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塞沃爾-拉賽爾綜合癥: 遺傳學(xué)基礎(chǔ)和分子遺傳學(xué)檢測(cè)


時(shí)間: 2017/1/23 14:56:45 瀏覽量:2862 字號(hào)選擇: 分享到:


Thomas Eggermann1, Matthias Begemann1, Gerhard Binder2, Sabrina Spengler1

1RWTH Aachen, Institute of Human Genetics, Aachen, Germany


摘要:父母源印記基因特異表達(dá)影響出生前生長(zhǎng)的各個(gè)方面。因此可以預(yù)測(cè)許多目前已知的以生長(zhǎng)障礙為臨床特征的印記疾?。╥mprinting disorders,IDs)。賽爾沃-拉賽爾綜合癥(Silver-Russell syndrome,SRS)是一種重要的印記疾病,這是一種先天性疾病,以子宮內(nèi)和出生后生長(zhǎng)受限、相對(duì)巨頭畸形、三角形面孔、不對(duì)稱并在將來(lái)不典型為特征。但是臨床譜寬闊,通常依主觀臨床診斷。僅50%的典型SRS特征的病人檢測(cè)出遺傳學(xué)和外成障礙,幾乎1/10的病人攜帶有染色體7的母性單親二體(UPD(7)mat),38%以上的病人表現(xiàn)為11p15內(nèi)印記控制區(qū)域1的低甲基化,1%以上的病人表現(xiàn)為微觀的染色體畸變。有趣的是,~7%的11p15低甲基化攜帶者,可檢測(cè)到其它基因座的脫甲基化。臨床上,這些病人與單純11p15 低甲基化的病人沒(méi)有區(qū)別,而UPD(7)mat的病人一般表現(xiàn)出輕度表型。但是,并不能夠描述清晰的基因型-表型的關(guān)系。因此,我們提出診斷11p15低甲基化、UPD(7)mat和隱秘染色體不平衡的典型SRS表型病人的診斷程序。也可用于回憶有該疾病的輕度臨床征兆的病人。

(Orphanet Journal of Rare Diseases 2010, 5:19)


回顧


最近20年來(lái),越來(lái)越清楚低看到基因組印記與人類疾病密切相關(guān)。父母源印記基因的特異表達(dá)涉及到出生以前生長(zhǎng)和行為的不同方面,目前已知的許多先天性印記疾?。╥mprinting disorders,IDs)以臨床生長(zhǎng)障礙為特征。雖然Angelman綜合癥、Prader-Willi綜合癥和Beckwith-Wiedemann綜合癥(BWS)是已經(jīng)完全確認(rèn)的IDs,但對(duì)于賽爾沃-拉塞爾綜合癥(Silver-Russell syndrome,SRS)的印記檢測(cè)還是相對(duì)較新的結(jié)果。


SRS的主要特征為嚴(yán)重子宮內(nèi)和出生后生長(zhǎng)受限、相對(duì)巨頭畸形、典型矮小和三角臉。這種疾病還伴有第五手指先天性側(cè)彎和半發(fā)育不全(表1)的畸形特征。雖然最近提出了輔助診斷的臨床打分系統(tǒng),但診斷的準(zhǔn)確性受到臨床醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)的影響。而且,成年SRS的臨床癥狀不如兒童期初期那樣清晰。


目前SRS的發(fā)生率尚未知,但由于特征范圍寬大而存在漏診的可能性。


SRS家族性病例以及細(xì)胞發(fā)生畸變的典型遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn),證實(shí)了SRS病因中遺傳學(xué)因素的影響。大部分SRS病例為散發(fā)的,但已經(jīng)報(bào)告了家族性病例。Duncan et al.提出,大部分家族性病例以常染色體顯性方式遺傳,具有顯著的家庭內(nèi)可變性。在8個(gè)家庭也假設(shè)存在常染色體隱性遺傳,但其中的6個(gè)家庭的臨床病歷存有疑問(wèn),但在僅有的2個(gè)家庭中就多次出現(xiàn)了11p15后成突變。


