verminderde penetrantie, variabele expressiviteit en genetische heterogeniteit van familiale Atriumseptumdefecten

Secundum atriumseptumdefect (ASD) is een veel voorkomende aangeboren hartafwijking die 10% van de geïsoleerde aangeboren hartaandoeningen voor zijn rekening neemt.12 ongecorrigeerde ASD kan pulmonale overcirculatie veroorzaken, rechter hart volume overbelasting, en vroegtijdige dood. Modellen van cardiale embryogenese hebben gesuggereerd dat dit defect wordt veroorzaakt door misvorming van het septum primum, resulterend in onvolledige dekking van het ostium secundum (fossa ovalis).3 echter, noch de cellulaire mechanismen noch de moleculaire signalen die deze processen sturen zijn bekend.

sommige individuen met secundum ASD hebben een familiegeschiedenis van dit defect of andere congenitale hartafwijkingen, en coëxisterende hartblok is waargenomen in sommige familiale ASD verwanten.4 de eventuele genetische basis voor deze klinische waarnemingen blijft onduidelijk. Hoewel een autosomal dominante wijze van overerving voor familiale ASD in een paar families is beschreven,4 is de weerslag van ASD in sibling15 en offspring16 van beà nvloede individuen vaak minder dan die voor enige gendefecten wordt verwacht, en zijn de multifactorial modellen van overerving ook gepostuleerd.1

om de genetische basis voor familiale ASD te identificeren, hebben we klinisch drie soorten geëvalueerd en genetisch bestudeerd met ASD geërfd als autosomaal dominante eigenschap. We melden een ziektelocus voor familiale ASD op het telomere gebied van chromosoom 5P en tonen aan dat deze aandoening genetisch heterogeen is. De penetrantie van de ziekte was onvolledig (de afwezigheid van een klinisch fenotype bij personen met de genmutatie) en sommige genetisch aangetaste personen vertoonden andere structurele hartafwijkingen. Wij stellen voor dat onvolledige penetrantie en variabele expressiviteit van familiale ASD kunnen resulteren in een significante onderschatting van de erfelijke aard van deze aandoening.

methoden

klinische evaluatie

geïnformeerde toestemming werd verkregen van alle deelnemers in overeenstemming met het Brigham and Women ‘ s Hospital Committee of the Protection for Human subjecten From Research Risks. Familieleden in drie niet-verwante familieleden werden geëvalueerd door middel van geschiedenis, herziening van medische dossiers, lichamelijk onderzoek, 12-leads ECG, en tweedimensionale transthoracale echocardiografie met color flow Doppler ondervraging in vier standaard en subcostal views. Hartkatheterisatie en transesofageale echocardiografie werden bij sommige personen uitgevoerd. ASD en andere misvormingen werden gediagnosticeerd volgens standaardcriteria; aneurysma ‘ s van het atriumseptum werden gediagnosticeerd volgens eerder vastgestelde criteria.78 klinische onderzoeken werden uitgevoerd zonder kennis van het genotype.

genetische analyse

genomisch DNA werd geïsoleerd uit perifere lymfocyten zoals eerder beschreven.9 polymorfe korte tandem herhaal sequenties met heterozygositeit >0.7 en vier of meer allelen werden gekozen uit elk chromosoom met ≈30 centimeter (cM) intervallen en versterkt uit genomisch DNA door de polymerasekettingreactie. In het kort, 100 ng van genomic DNA werd vergroot in een volume van 10 µL die 40 ng van niet geëtiketteerde oligonucleotide primer, 40 ng van primer eind-geëtiketteerd met 32P, 200 mmol/l elk van datP, dCTP, dGTP, en dttp, en Taq polymerase bevatten. De monsters werden gedenatureerd gedurende 2 minuten bij 95°C, vervolgens verwerkt door middel van 35 cycli, waaronder denaturatie bij 95 ° C gedurende 20 seconden, primer gloeien bij 58°C gedurende 30 seconden, en primer uitbreiding bij 72°C gedurende 40 seconden. De versterkte producten werden elektroforesed op 6% polyacrylamide sequencing gels en gevisualiseerd door autoradiografie.

