La Penetrancia Reducida, Expresividad Variable y Heterogeneidad Genética de las Comunicaciones Interauriculares Familiares

La comunicación interauricular secundaria (TEA) es una malformación cardíaca congénita común que representa el 10% de las cardiopatías congénitas aisladas.12 La comunicación interauricular no corregida puede causar sobre circulación pulmonar, sobrecarga del volumen del corazón derecho y muerte prematura. Los modelos de embriogénesis cardíaca han sugerido que este defecto es causado por una malformación del tabique primario, lo que resulta en una cobertura incompleta del ostium secundario (fosa ovalis).3 Sin embargo, no se conocen los mecanismos celulares ni las señales moleculares que dirigen estos procesos.

Algunas personas con TEA secundaria tienen antecedentes familiares de este defecto u otras malformaciones cardíacas congénitas, y se ha observado bloqueo cardíaco coexistente en algunos grupos familiares de TEA.4 La base genética, si la hay, para estas observaciones clínicas sigue sin estar clara. Aunque se ha descrito un modo de herencia autosómico dominante para los TEA familiares en unas pocas familias4,la incidencia de TEA en hermanos15 y descendientes 16 de individuos afectados a menudo es menor de lo esperado para defectos de un solo gen, y también se han postulado modelos de herencia multifactoriales.1

Para identificar la base genética de los TEA familiares, evaluamos clínicamente y estudiamos genéticamente tres parientes con TEA heredada como rasgo autosómico dominante. Reportamos un locus de enfermedad para TEA familiar en la región telomérica del cromosoma 5p y demostramos que este trastorno es genéticamente heterogéneo. La penetrancia de la enfermedad fue incompleta (la ausencia de un fenotipo clínico en individuos portadores de la mutación genética), y algunos individuos genéticamente afectados exhibieron otros defectos cardíacos estructurales. Sugerimos que la penetrancia incompleta y la expresividad variable de los TEA familiares pueden resultar en una subestimación significativa de la naturaleza hereditaria de esta afección.

Métodos

Evaluación Clínica

Se obtuvo el consentimiento informado de todos los participantes de acuerdo con el Comité de Protección para Sujetos Humanos de los Riesgos de la Investigación del Brigham and Women’s Hospital. Los familiares de tres parientes no emparentados fueron evaluados por antecedentes, revisión de historias clínicas, examen físico, ECG de 12 derivaciones y ecocardiografía transtorácica bidimensional con interrogación Doppler de flujo de color en cuatro vistas estándar y subcostales. En algunos individuos se había realizado cateterismo cardíaco y ecocardiografía transesofágica. Los TEA y otras malformaciones se diagnosticaron con criterios estándar; los aneurismas de comunicación interauricular se diagnosticaron con criterios previamente establecidos.Se realizaron 78 ensayos clínicos sin conocimiento del genotipo.

Análisis genético

Se aisló ADN genómico de linfocitos periféricos como se describió anteriormente.9 Secuencias de repetición polimórficas cortas en tándem con heterocigosidad > 0.se eligieron 7 y cuatro o más alelos de cada cromosoma a intervalos de ≈30 centímetros (cM) y se amplificaron a partir del ADN genómico mediante la reacción en cadena de la polimerasa. En resumen, se amplificaron 100 ng de ADN genómico en un volumen de 10 µL que contenía 40 ng de imprimación de oligonucleótidos sin etiquetar, 40 ng de imprimación etiquetada al final con 32P, 200 mmol/L cada uno de dATP, dCTP, dGTP y dTTP, y polimerasa Taq. Las muestras se desnaturalizaron durante 2 minutos a 95°C, luego se procesaron a través de 35 ciclos, incluida la desnaturalización a 95°C durante 20 segundos, el recocido de imprimación a 58°C durante 30 segundos y la extensión de imprimación a 72°C durante 40 segundos. Los productos amplificados se electroforizaron en geles de secuenciación de poliacrilamida al 6% y se visualizaron mediante autorradiografía.

Se realizaron análisis de enlace de dos puntos mediante el uso de MLINK (versión 5.1) con frecuencias alélicas determinadas de miembros de la familia y una tasa de fenocopia de 0,001. El análisis multipunto se realizó con VINCULACIÓN. La heterogeneidad genética de los TEA familiares en los grupos del estudio se evaluó mediante el uso del programa HOMOG.