在下面,將討論目前已知的SRS后成突變。我們要指出的是突變的次序并不反映重要性,而是鑒別的年代。


染色體畸變與SRS


幾名SRS病人具有許多染色體受累的結(jié)構(gòu)畸變,但只有染色體7,11和17符合嚴(yán)格SRS診斷標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)兩名17q24-q25病人的平衡易位,曾經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間討論了該染色體區(qū)域在SRS病因中的重要作用。但是,兩名病人17q斷點(diǎn)的特性表明二者是不一樣的。目前認(rèn)為,所報(bào)告的17q上生長(zhǎng)激素基因簇的雜合性缺失是一種致病的多態(tài)性。


然而,過(guò)去使用低微觀分辨率妨礙了常規(guī)細(xì)胞發(fā)生學(xué)分析,因此,現(xiàn)在的陣列技術(shù)的分子學(xué)核型分析可鑒別出以前微觀分析所不能的隱秘不平衡。在這期間,兩項(xiàng)研究報(bào)告了攜帶<3Mb的小缺失/重復(fù)的SRS病人。關(guān)于遺傳咨詢,應(yīng)當(dāng)考慮病人父母的常規(guī)核型分析,以檢測(cè)平衡的重排。


染色體7與SRS


在幾名SRS病人,已經(jīng)鑒別出的染色體7的細(xì)胞遺傳學(xué)異常包括7p11.2p13重復(fù)和小標(biāo)記染色體。該染色體成為病因的最初證據(jù)為,~10%的SRS病人鑒別出了染色體7的母性單親二體(表1),幾乎所有這些UPD(7)mat攜帶者的微衛(wèi)星分型模式均一致性地具有三染色體自救機(jī)制。由于UPD(7)mat源自三染色體,所以可以假設(shè)三體性7鑲嵌性(trisomy 7 mosaicism)是SRS的病因。這個(gè)假設(shè)被SRS病人完全偏斜的X失活頻數(shù)的增加所確證,X失活是未在病人和/或胎盤檢測(cè)出三體性7的生物學(xué)標(biāo)志。不過(guò),兩項(xiàng)研究在SRS病人的白細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中均未檢測(cè)出三體性7細(xì)胞,可能是因?yàn)槿w性7鑲嵌性的致命性和所分析的細(xì)胞數(shù)量有限。


在UPD病例,隱性等位基因的純合性是異常表型的又一病因,而且,確實(shí)是首先在生長(zhǎng)延遲的囊性纖維化病人報(bào)告了UPD,這名病人因UPD(7)mat引起純合子囊性纖維化跨膜調(diào)節(jié)基因突變。因此,隱性突變可能是這名UPD(7)mat病人SRS表型的病因,但是不存在常見(jiàn)的單親二體型部分,這個(gè)結(jié)果排除了隱性基因是直接導(dǎo)致SRS的病因。


總之,UPD(7)mat攜帶者SRS表型最可能的解釋是染色體7上印記基因失常表達(dá)。UPD(7)mat通常與生長(zhǎng)延遲和SRS-樣特征有關(guān),而UPD(7)pat則無(wú)關(guān)。因此,假設(shè):染色體7上的(i)父性基因表達(dá)的減少或(ii)母性基因的過(guò)表達(dá)引起SRS。


