Rare genetic causes of microcephaly and megalencephaly

Zombor, Melinda
Rare genetic causes of microcephaly and megalencephaly.
[Thesis] (Unpublished)

[img]
Preview
PDF (disszertáció)
Download (1MB) | Preview
[img]
Preview
PDF (tézis)
Download (414kB) | Preview
[img]
Preview
PDF (tézis)
Download (492kB) | Preview

Abstract in Hungarian

Microcephaliában a fejkörfogat kisebb, mint az életkorra és nemre jellemző 2 standard deviáció (SD). Microcephalia kialakulhat prenatalisan (congenitalis microcephalia), vagy postnatalisan, mindkét esetben az etiológia lehet genetikai rendellenesség, vagy környezeti ártalom. Bár rendkívül sokféle genetikai defektus okozhat microcephaliát, a szakirodalom megkülönbözteti az autoszomális recesszív primer microcephaliák (MicroCephaly Primary Hereditary, MCPH) csoportját. Megalencephalia és macrocephalia esetén a fejkörfogat meghaladja az életkorra és nemre vonatkoztatott 2 standard deviációt (SD). Megalencephalia az agyi struktúrák fokozott növekedésére utal, mig macrocephaliáról beszélünk hydrocephalus, subduralis folyadékgyülem, vagy egyéb intracranialis térszűkítő folyamat esetén. A megalencephalia lehet idiopathiás, veleszületett anyagcsere betegség következménye, vagy társulhat genetikai szindrómákhoz. Célkitűzések Átnézve a SZTE Gyermekklinika B Részlegének Neurológiai Szakrendelésén vizsgált betegek adatait, 3 beteget találtunk, akik ritka autoszomális recesszív primer microcephaliában szenvedtek, 2 beteget pedig megalencephaliával azonosítottunk. Célul tűztük ki az 5 beteg fenotípusának és genotípusának az elemzését. Módszerek Fizikális és neurológiai vizsgálat történt, továbbá a fejlődést is értékeltük. Kromoszóma vizsgálat és array összehasonlító genomiális hibridizáció után új generációs szekvenálás következett. A három, microcephaliában szenvedő beteg mutációját az ASPM és WDR62 génben teljes exom szekvenálás (WES) derítette ki (CentoXome®) a Centogene Laboratóriumban, Németországban. Az Illumina Trusight One Exome Sequencing Panel (Illumina Inc., San Diego, California, USA) alkalmazásával sikerült megtalálni a mutációt két génben (FOXP1 és PTCH1) az SZTE Gyermekgyógyászati Klinikán egy megalencephaliában szenvedő leányban. Egy fiúban pedig többszörös célzott szekvenálással (multiplex targeted sequencing using single molecular inversion probes) derült ki mutáció az AKT3 génben, mint a megalencephalia oka az Amerikai Egyesült Államokban. Sanger szekvenálással megerősítettük a mutációkat. Betegek és eredmények 1. beteg. Az ASPM gén egy új, eddig nem közölt homozigóta mutációja [exon 18: c.7323T>A, p.(Tyr2441Ter)] okozott súlyos congenitalis microcephaliát, corticalis dysplasiát és polymicrogyriát egy fiúban, akinek a fejlődése súlyosan késlekedett.7 2-3. beteg. A WDR62 gén új és azonos homozigóta mutációja [exon 6: c.668T>C, p.(Phe223Ser)] derült ki egy fiúban és egy leányban, akik súlyos congenitalis microcephaliában szenvedtek. Fejlődésük súlyosan késlekedett, az MRI pedig az agyi féltekék aszimmetriáját és pachygyriát mutatott. A haplotípus analízis rokonságot valószínűsített a betegek családjai között. 4. beteg. Egy leányban de novo heterozigóta patogén mutációt találtunk a FOXP1 [exon 18: c.1573C>T, p.(Arg525Ter)] és a PTCH1 [exon 17: c.2834delGinsAGATGTTGTGGACCC, p.(Arg945GlnfsTer22) génben. A PTCH1 mutáció új, még nem közölt variáns. 5. beteg. Egy fiúban, akinek késlekedett a fejlődése, diffúz polymicrogyria társult a megalencephaliához. A molekuláris vizsgálat során de novo germline heterozigóta missense mutáció [exon 13: c.1393C>T; p.´(Arg465Trp)] igazolódott az AKT3 génben. Következtetések Az ASPM és WDR62 gének által kódolt fehérjék szükségesek a centrosomák normális funkciójához. Ezek az organellumok fontos szerepet játszanak a sejtosztódásban, és kóros működésük autoszomális recesszív primer microcephaliát eredményez. Megalencephalia két gén (FOXP1 és PTCH1) patogén mutációjának következtében egy betegben rendkívül ritka. A kifejezett megalencephalia és a súlyos értelmi fogyatékosság a két mutáció együttes hatásának lehetett a következménye. Megalencephalia a PI3K-AKT-mTOR jelátviteli rendszer egyik elemét kódoló gén (AKT3) aktiváló mutációja következtében szintén ritka. Betegeink tanulmányozása és eredményeink disszertációba foglalása összhangban van azokkal a nemzetközi törekvésekkel, amelyek az új genetikai technológiák alkalmazásával kutatják a ritka betegségek okait.