Resultados

Evaluación Clínica

Setenta personas de cuatro generaciones de la familia de MAR fueron evaluados clínicamente. En nueve individuos se había identificado previamente un TEA secundario (Fig.1A y Tabla). El cierre quirúrgico de un TEA se había realizado en 7 individuos: la cirugía ocurrió entre los 22 y los 44 años en 6 individuos y a los 4 años en 1 individuo. La comunicación interauricular secundaria se documentó en la autopsia en el individuo IV-12 (a los 34 años de edad) y en el cateterismo cardíaco en el individuo IV-10 (realizado a los 63 años de edad). Las evaluaciones clínicas en otros familiares demostraron un aneurisma del septo auricular en individuos V-1 y VI-7 (Fig.3) y una vena cava superior izquierda persistente en individuos V-1 (Fig. 3). Se realizó un diagnóstico ecocardiográfico de estenosis valvular aórtica moderada en el individuo IV-4; la etiología de la estenosis aórtica estuvo limitada por el grado de calcificación valvular y las dificultades técnicas. Sin embargo, dada la edad relativamente joven en el momento del diagnóstico (diagnosticada previamente a la edad de 54 años), es muy probable que este individuo tenga una válvula aórtica bicúspide.10 Se desconoce el estado clínico del individuo III-1 antes de su muerte.

Se evaluaron clínicamente dieciocho miembros de tres generaciones de EMM familiares. Seis personas tuvieron una secundum ASD (Fig 1B y Tabla). El diagnóstico se realizó antes de los 5 años en 4 individuos y resultó en el cierre quirúrgico del TEA durante la primera década de vida. A los individuos III-2 y IV-8 se les diagnosticó un TEA en la edad adulta y se les realizó un cierre quirúrgico a los 40 y 32 años, respectivamente. Cuatro individuos tenían otros defectos cardíacos estructurales. Se diagnosticó un conducto arterioso persistente en el individuo IV-2 a los 6 meses (atado a los 3,5 años de edad) y en el individuo V-1 (atado a los 5 años de edad). El individuo III-3 tenía una válvula aórtica bicúspide estenosada y se sometió a reemplazo de válvula aórtica a los 56 años de edad. Se diagnosticó una válvula aórtica bicúspide en su hijo (individuo IV-3) a la edad de 37 años.

Se evaluaron clínicamente veintitrés miembros de cuatro generaciones de PXM familiares. Se reconoció previamente que ocho individuos (Fig.1C y Tabla) tenían comunicación interauricular secundaria y conducción AV prolongada.Un individuo (IV-7) tenía bloqueo AV de segundo grado aislado; la ecocardiografía transesofágica demostró estructuras cardíacas normales. Otras anomalías cardíacas estructurales encontradas en miembros de la familia incluyeron estenosis aórtica subvalvular (individuo III-3), comunicación interventricular (individuos IV-10 y V-1), tetralogía de Fallot (individuos IV-8 y IV-12) y atresia pulmonar (individuo IV-8). Los familiares afectados en las generaciones II y III se diagnosticaron después de los 30 años de edad; sin embargo, las malformaciones cardíacas en las generaciones posteriores se reconocieron a los 4 años de edad.

Análisis genético

En cada familia, las evaluaciones de pedigrí sugirieron que un rasgo autosómico dominante causaba una comunicación interauricular hereditaria y otros defectos cardíacos estructurales. Solo se identificaron 9 ASD de segundo en el parentesco MAR, y la penetrancia de la enfermedad pareció incompleta. Por ejemplo, la incidencia de TEA en la descendencia de estos 9 individuos afectados fue ≈33% y fue menor de lo esperado para un rasgo dominante totalmente penetrante. Además, el IV-2 individual constituía un claro ejemplo de falta de multa. Aunque esta mujer no se ve afectada clínicamente, un hijo (V-4) tenía una comunicación interauricular secundaria (Fig.2) y otro (V-1) tenía un aneurisma del septo auricular y vena cava superior izquierda persistente (Fig. 3).

Se realizaron estudios de ligamiento en MAR familiar para definir la localización cromosómica de una mutación causante de TEA familiar. Debido a que se reconoció que la penetrancia de la enfermedad era incompleta, los estudios iniciales de vinculación analizaron solo los genotipos de individuos con un TEA o individuos cuyas crías tenían un TEA. En consecuencia, la penetrancia de la enfermedad se fijó en el 100%. Se probaron un total de 125 secuencias polimórficas cortas de repetición en tándem distribuidas por todo el genoma, y ≈25% del genoma se eliminó antes de que se detectara el enlace en D5S208. A continuación, se evaluaron los vínculos con los loci cercanos en el brazo distal del cromosoma 5p. En D5S406 se detectó un logaritmo máximo de 2 puntos de la puntuación odds (LOD) de 2,83 (θ=0,0) y se obtuvo una puntuación máxima multipunto de LOD de 3,6 (Fig.4). El locus del TEA familiar en el cromosoma 5p fue designado como DEA 1.