迄今為止,對(duì)染色體7編碼因子的研究集中在了7p和7q染色體片段上面。對(duì)于7p11.2-p13候選區(qū)域,已經(jīng)報(bào)告了SRS病人的重復(fù),這個(gè)區(qū)域含有印記基因(生長(zhǎng)因子受體結(jié)合蛋白10/GRB10)和幾種涉及人類生長(zhǎng)和發(fā)育的因子(IGFBP1; IGFBP3; PHKG1; EGFR; GHRHR)。在SRS,已經(jīng)排除了這些基因的病理性突變,特別是,GBR10對(duì)生長(zhǎng)具有重要作用,因此仍然是SRS的候選者。這個(gè)假設(shè)得到了最近發(fā)表的攜帶母親遺傳的dup(7)(p11.2p12)的家庭并未包括GRB10,也無(wú)SRS特征的支持。然而,盡管進(jìn)行了廣泛的篩查研究,但在SRS病人的這個(gè)編碼區(qū)域即未檢測(cè)出點(diǎn)突變,也未檢測(cè)出GRB10的異常甲基化。



另一方面,也有SRS病因涉及到染色體7q31區(qū)域的證據(jù):已經(jīng)鑒別出有UPD(7q)片段的4名生長(zhǎng)延遲病人,在7q31中有3個(gè)印記基因(MEST/PEG1; CPA4; COPG2)和2個(gè)非編碼RNAs(MESTIT, CIT1/COPG2IT1),但篩查研究未檢測(cè)出病理性變異體。此外,在SRS病人的MEST/PEG1基因座仍未檢測(cè)出其它印記疾病所報(bào)告的單純印記缺失。


也有報(bào)告,其它染色體UPDs引起的子宮內(nèi)生長(zhǎng)延遲,通常與人類妊娠期胎盤鑲嵌性有關(guān),幾項(xiàng)報(bào)告在SRS病人使用微衛(wèi)星分型研究了其它染色體,但并未觀察到其它的UPDs。


染色體11p15與SRS


最大的SRS的分子遺傳學(xué)亞組是11p15染色體區(qū)域后成突變和突變的病人。這個(gè)區(qū)域涉及SRS病因的最早的證據(jù)是在生長(zhǎng)延遲病人鑒別出了母性11p15重復(fù),6名中的4名病人,除了子宮內(nèi)生長(zhǎng)受限和出生后生長(zhǎng)延遲外,表現(xiàn)出SRS特征。有趣的是,與其相對(duì)的障礙-父性11p15重復(fù)與BWS有關(guān)。在BWS病人可檢測(cè)出許多遺傳與外成的變化,但50%以上為11p15的異常甲基化。因此,才在SRS病人搜索11p15后成突變,并確實(shí)在38~63%的病人發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)H19和IGF2表達(dá)的11p15內(nèi)端粒ICR1低甲基化(表2)。


11p15印記簇包括有許多印記基因,其表達(dá)受到2個(gè)不同印記控制區(qū)域(ICR1和ICR2)的調(diào)節(jié),也分別稱為H19 DMR(分化的甲基化區(qū)域)和KvDMR1(見(jiàn)圖1),對(duì)于胎兒的生長(zhǎng)至關(guān)重要。


端粒ICR1調(diào)節(jié)2個(gè)父母等位基因特異的染色質(zhì)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致H19和IGF2呈彼此相反的表達(dá)。在胚胎發(fā)育過(guò)程中,2基因在源自內(nèi)胚層和中胚層的組織中表達(dá),競(jìng)爭(zhēng)相同的增強(qiáng)子。父性表達(dá)的IGF2參與胎兒的發(fā)育和生長(zhǎng)。雖然H19是最早鑒別出的非編碼轉(zhuǎn)錄物之一,但是它的功能仍然不清楚。敲除H19,去除全部RNA編碼序列但保留啟動(dòng)子和周圍轉(zhuǎn)錄單位并不影響IGF2的印記表達(dá)。這些結(jié)果說(shuō)明,RNA本身不具功能,但是在哺乳類,H19是相對(duì)高度保守的基因(人和鼠之間有77%的一致性)的事實(shí)提示了密切的功能聯(lián)系。最近的研究表明,H19功能是作為基本的小RNA前身物,在脊椎動(dòng)物發(fā)育過(guò)程中參與特定mRNA轉(zhuǎn)錄后的下調(diào)。在H19下游2 kb分化的甲基化區(qū)域內(nèi),ICR1有7個(gè)CTCF靶位點(diǎn)(CTCF1- CTCF7),鋅指結(jié)合因子CTCF結(jié)合母性未甲基化的ICR1拷貝,因此形成染色質(zhì)邊界。這種CTCF結(jié)合機(jī)制阻斷了IGF2表達(dá),促進(jìn)母性11p15拷貝H19的轉(zhuǎn)錄。