tweepunts-koppelingsanalyses werden uitgevoerd door gebruik van MLINK (versie 5.1) met allelfrequenties bepaald door familieleden en een fenocopiesnelheid van 0,001. Multipoint analyse werd uitgevoerd met LINKAGE. De genetische heterogeniteit voor familiale ASD in de studie kindreds werd beoordeeld door gebruik te maken van het HOMOG-programma.

resultaten

klinische evaluatie

zeventig personen uit vier generaties van familie MAR werden klinisch geëvalueerd. Bij negen individuen was eerder een secundum ASD geà dentificeerd (Fig 1A en tabel). Chirurgische sluiting van een ASD werd uitgevoerd bij 7 personen: chirurgie vond plaats tussen de leeftijd van 22 en 44 jaar bij 6 personen en op de leeftijd van 4 jaar bij 1 persoon. Secundum ASD werd gedocumenteerd bij autopsie in individuele IV-12 (op Leeftijd 34 jaar) en bij cardiale katheterisatie in individuele IV-10 (uitgevoerd op Leeftijd 63 jaar). Klinische evaluaties bij andere familieleden toonden een atriumseptumaneurysma aan bij individuen V-1 en VI-7 (Fig.3) en een aanhoudende linker superior vena cava in individuele V-1 (Fig. 3). Een echocardiografische diagnose van matige valvulaire aortastenose werd gemaakt in individuele IV-4; de etiologie van aortastenose werd beperkt door de mate van klepcalcificatie en technische moeilijkheden. Echter, gezien de relatief jonge leeftijd bij de diagnose (eerder gediagnosticeerd op de leeftijd van 54 jaar), is het zeer waarschijnlijk dat dit individu een bicuspide aortaklep heeft.De klinische status van individu III-1 voor zijn dood is onbekend.

achttien leden uit drie generaties familie MBE werden klinisch geëvalueerd. Zes individuen hadden een secundum ASD (figuur 1B en tabel). De diagnose werd gesteld voor de leeftijd van 5 jaar in 4 individuen en resulteerde in chirurgische sluiting van de ASD tijdens het eerste decennium van het leven. Individuen III-2 en IV-8 werden gediagnosticeerd met een ASD in volwassenheid en ondergingen chirurgische sluiting op Leeftijd 40 en 32 jaar, respectievelijk. Vier personen hadden andere structurele hartafwijkingen. Een patente ductus arteriosus werd gediagnosticeerd in individuele IV-2 Na 6 maanden (ligated op de leeftijd van 3,5 jaar) en in individuele V-1 (ligated op de leeftijd van 5 jaar). Individuele III-3 had een stenosed bicuspide aortaklep en onderging aortaklepvervanging op de leeftijd van 56 jaar. Een bicuspide aortaklep werd gediagnosticeerd bij zijn zoon (individuele IV-3) op de leeftijd van 37 jaar.

drieëntwintig leden uit vier generaties familie MXP werden klinisch geëvalueerd. Acht individuen (Fig 1C en tabel) werden eerder erkend secundum ASD en verlengde AV-geleiding te hebben.Eén individu (IV-7) had een geïsoleerd tweedegraads AV-blok; transesofageale echocardiografie vertoonde normale hartstructuren. Andere structurele hartafwijkingen die bij familieleden werden gevonden, waren onder meer subvalvulaire aortastenose (individueel III-3), ventriculair septumdefect (individuen IV-10 en V-1), tetralogie van Fallot (individuen IV-8 en IV-12) en pulmonale atresie (individueel IV-8). Getroffen familieleden in generaties II en III werden gediagnosticeerd na de leeftijd van 30 jaar; echter, cardiale misvormingen in volgende generaties werden herkend door de leeftijd van 4 jaar.