Se construyó un haplotipo de enfermedad en la familia MAR a partir de los genotipos de individuos con TEA en 13 loci cercanos a TEA 1 y se comparó con los genotipos de todos los miembros de la familia (Fig.1A). Los haplotipos de individuos III-1, IV-3, IV-10 y IV-12 se reconstruyeron a partir de los alelos de la descendencia y los cónyuges. Veintiún individuos presentaron el haplotipo de la enfermedad, incluidos todos los miembros de la familia SAM con cardiopatía estructural (9 individuos con TEA secundaria, 1 con aneurisma de la comunicación interauricular, 1 con aneurisma de la comunicación interauricular y vena cava superior izquierda persistente, y 1 con estenosis valvular aórtica). El haplotipo de la enfermedad también se encontró en 1 individuo fallecido (estado clínico antes de la muerte desconocido) y 8 individuos clínicamente no afectados. Con base en este haplotipo de enfermedad, la penetrancia de la comunicación interauricular secundaria fue del 45%; la penetrancia de la comunicación interauricular secundaria o del aneurisma del septo auricular fue del 55%.

El intervalo de enfermedad definido por los haplotipos de individuos con TEA secundaria abarca una región de 11 cM entre D5S2088 y D5S807 (Fig.4). Sin embargo, debido a que el haplotipo de la enfermedad se identificó en dos individuos (VI-7 y V-1) con aneurismas de comunicación interauricular, planteamos la hipótesis de que esta condición patológica podría representar una forma fruste o cierre espontáneo de una comunicación interauricular no reconocida. El haplotipo de V-1 individual muestra un evento de recombinación que refina el intervalo de enfermedad a una región de 4 cM entre D5S635 y D5S807. También se calcularon las puntuaciones de LOD incluyendo a los individuos con aneurismas del septo auricular como afectados. Esta puntuación LOD máxima de 2 puntos fue de 2,83 (θ=0) en D5S208 y la puntuación LOD máxima multipunto de 3,9, lo que indica una probabilidad de ≈8000:1 de que el gen de la enfermedad en la familia MAR esté vinculado genéticamente a loci en el cromosoma 5p.

Para determinar si el gen de la enfermedad en la familia MAR también era responsable de los trastornos cardiovasculares hereditarios en las familias MBE y MXP, se evaluó la vinculación en el locus ASD1 solo en individuos con TEA o en individuos cuya descendencia tenía un TEA. Las puntuaciones de LOD de dos puntos alcanzadas en la EMF familiar y la PMX familiar fueron inferiores a -2,0 en el intervalo entre D5S2088 y D5S630 (Fig.4), lo que indica que el gen de la comunicación interauricular en estas familias no se correspondió con el locus de la comunicación interauricular 1. El programa HOMOG proporcionó pruebas adicionales de heterogeneidad, porque es poco probable que los defectos cardíacos en las familias MBE y MXP se deban a mutaciones en ASD1 en el cromosoma 5p (P<.001, datos no mostrados).

Discusión

Demostramos que el TEA familiar puede ser causado por una mutación genética en el cromosoma 5p. Este trastorno es genéticamente heterogéneo y también puede ser causado por defectos en otros genes indefinidos. Además de la comunicación interauricular secundaria, las manifestaciones clínicas del gen ASD1 incluyen otras malformaciones cardiovasculares que ocurren con frecuencia; los aneurismas del septo auricular, las anomalías venosas (vena cava superior izquierda persistente) y la enfermedad de la válvula aórtica (válvula aórtica bicúspide) ocurren en ≈0,5 a 1% de la población y podrían haber ocurrido por casualidad en algunos miembros de la familia.781314 Sin embargo, la probabilidad de que tres anomalías cardíacas surjan simultáneamente en tres miembros de la familia con el gen ASD1 solo por casualidad es muy pequeña. Sugerimos que las mutaciones en los genes familiares de TEA causan un amplio espectro de trastornos cardiovasculares congénitos hereditarios.

La diversidad de fenotipos clínicos combinada con saltos generacionales ha llevado a la hipótesis de que la etiología de las cardiopatías congénitas es multifactorial y se debe a la interacción de rasgos complejos (poligénicos) y factores ambientales.1 Las tres familias estudiadas aquí tipifican las dificultades para evaluar la naturaleza hereditaria de las cardiopatías congénitas. Aunque los análisis de pedigrí (Fig.1) sugirieron que un rasgo autosómico dominante segregado en cada familia, este modelo también requiere penetrancia incompleta y expresividad variable para tener en cuenta el estado clínico de todos los miembros de la familia. El haplotipo de la enfermedad (Fig.1A) definido por estudios de vinculación de miembros afectados en la familia MAR confirmó este modelo. Se supone que la penetrancia incompleta, el diagnóstico incorrecto o el fenotipo dependiente de la edad representan a ocho individuos clínicamente no afectados que portaron el haplotipo de la enfermedad.