Abstract in foreign language

Microcephaly has been defined as an occipitofrontal head circumference of equal to or less than 2-3 standard deviations below the mean related for age and gender. It may develop prenatally (congenital microcephaly) or postnatally and may have genetic or nongenetic causes. Although a wide spectrum of genetic defects can result in microcephaly, traditionally a group of microcephalies has been distinguished as autosomal recessive primary microcephaly (MicroCephaly Primary Hereditary, MCPH). Both megalencephaly and macrocephaly have been defined as conditions with head circumference that exceeds the mean by 2 or more standard deviations (SD) for age and gender. Megalencephaly refers to an enlarged brain due to increased growth of cerebral structures during brain development, while in macrocephaly the enlarged head is the result of hydrocephalus, subdural fluid collections or intracranial masses. Megalencephaly can be idiopathic, or can be associated with metabolic disorders, or genetic syndromes. Objectives The aims of this study were to characterize the phenotypic and genotypic features of three patients with autosomal recessive primary microcephaly and two children with megalencephaly. Methods Thorough assessment of the patients has been carried out including physical and neurological examination and developmental testing. Chromosomal analysis and array comparative genome hybridization (aCGH) were performed, followed by next generation sequencing. Whole exome sequencing (WES) was performed for three patients with autosomal recessive primary microcephaly (ASPM and WDR62 genes, CentoXome® at Centogene AG, Rostock, Germany). The Illumina Trusight One Exome Sequencing Panel (Illumina Inc., San Diego, California, USA) was used for the analysis of mutations in two genes (FOXP1 and PTCH1) in a girl with megalencephaly (Department of Paediatrics, University of Szeged). Multiplex targeted sequencing was applied using single molecule molecular inversion probes in the patient with megalencephaly and AKT3 mutation (in collaboration with scientists in the USA). The mutations were confirmed by Sanger sequencing.5 Patients and Results Patient 1./ A novel homozygous nonsense variant in the ASPM gene [c.7323T>A, p.(Tyr2441Ter)] in exon 18 in a boy was associated with congenital microcephaly, severe developmental delay and MRI features of cortical dysplasia and polymicrogyria. Patients 2 and 3./ A boy and a girl had the same novel homozygous missense variant [c.668T>C, p.(Phe223Ser)] in exon 6 in the WDR62 gene. They had hemispherical asymmetry and diffuse pachygyria on the MRI in addition to microcephaly and severe developmental delay, Haplotype analysis suggested close relationship between the families of these patients. Patient 4./ A girl with extreme megalencephaly and profound intellectual disability had de novo heterozygous variants in exon 18 of the FOXP1 [c.1573C>T, p.(Arg525Ter)] gene and exon 17 of the PTCH1 [c.2834delGinsAGATGTTGTGGACCC, p.(Arg945GlnfsTer22)] gene. The PTCH1 mutation was novel. Patient 5./ Megalencephaly, diffuse polymicrogyria and delayed development were the characteristic features of a boy with an activating de novo germline heterozygous missense variant [c.1393C>T; p.(Arg465Trp)] in exon 13 of the AKT3 gene, which encodes a member of the PI3K (phosphatidylinositol-3-kinase)–AKT (AK mouse + Transforming or Thymoma)-mTOR) pathway. Conclusions Rare autosomal recessive primary microcephaly (MCPH) due to mutations in ASPM and WDR62 might be the result of abnormal function of the centrosomes, which organize the separation of chromosome copies during cell division. Megalencephaly in association with pathogenic mutations in two genes (FOXP1 and PTCH1) in the same individual is exceptionally rare and the severe phenotype might have been the result of the combined effect of this genetic constellation. Activating mutation in a gene (AKT3) encoding a member of the PI3K-AKT-mTOR pathway in association with megalencephaly is also a rare condition. It is justified therefore, to devote this study to the thorough work up of these patients; it is in line with the international endeavour to identify the genetic causes of rare diseases by applying new technologies, particularly array methods and next generation sequencing

Item Type: Thesis (PhD)
Creators: Zombor, Melinda
Hungarian title label: A microcephalia és a megalencephalia ritka genetikai okai
Divisions: Doctoral School of Clinical Medicine
Discipline label: Medicine > Clinical Medicine
Defence date label: 2020. May 10.
Uncontrolled Keywords: megalencephaly, microcephaly
Item ID: 10454
MTMT id: 31394629
doi: https://doi.org/10.14232/phd.10454
Date Deposited: 2020. Mar . 17. 08:44
Last Modified: 2020. Aug . 04. 09:01
URI: https://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/10454
Defence/Citable status: Defended.

Actions (login required)

View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year