genetische analyse

in elke familie suggereerden stamboom-evaluaties dat een autosomaal dominante eigenschap erfelijke ASD en andere structurele hartafwijkingen veroorzaakte. Slechts 9 secundum ASDs werden geïdentificeerd in de Mar verwante, en ziekte penetrantie leek onvolledig. Bijvoorbeeld, de incidentie van ASD bij de nakomelingen van deze 9 getroffen individuen was ≈33% en was minder dan verwacht voor een volledig penetrant dominante eigenschap. Bovendien gaf individuele IV-2 een duidelijk voorbeeld van nonpenetrance. Hoewel deze vrouw is klinisch onaangetast, een zoon (V-4) had een secundum ASD (Figuur 2) en een andere (V-1) heeft een atrium septum aneurysma en aanhoudende linker superieure vena cava (Figuur 3).

Linkage studies werden uitgevoerd in familie MAR om de chromosomale locatie te bepalen van een mutatie die familiale ASD veroorzaakt. Omdat de penetrantie van de ziekte om onvolledig werd erkend, analyseerden de eerste verbindingsstudies slechts de genotypes van individuen met een ASS of individuen waarvan de nakomelingen een ASS hadden. Bijgevolg werd de penetrantie van de ziekte vastgesteld op 100%. Een totaal van 125 polymorfe korte tandem herhaal opeenvolgingen verdeeld over het genoom werden getest, en ≈25% van het genoom werd geëlimineerd alvorens de verbinding bij D5S208 werd ontdekt. Vervolgens werden verbanden met nabijgelegen loci op de distale arm van chromosoom 5P beoordeeld. Een maximale 2-punts logaritme van de odds (LOD) score van 2,83 (θ = 0,0) werd gedetecteerd bij D5S406, en een maximale multipoint LOD score van 3,6 werd verkregen (Fig 4). De familiale ASD locus op chromosoom 5P werd aangewezen ASD1.

een haplotype van de ziekte in familie MAR werd geconstrueerd uit de genotypes van individuen met ASD op 13 loci in de buurt van ASD1 en vergeleken met de genotypes van alle familieleden (Fig 1A). De haplotypes van individuen III-1, IV-3, IV-10, en IV-12 werden gereconstrueerd uit de allelen van nakomelingen en echtgenoten. Eenentwintig personen vertoonden het haplotype van de ziekte, waaronder alle leden van de familie MAR met structurele hartziekte (9 personen met secundum ASD, 1 met atriumseptum aneurysma, 1 met atriumseptum aneurysma en aanhoudende linker superieure vena cava, en 1 met valvulaire aortastenose). Het haplotype van de ziekte werd ook gevonden bij 1 overleden persoon (klinische status vóór overlijden onbekend) en bij 8 klinisch onaangetast personen. Gebaseerd op deze ziekte haplotype, de penetrantie van secundum ASD was 45%; de penetrantie voor secundum ASD of Atrium septum aneurysma was 55%.

Het ziekte-interval gedefinieerd door haplotypes van personen met secundum ASD overspant een gebied van 11 cM tussen D5S2088 en D5S807 (Fig.4). Echter, omdat de ziekte haplotype werd geà dentificeerd in twee individuen (VI-7 en V-1) met Atrium septum aneurysma ‘ s, we hypothesized dat deze pathologische aandoening zou kunnen vertegenwoordigen een vorm frustre of spontane sluiting van een niet-herkende ASD. Het haplotype van individuele V-1 vertoont een recombinatiegebeurtenis die het ziekteinterval tot een gebied van 4 cM tussen D5S635 en D5S807 verfijnt. LOD-scores werden ook berekend met inbegrip van personen met atriumseptumaneurysma ‘ s zoals aangetast. Deze maximale LOD-score van 2 punten was 2,83 (θ=0) bij D5S208 en de maximale multipoint LOD-score 3,9, wat wijst op een kans van ≈8000:1 dat het ziektegen in familie MAR genetisch is gekoppeld aan loci op chromosoom 5P.

