyror i mutationshärdarna p.Arg1154 för flera arter (människa, mus, hund, kyckling, zebrafisk); den högt bevarade argininen är avbildad i rött.
.
RefSeq accession number NM_020297.2 användes vid namngivning av mutationer. Egenskaper som inte var tillgängliga lämnades tomma. Anpassat från Engels et al. 2002.12
Inledningsvis tillämpade vi en exomsekvensering på data från tre individer med hjälp av ett SOLiD v4-sekvenseringsinstrument och Agilents SureSelect v1 (38 Mb) exomberikningskit. Upptäckta varianter prioriterades enligt tidigare beskrivning (tabell S1).13,14 Endast en gen (RP1L1 ) innehöll varianter hos alla tre individer, men dessa validerades inte genom Sanger-sekvensering. Därför utförde vi ytterligare exomsekvensering på ett simplexfall (individ 1) och hans föräldrar (tabell S2). De novo-analys (enligt beskrivningen i Vissers et al.15) resulterade i 15 potentiella de novo-mutationer i 15 kandidatgener (figurerna 1B och 1C samt tabell S2). Systematisk validering genom Sanger-sekvensering av alla 15 kandidater visade att endast en mutation i ABCC9 (c.3460C>T) kunde valideras hos den drabbade individen.15 Av dessa 15 kandidatgener kunde privata, icke-synonyma varianter endast identifieras i ABCC9 (MIM 601439) hos två av de tre individer som ursprungligen sekvenserades (individerna 3 och 4; c.3461G>A). Vid visuell inspektion av exomsekvenseringsdata från den tredje individen (individ 2a, c.3460C>T) identifierades ytterligare en potentiell mutation i ABCC9 med mycket låg sekvenstäckning. Noterbart är att alla mutationer fanns inom exon 27 av ABCC9.
I den återstående kohorten av tio individer med Cantú-syndromet hittades ytterligare fem missense-mutationer i ABCC9 genom Sanger-sekvensering (NM_020297.2; tabell S3). Totalt hade alltså 11/14 fall en ABCC9-mutation. Intressant nog förekom åtta mutationer i en mutationshotspot, som påverkade Arg1154-restigen i exon 27, vilket påverkade den andra transmembranregionen av typ 1 (TMD2: transmembrandomän 2) av det protein som kodas av ABCC9, sulfonylurea-receptorn (SUR2) (figur 1D). Alla andra mutationer (c.3128G>A och c.1433C>T ) påverkade också antingen TMD1 eller TMD2. Alla mutationer utom en (den som hittades hos individerna 8a och b) har förutspåtts vara möjligen eller troligen skadliga av flera in silicoprediktionsprogram. Basparkonserveringen (mätt med phyloP) var relativt hög, medan resterna Arg1154 var konserverade fram till zebrafisk (figur 1E). Viktigt är att mutationerna uppstod de novo i alla sex simplexfallen (figur S1). Dessutom har ingen av mutationerna identifierats i någon av de över 5 000 offentligt tillgängliga exomerna (Exome Variant Server, NHLBI Exome Sequencing Project , Seattle). Alla förfaranden var förenliga med de etiska normerna från den ansvariga kommittén för experiment på människor (institutionell och nationell), och korrekt informerat samtycke inhämtades.
ABCC9 tillhör ATP-bindande kassettunderfamiljen C, även känd som CFTR/MDR-familjen (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator and multidrug resistance protein), och kodar för kanalregulatorn SUR2, som innehåller TMD1 och TMD2, en N-terminal domän (TMD0) och två nukleotidbindande veck (NBF1 och NBF2) som består av Walker A och Walker B nukleotidbindande motiv och andra konserverade sekvenser.16,17 Tillsammans med en medlem av Kir-kanalfamiljen bildar SUR2 ATP-känsliga kaliumkanaler (KATP-kanaler) som består av fyra SUR2-underenheter och fyra porbildande Kir-underenheter.17 Alternativ RNA-splicing av det terminala exonet av ABCC9 producerar två SUR2-isoformer: SUR2A, som främst uttrycks i hjärt- och skelettmuskelceller, och SUR2B i glatt muskulatur.18 Intressant nog är generna för Kir6.1 (KCNJ8 ) och SUR2 belägna i ett kluster av gener på kromosom 12p12.1, vilket tyder på koregulering på gennivå.19 En liknande situation observeras för Kir6.2 (KCNJ11 ) och SUR1 (ABCC8 ), som också är belägna i ett kluster av gener, men på kromosom 11p15.1. Detta ger bevis för att dessa regioner producerades i en gammal duplikationshändelse, vilket är i linje med dess bevarande från zebrafisk till människa (figur 1E).20 Medan den kromosom 12-klusterkodade KATP-kanalen främst fungerar i hjärta, skelett- och glattmuskulatur, visar den kromosom 11-klusterkodade KATP-kanalen en förhärskande roll i det neuroendokrina systemet, och mutationer i dessa gener kan leda till hyperinsulinemisk hypoglykemi och neonatal diabetes.18
KATP-kanaler öppnas och stängs som svar på intracellulära förändringar i ADP/ATP-förhållandet och kopplar därmed cellens metaboliska tillstånd till dess membranpotential.17,18,21 Hämning av KATP-kanalernas aktivitet orsakar membrandepolarisering och därmed aktivering av spänningsberoende Ca2+-kanaler, vilket leder till Ca2+-inflöde och en ökning av den intracellulära .19
Korrekt upprätthållande av kalciumhanteringen är viktigt för hjärtats normala funktion, och dysfunktionell myocellulär kalciumhomeostas bidrar till patogenesen för dilaterad kardiomyopati (CMD10 ).22-24 I Sur2-/-möss är KATP-kanalaktiviteten i huvudsak frånvarande, och dessa djur uppvisar hypertoni, vasospasm i kranskärlen och plötslig hjärtdöd.