著絲粒ICR2調(diào)節(jié)CDKN1C, KCNQ1(鉀通路KQT家族成員1)和更多基因彼此相反的表達(dá),并只在母性等位基因上甲基化。在40%的家族性BWS和5~10%的散發(fā)病例,父性的突變抑制CDKN1C基因(表1)。該基因編碼細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子(p57KIP2),是p21CIP2Cdk抑制因子家族的一部分。兩名BWS病人CDKN1C胚層突變的功能分析證明了細(xì)胞周期抑制的降低。11p15內(nèi)另一個(gè)非編碼RNA的基因- KCNQ1OT1 (LIT1)位于KCNQ1基因的內(nèi)含子9。KCNQ1OT1由父性等位基因表達(dá),可能抑制CDKN1C基因功能的實(shí)現(xiàn)。母性ICR2等位基因的甲基化降低(LOM)與KCNQ1OT1的表達(dá)有關(guān)。在BWS,ICR2后成突變(ICR2低甲基化)以及CDKN1C點(diǎn)突變引起的一個(gè)重要生理學(xué)變化是CDKN1C的表達(dá)減少。


SRS的11p15后成突變主要是端粒ICR1低甲基化(表1)。與此相反,BWS最常見(jiàn)的變化是~50%的病人著絲粒ICR2低甲基化,而僅在2~7%的BWS病人診斷為ICR1超甲基化。臨床上,大多ICR1低甲基化攜帶者符合SRS臨床標(biāo)準(zhǔn),但在僅有生長(zhǎng)延遲和不對(duì)稱的病人也已經(jīng)診斷出后成突變??墒?,在單純出生前和出生后生長(zhǎng)受限的病人尚未監(jiān)測(cè)到這種障礙。


最近鑒別的SRS染色體重復(fù)的病人僅限于ICR2,提示了11p15上的兩個(gè)ICRs都是這種疾病的病因,如同BWS。該結(jié)果和由BWS病人獲得的進(jìn)一步的數(shù)據(jù),以及在小鼠的研究提示,ICR1和ICR2相互作用。


11p15低甲基化的孕后起因與SRS的多基因座異常甲基化


幾乎所有SRS病人11p15后成突變的鑲嵌分布都可能貢獻(xiàn)于孕后錯(cuò)誤。臨床上,這種嵌合體反映為偏側(cè)發(fā)育不全,大部分病人均存在這種臨床表現(xiàn)。


雙生子研究數(shù)據(jù)與后成突變的嵌合體分布相一致。在SRS,觀察到了4對(duì)不一致和僅有的1對(duì)一致的單卵雙生對(duì)。這種不明確的結(jié)果與Gicquel et al.的數(shù)據(jù)相一致。他們報(bào)告了血液細(xì)胞ICR1后成突變攜帶者雙生子對(duì)的不一致,但受累的雙生子皮膚成纖維細(xì)胞中存在LOM。對(duì)于ICR2基因座也有類似的觀察,不一致的BWS雙生子對(duì)的淋巴細(xì)胞有相同外成缺陷,但在成纖維細(xì)胞或口腔粘膜中有不同的甲基化模式。最終,ICR1或ICR2后成突變的孕后起因解釋了SRS或BWS雙生子對(duì)不一致的高發(fā)生率。