om te bepalen of het ziektegen in familie MAR ook verantwoordelijk was voor de erfelijke cardiovasculaire aandoeningen in families MBE en MXP, werd de linkering op de asd1-locus alleen bepaald bij individuen met ASS of individuen waarvan de nakomelingen een ASD hadden. Twee-punts LOD scores bereikt in familie MBE en familie MXP waren minder dan -2,0 over het interval tussen D5S2088 en D5S630 (Fig 4), wat aangeeft dat het ASD gen in deze families niet in kaart gebracht naar de asd1 locus. Het HOMOG-programma leverde verder bewijs van heterogeniteit, omdat hartafwijkingen in families MBE en MXP waarschijnlijk niet te wijten zijn aan mutaties in ASD1 op chromosoom 5P (P<.001, gegevens niet weergegeven).

discussie

We tonen aan dat familiaire ASD kan worden veroorzaakt door een genmutatie op chromosoom 5p. Deze aandoening is genetisch heterogeen en kan ook worden veroorzaakt door defecten in andere ongedefinieerde genen. Naast secundum ass omvatten klinische manifestaties van het asd1-gen andere vaak voorkomende cardiovasculaire misvormingen; aneurysma ‘ s van het atriumseptum, veneuze anomalieën (aanhoudende linker superieure vena cava) en aortaklepziekte (bicuspide aortaklep) komen voor in ≈0,5% tot 1% van de populatie en kunnen bij toeval zijn opgetreden bij sommige familieleden.781314 nochtans, is de kans van drie hartafwijkingen die gelijktijdig in drie familieleden met het gen van ASD1 door toeval alleen voorkomen zeer klein. We stellen voor dat mutaties in familiale ASD genen een breed spectrum van erfelijke congenitale cardiovasculaire aandoeningen veroorzaken.

diversiteit van het klinische fenotype gecombineerd met generationele skips heeft geleid tot de hypothese dat de etiologie van congenitale hartziekten multifactorieel is en het gevolg is van interactie van complexe (polygene) eigenschappen en omgevingsfactoren.(‘) De drie hier bestudeerde families typeren de moeilijkheden bij het beoordelen van de erfelijke aard van aangeboren hartziekten. Hoewel stamboomanalyses (Fig 1) suggereerden dat een autosomaal dominante eigenschap gescheiden in elke familie, vereist dit model ook onvolledige penetrantie en variabele expressiviteit om rekening te houden met de klinische status van alle familieleden. Het haplotype van de ziekte (Fig 1A), gedefinieerd door koppelingsstudies van aangetaste leden in familie MAR, bevestigde dit model. Onvolledige penetrantie, onnauwkeurige diagnose of leeftijdsafhankelijk fenotype worden verondersteld acht klinisch onaangetast individuen te vertegenwoordigen die het haplotype van de ziekte droegen.

diagnostische technieken die in dit onderzoek worden gebruikt, kunnen hebben bijgedragen tot een onderschatting van het fenotype. Bijvoorbeeld, wordt transesophageal echocardiography erkend om gevoeliger en specifieker te zijn dan transthoracic echocardiography in het identificeren van afwijkingen van het atrial septum, vooral in grote volwassenen.Hoewel transesophageale echocardiografie de diagnostische opbrengst voor subtiele misvormingen zoals atriumseptumaneurysma kan hebben verhoogd, is het onwaarschijnlijk dat de belangrijkste bevindingen van deze studie zijn veranderd. Als alternatief kan de klinische status van individuen die mutaties dragen bij ASD1 veranderen. Bijvoorbeeld, omdat ASD één van verscheidene aangeboren misvormingen is die “spontaan” kunnen oplossen, zouden 816 evaluaties die na spontane sluiting worden uitgevoerd onnauwkeurig een onaangetast status toewijzen en daardoor tot de indruk van verminderde genpenetrantie bijdragen. De basis voor verminderde penetrantie is niet vastgesteld, maar dit fenomeen wordt geassocieerd met andere aangeboren hartafwijkingen.1718