Las técnicas de diagnóstico utilizadas en este estudio podrían haber contribuido a subestimar el fenotipo. Por ejemplo, se reconoce que la ecocardiografía transesofágica es más sensible y específica que la ecocardiografía transtorácica para identificar anomalías del tabique auricular, especialmente en adultos grandes.15 Aunque la ecocardiografía transesofágica puede haber aumentado el rendimiento diagnóstico para malformaciones sutiles, como el aneurisma de la comunicación interauricular, es poco probable que haya cambiado los principales hallazgos de este estudio. Alternativamente, el estado clínico de las personas portadoras de mutaciones en la TEA 1 puede cambiar. Por ejemplo, debido a que el TEA es una de varias malformaciones congénitas que pueden resolverse «espontáneamente», 816 evaluaciones realizadas después del cierre espontáneo asignarían incorrectamente un estado no afectado y, por lo tanto, contribuirían a la impresión de una penetrancia génica reducida. No se ha establecido la base para la reducción de la penetrancia, pero este fenómeno está asociado con otras malformaciones cardíacas congénitas.1718

Los estudios genéticos en la familia MAR indicaron además que las mutaciones del gen ASD1 explicaron varias otras malformaciones cardiovasculares presentes en miembros de la familia. Aunque la comunicación interauricular secundaria fue la malformación cardíaca más frecuente en la familia MAR y otros dos grupos del estudio, también se observaron conductos arteriosus persistentes, comunicación interventricular, aneurisma de la comunicación interauricular, vena cava superior izquierda, tetralogía de Fallot, válvula aórtica bicúspide, estenosis aórtica valvular o subvalvular y anomalías de la conducción AV. Estas familias son representativas de otras razas con TEA FAMILIAR192021222324 en las que hasta el 40% de los individuos tenían anomalías cardíacas adicionales u otras. La identificación de un haplotipo común en individuos de la familia SAM con defectos cardíacos congénitos distintos puede indicar que la expresividad variable de un defecto genético único puede explicar la diversidad clínica de las cardiopatías congénitas en una familia. Se reconocen diversas malformaciones cardíacas en otros trastornos humanos monogénicos, como el síndrome de Holt-oram25262728 y las microdeleciones del cromosoma 22q1129, y también se producen en ratones con deficiencia de receptor X retinoico.30 Aunque la expresividad variable no es una característica predicha por los modelos embriológicos clásicos de desarrollo cardíaco, las mutaciones monogénicas hereditarias pueden causar claramente defectos cardiovasculares pleiomórficos.

Aunque los TEA no causan efectos nocivos evidentes durante el desarrollo fetal, las consecuencias de estos defectos durante la vida postnatal son variables.2 La comunicación interauricular no corregida puede provocar síntomas debido a la sobre circulación pulmonar y la sobrecarga del volumen del corazón derecho. Sin embargo, el cierre espontáneo en los primeros años de vida ha sido bien documentado, sin secuelas aparentes a largo plazo.816 La asociación del aneurisma de la comunicación interauricular y la comunicación interauricular secundaria ha llevado a sugerir que los aneurismas son una malformación congénita del septum7 que puede desempeñar un papel en el cierre de la comunicación interauricular postnatal.8 Los estudios genéticos en la familia SAM apoyan esta relación de causa y efecto en el sentido de que también se encontró un haplotipo de enfermedad identificado en individuos con TEA secundario en dos individuos (V-1, V-7) con aneurisma del septo auricular. Los estudios seriados de estos individuos pueden ayudar a definir los cambios posnatales en el tabique auricular.

Los modelos embriológicos de comunicación interauricular secundaria han enfatizado el desarrollo anormal del tabique primario, pero se sabe poco de la base molecular de la septación auricular. No se han mapeado genes candidatos obvios a ASD1, pero es de destacar que las deleciones grandes del cromosoma 5p causan el síndrome cri-du-chat, un síndrome de genes contiguos ocasionalmente asociado con cardiopatías congénitas.31 La definición del gen ASD1 también puede ayudar a dilucidar la base molecular de las malformaciones cardíacas en este síndrome. La identificación de este y otros genes familiares de TEA debe proporcionar nuevos conocimientos sobre los pasos importantes en la morfogénesis cardíaca que conducen a la septación auricular.

La contribución de los defectos genéticos del TEA familiar a la incidencia de cardiopatías congénitas sigue siendo desconocida. Dada la expresión variable y la baja penetrancia de las mutaciones del gen ASD descritas aquí, un individuo con uno de estos defectos genéticos podría presentarse como un caso aislado. Cuando los antecedentes familiares revelan un trastorno cardíaco congénito en más de un individuo, se recomiendan evaluaciones clínicas y genéticas de todos los miembros de la familia.

Notas al pie de página