確定印記標(biāo)記中的合子后缺陷的進(jìn)一步證據(jù)來(lái)源于短暫的新生兒糖尿病(TNDM)病人,以及除了甲基化缺陷外有更多母性(和父性)印記基因座LOM的SRS和BWS病人的觀察。在TNDM情況下,又有LOMs表現(xiàn)的病人表型與TNDM和僅在6q24有LOM病人稍有不同,可能是由于其它印記基因座甲基化改變所致。根據(jù)這些研究結(jié)果,Mackay et al.提出了母性低甲基化綜合癥的存在。最近,也報(bào)告了血液淋巴細(xì)胞多基因座低甲基化的BWS和SRS病人。這些病人白細(xì)胞中的父性和母性印記基因座都受累。在不一致的BWS單卵雙生子,Bliek et al.在雙生子對(duì)雙方白細(xì)胞中觀察到了類似的一個(gè)或多個(gè)基因座印記異常,但在頰粘膜DNA中,只在受累的雙生子中可檢測(cè)到后成突變。在所有的研究中,有多重低甲基化基因座的BWS或SRS病人與攜帶單純11p15后成突變病人之間的表型差異不明顯。


總結(jié)不同疾病的數(shù)據(jù),異常甲基化鑲嵌體提示受孕后出現(xiàn)了外成錯(cuò)誤,影響了印記基因座甲基化信號(hào)的保持。原生殖細(xì)胞中的甲基化模式被大部消除,特定性別的甲基化模式在成熟的男女生殖細(xì)胞中重新建立。這個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素是DNA甲基轉(zhuǎn)移酶和甲基結(jié)合域蛋白,但是這些機(jī)制仍然在很大程度上未闡明。Howell et al.曾提出胚胎早期甲基化模式動(dòng)力學(xué)復(fù)雜性的觀點(diǎn)以及建立和保持基因組甲基化模式的機(jī)制:DNA甲基轉(zhuǎn)移酶-1(Dnmt1)缺乏小鼠,在卵母細(xì)胞中正常建立基因組印記,但意想不到的是合子后甲基化的喪失。要維持印記基因座的甲基化可能需要Dnmt1,并且只在胚胎早期中的單一S時(shí)相中。在Dnmt3L-/-小鼠后代首次證實(shí)了規(guī)律印記的確立:當(dāng)缺乏DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3L(Dnmt3L)時(shí),其它因子標(biāo)記了各個(gè)特異甲基化區(qū)域(DMRs),但對(duì)于所有基因座的適當(dāng)印記模式,所有涉及因子的聯(lián)合是必需的。


SRS和SRS-樣特征病人的診斷程序


使用11p15內(nèi)ICR1低甲基化和UPD(7)mat的鑒別,可對(duì)~50%的病人進(jìn)行SRS臨床診斷的分子學(xué)確證(圖2)。


目前所有已知UPD(7)mat的病人是染色體不分離事件的結(jié)果,在這些情況下不增加家庭中的再現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。其間,報(bào)告了幾名染色體7長(zhǎng)臂UPD的病人。因此,檢測(cè)染色體7短臂和長(zhǎng)臂已知印記基因座UPD(7)mat是有意義的。我們提議,使用甲基化特異的PCR方法檢測(cè)7p和7q基因座,因?yàn)檫@樣做不僅為診斷而檢測(cè)病人的UPD(7)mat,而且也可以檢測(cè)目前未知的染色體7上的單純印記缺陷。如果獲取陽(yáng)性檢測(cè)結(jié)果,則需要微衛(wèi)星分型證實(shí)UPD(7)mat,排除前述的單純性印記缺陷和缺失。


在出生前檢測(cè)UPD的情況下,特異甲基化檢測(cè)可能受到甲基化是否完備的不確定性的妨礙,因此微衛(wèi)星分型是首選方法。


診斷程序包括MS-MLPA分析11p15基因座和染色體兩臂基因座的UPD(7)mat。MSA: 微衛(wèi)星分析; MS分析: 特異甲基化檢測(cè))