genetische studies in familie MAR toonden verder aan dat de genmutaties van ASD1 verantwoordelijk waren voor verschillende andere cardiovasculaire misvormingen aanwezig in familieleden. Hoewel secundum ASD de meest voorkomende cardiale misvorming was bij familie MAR en twee andere studiesoorten, werden patent ductus arteriosus, ventriculair septumdefect, atriumseptum aneurysma, linker superieure vena cava, tetralogie van Fallot, bicuspide aortaklep, valvulaire of subvalvulaire aortastenose en av-geleidingsafwijkingen ook waargenomen. Deze families zijn representatief voor andere geslachten met familiale asd192021222324, waarin maar liefst 40% van de individuen bijkomende of andere hartafwijkingen had. De identificatie van een gemeenschappelijk haplotype in familie MAR individuen met verschillende congenitale hartafwijkingen kan erop wijzen dat variabele expressiviteit van een enkel gen defect kan verklaren voor de klinische diversiteit van congenitale hartziekte in een familie. Diverse cardiale misvormingen worden herkend in andere monogene menselijke aandoeningen, waaronder Holt-Oram syndrome25262728 en chromosoom 22q11 microdeleties, 29 en komen ook voor bij retinoïsche x–receptor-deficiënte muizen.Hoewel variabele expressiviteit niet wordt voorspeld door klassieke embryologische modellen van cardiale ontwikkeling, kunnen erfelijke monogene mutaties duidelijk pleiomorfe cardiovasculaire defecten veroorzaken.

hoewel ass geen duidelijk schadelijk effect veroorzaakt tijdens de foetale ontwikkeling, zijn de gevolgen van deze defecten tijdens het postnatale leven variabel.2 ongecorrigeerde ASD kan leiden tot symptomen als gevolg van pulmonale overcirculatie en rechter hart volume overbelasting. Spontane sluiting in de eerste levensjaren is echter goed gedocumenteerd, zonder duidelijke gevolgen op lange termijn.816 de Vereniging van atrial septum aneurysma en secundum ASD heeft tot de suggestie geleid dat aneurysma ‘ s een aangeboren misvorming van septum7 zijn die een rol in postnatale ASD sluiting kan spelen.8 genetische studies in familie MAR ondersteunen deze oorzaak-en-gevolg relatie in die zin dat een ziekte haplotype geïdentificeerd in individuen met secundum ASD werd ook gevonden in twee individuen (V-1, V-7) met Atrium septum aneurysma. Seriële studies van deze individuen kunnen helpen om postnatale veranderingen in het atriale septum te definiëren.

embryologische modellen van secundum ASD hebben de abnormale ontwikkeling van het septum primum benadrukt, maar er is weinig bekend over de moleculaire basis van atriumseptatie. Geen voor de hand liggende kandidaatgenen zijn in kaart gebracht aan ASD1, maar het is opmerkelijk dat grote schrappingen van chromosoom 5p cri-du-chat syndroom veroorzaken, een aaneengesloten-gen syndroom soms geassocieerd met aangeboren hartziekte.De definitie van het gen ASD1 kan ook helpen om de moleculaire basis voor cardiale misvormingen in dit syndroom te verduidelijken. De identificatie van deze en andere familiale ASD genen zou nieuwe inzichten in de belangrijke stappen in cardiale morfogenese moeten verstrekken die tot atrial septation leiden.

de bijdrage van familiaire ASD gendefecten aan de incidentie van congenitale hartziekten blijft onbekend. Gezien de variabele expressie en lage penetrantie van de ASD genmutaties die hier worden beschreven, kan een individu met een van deze gendefecten zich als een geïsoleerd geval voordoen. Wanneer familiegeschiedenis onthult een aangeboren hartaandoening in meer dan één individu, klinische en genetische evaluaties van alle familieleden worden aanbevolen.