Tidigare har mutationer i exon 38 av ABCC9, som kodar för SUR2A:s C-terminus, rapporterats hos två individer med idiopatisk CMD10.25 En av dessa mutationer har senare rapporterats som en variant av okänd frekvens i dbSNP (rs72559751). Intressant nog påverkar de mutationer som beskrivs för CMD10 ett exon som endast transkriberas i isoformen SUR2A, som uppvisar ett högt uttryck i hjärtmuskulaturen, medan denna mutation inte påverkar isoformen SUR2B, som huvudsakligen uttrycks i vaskulär glatt muskulatur. Detta kan förklara varför fenotypen förblir begränsad till hjärtat, trots att frameshift-mutationen påverkar en gen som kan ha en mer allmän funktion, vilket impliceras av de olika kliniska problemen hos individer med Cantú-syndromet.
De individer med Cantú-syndromet som har en orsakande mutation i ABCC9 är kliniskt lika allvarligt drabbade som de individer för vilka ingen mutation kunde påvisas. Ytterligare studier krävs för att avgöra om detta återspeglar genetisk heterogenitet.
Märkligt nog noterade Grange et al. 2006 den överlappande fenotypen hos individer med Cantú-syndromet och individer som behandlades med Minoxidil, en KATP-kanalöppnare.1,26 Detta läkemedel används för behandling av högt blodtryck såväl som skallighet, och behandlade individer uppvisade ett likartat ökat kroppsbehåringsmönster och perikardiella utgjutningar.27 Andra rapporterade effekter av Minoxidil inkluderar ökat elastinuttryck i glatta muskelceller och ödem.28 Minoxidil fungerar som en KATP-kanalagonist för att öka kaliumpermeabiliteten, vilket resulterar i en minskad cytoplasmatisk och efterföljande relaxation av glatt muskulatur.29,30 Detta minskade kärlmotstånd och högre hjärtminutvolym kan resultera i ökad hjärtmuskelmassa. På grund av den kliniska överlappningen mellan effekterna av Minoxidilbehandling och Cantú-syndromet kan man spekulera i att de har samma underliggande mekanism för att öppna KATP-kanalen.
Ingen av våra individer hade deletioner eller proteintrunkande mutationer, och fenotyperna hos fyra individer, 139, 262714, 263616 och 255953 enligt DECIPHER (Database of Chromosomal Imbalance and Phenotype in Humans Using Ensembl Resources), med överlappande deletioner respektive en duplikation, påminner inte om Cantú syndrom. Dessa resultat stöder rollen av aktiverande mutationer som en underliggande mekanism vid Cantú-syndromet. Ett indirekt bevis för att de mutationer som orsakar Cantú-syndromet är aktiverande mutationer kommer från homologa mutationer som identifierats i ABCC8 (som kodar för SUR1) och som är en vanlig orsak till neonatal diabetes31,32 . Författarna till Babenko et al. visade en aktiverande effekt av ABCC8-mutationer, varav en påverkade den aminosyra som är homolog med vår identifierade hot spot (Arg1154).31 De drog slutsatsen att mutationer överaktiverar KATP-kanaler och att den förstärkta stimulerande verkan av den muterade receptorn är tillräcklig för att hålla KATP-kanaler öppna, även vid en förhöjd kvot av ATP till ADP.31 Intressant nog behandlas majoriteten av dessa individer med sulfonylurea tabletter,31,33 ett läkemedel som binder till SUR1-underenheten för att orsaka kanalstängning oberoende av ATP.33 Beroende på den exakta funktionella konsekvensen av mutationerna, vars fastställande kommer att kräva ytterligare studier, skulle man kunna överväga terapeutiska alternativ för individer med Cantú-syndromet med hjälp av en liknande strategi.
Sammanfattningsvis har vi identifierat den underliggande genetiska orsaken till Cantú-syndromet, mutationer i ABCC9, och föreslår att detta syndrom läggs till på listan över kaliumkanalopatier med potentiella terapeutiska alternativ.