大多數(shù)SRS病人表現(xiàn)出11p15內(nèi)ICR1低甲基化。已經(jīng)報(bào)告幾種檢測(cè)方法可用于11p15基因座的甲基化分析,甲基化特異的多重探針依賴性分析方法(MS-MLPA)的優(yōu)點(diǎn)是在單管中可以檢測(cè)11p15內(nèi)不同基因座的拷貝數(shù)變異和異常甲基化,因此可以鑒別11p15內(nèi)ICRs甲基化缺陷和重復(fù),以及該區(qū)域的UPDs。但是MS-MLPA以及報(bào)告的其它檢測(cè)方法也具有局限性,例如影響探針雜交或重亞硫酸鹽轉(zhuǎn)換的序列變異體。此外,我們不要忘記,常規(guī)診斷依據(jù)于淋巴細(xì)胞,而且?guī)缀跛蠭CR1低甲基化的SRS病人為嵌合體。因此,我們假設(shè),少數(shù)病人逃逸了分子學(xué)診斷,因?yàn)樗麄兊蔫偳缎杂绊懥搜杭?xì)胞以外的組織。因此,在臨床強(qiáng)烈懷疑SRS而又排除了主要的后成障礙的情況下,我們建議分析另一種細(xì)胞系統(tǒng),例如口腔上皮細(xì)胞。盡管異常甲基化的MS-MLPA模式是明確的,并且不需要再次檢測(cè)來(lái)證實(shí),但重復(fù)/缺失和UPD要使用11p15標(biāo)記微衛(wèi)星分型或qPCR來(lái)進(jìn)行核實(shí)。當(dāng)前,對(duì)于11p15印記區(qū)域特異甲基化檢測(cè)方法是否適用于出生前尚難以估價(jià),因?yàn)榕咛ブ刑囟ɑ蜃谆_(kāi)始時(shí)間不確定。


最近,在~7%的病人證實(shí)了除ICR1之外的其它基因座多種低甲基化。單純ICR1低甲基化病人與多印記缺陷病人之間的臨床差異普遍不明顯。為了研究的目的,可檢測(cè)ICR1脫甲基化病人的其它印記基因座,在排除了11p15后成突變和UPD(7)mat后,分子學(xué)核型分析可有助于鑒別亞微觀的不平衡。SRS染色體不平衡的出現(xiàn)頻數(shù)的確尚不了解,但根據(jù)對(duì)這一問(wèn)題的2項(xiàng)研究,我們估價(jià)~1%的SRS病人存在這種畸變。


通過(guò)概括常規(guī)診斷SRS病例的分子遺傳學(xué)數(shù)據(jù),我們證明了11p15后成突變和UPD(7)mat攜帶者并不總是表現(xiàn)為明確的SRS表型,在“SRS-樣”表型的病例也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行這兩種畸變的遺傳學(xué)檢測(cè),例如,僅有前額突出和三角臉或不對(duì)稱臨床特征的輕微子宮內(nèi)生長(zhǎng)受限和出生后生長(zhǎng)延遲(>-2SD)病人。特別是,不要機(jī)械地將有“SRS-樣”表型的非IUGR病人排除在分子學(xué)檢測(cè)之外。


總之,鑒于SRS的臨床診斷的主觀性,SRS的分子學(xué)驗(yàn)證特別重要。關(guān)于遺傳咨詢,ICR1低甲基化或母性UPD7的鑒別由于重新發(fā)生而有低的再現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。最初的臨床特征提示母性UPD7攜帶者的表型一般較輕,而11p15后成突變攜帶者通常表現(xiàn)出典型的SRS特征。進(jìn)一步的表型分析將有助于闡明Binder et al.所提出的SRS的分子學(xué)亞組是否對(duì)生長(zhǎng)激素治療有不同的反應(yīng)。

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