Penetranța redusă, expresivitatea variabilă și eterogenitatea genetică a defectelor septale atriale familiale

defectul septal atrial secundar (ASD) este o malformație cardiacă congenitală comună, reprezentând 10% din bolile cardiace congenitale izolate.12 TSA necorectată poate provoca supracirculația pulmonară, supraîncărcarea volumului inimii drepte și moartea prematură. Modelele de embriogeneză cardiacă au sugerat că acest defect este cauzat de malformația septului primum, rezultând o acoperire incompletă a ostium secundum (fossa ovalis).3 Cu toate acestea, nici mecanismele celulare, nici semnalele moleculare care direcționează aceste procese nu sunt cunoscute.

unele persoane cu TSA secundum au un istoric familial al acestui defect sau al altor malformații cardiace congenitale, iar blocarea cardiacă coexistentă a fost observată la unele tipuri familiale de TSA.4 baza genetică, dacă există, pentru aceste observații clinice rămâne neclară. Deși un mod autosomal dominant de moștenire pentru TSA familială a fost descris în câteva familii,4 incidența TSA la siblings15 și offspring16 a persoanelor afectate este adesea mai mică decât cea așteptată pentru defectele genetice unice și au fost postulate și modele multifactoriale de moștenire.1

pentru a identifica baza genetică a TSA familială, am evaluat clinic și am studiat genetic trei specii cu TSA moștenită ca trăsătură autosomală dominantă. Raportăm un locus al bolii pentru ASD familial pe regiunea telomerică a cromozomului 5p și demonstrăm că această tulburare este eterogenă genetic. Penetrarea bolii a fost incompletă (absența unui fenotip clinic la persoanele care poartă mutația genică), iar unii indivizi afectați genetic au prezentat alte defecte cardiace structurale. Sugerăm că penetrarea incompletă și expresivitatea variabilă a TSA familială pot duce la o subestimare semnificativă a naturii ereditare a acestei afecțiuni.

metode

evaluarea clinică

consimțământul informat a fost obținut de la toți participanții în conformitate cu Comitetul Brigham și Spitalul de femei al protecției subiecților umani împotriva riscurilor de cercetare. Membrii familiei din trei specii fără legătură au fost evaluați prin istoric, revizuirea dosarelor medicale, examen fizic, ECG cu 12 plumb și ecocardiografie transtoracică bidimensională cu interogare Doppler cu flux de culoare în patru vizualizări standard și subcostale. Cateterizarea cardiacă și ecocardiografia transesofagiană au fost efectuate la unii indivizi. ASD și alte malformații au fost diagnosticate după criterii standard; anevrismele septale atriale au fost diagnosticate după criterii stabilite anterior.Au fost efectuate 78 de studii clinice fără cunoașterea genotipului.

analiza genetică

ADN-ul Genomic a fost izolat din limfocitele periferice așa cum s-a descris anterior.9 secvențe polimorfe scurte de repetare în tandem cu heterozigozitate >0.7 și patru sau mai multe alele au fost alese din fiecare cromozom la intervale de 30 de centimorgan (cm) și amplificate din ADN genomic prin reacția în lanț a polimerazei. Pe scurt, 100 ng de ADN genomic a fost amplificat într-un volum de 10 ilql conținând 40 ng de primer oligonucleotidic neetichetat, 40 ng de primer marcat la capăt cu 32P, 200 mmol/L fiecare dATP, dCTP, dGTP și dTTP și polimerază Taq. Probele au fost denaturate timp de 2 minute la 95 la sută C, apoi prelucrate prin 35 de cicluri, inclusiv denaturarea la 95 la sută C timp de 20 de secunde, recoacerea grundului la 58 la sută C timp de 30 de secunde și extensia grundului la 72 la sută C timp de 40 de secunde. Produsele amplificate au fost electroforizate pe geluri de secvențiere a poliacrilamidei 6% și vizualizate prin autoradiografie.

analizele de legătură în două puncte au fost efectuate prin utilizarea MLINK (versiunea 5.1) cu frecvențe alele determinate de la membrii familiei și o rată de fenocopie de 0,001. Analiza multipunct a fost efectuată cu LINKAGE. Eterogenitatea genetică pentru TSA familială în studiul kindreds a fost evaluată prin utilizarea programului HOMOG.

rezultate

evaluare clinică

șaptezeci de indivizi din patru generații de familie MAR au fost evaluați clinic. La nouă indivizi, un ASD secundar a fost identificat anterior (Fig 1A și tabel). Închiderea chirurgicală a TSA a fost efectuată la 7 persoane: intervenția chirurgicală a avut loc între 22 și 44 de ani la 6 persoane și la vârsta de 4 ani la 1 individ. ASD Secundum a fost documentat la autopsie la individ IV-12 (la vârsta de 34 de ani) și la cateterism cardiac la individ IV-10 (efectuat la vârsta de 63 de ani). Evaluările clinice la alți membri ai familiei au demonstrat un anevrism septal atrial la indivizii V-1 și VI-7 (Fig.3) și o venă cavă superioară stângă persistentă la indivizii v-1 (Fig. 3). Un diagnostic ecocardiografic de stenoză aortică valvulară moderată a fost făcut în IV-4 individual; etiologia stenozei aortice a fost limitată de amploarea calcificării valvei și de dificultățile tehnice. Cu toate acestea, având în vedere vârsta relativ tânără la diagnostic (diagnosticată anterior la vârsta de 54 de ani), este foarte probabil ca acest individ să aibă o valvă aortică bicuspidă.10 starea clinică a individului III-1 înainte de moartea sa este necunoscută.

optsprezece membri din trei generații de familie MBE au fost evaluați clinic. Șase persoane au avut un ASD secundar (Fig.1B și tabel). Diagnosticul a fost făcut înainte de vârsta de 5 ani la 4 persoane și a dus la închiderea chirurgicală a TSA în prima decadă de viață. Persoanele III-2 și IV-8 au fost diagnosticate cu TSA la vârsta adultă și au suferit o închidere chirurgicală la vârsta de 40 și, respectiv, 32 de ani. Patru persoane au avut alte defecte cardiace structurale. Un canal arterial patentat a fost diagnosticat la individ IV-2 la 6 luni (ligat la vârsta de 3,5 ani) și la individ V-1 (ligat la vârsta de 5 ani). Individul III-3 a avut o valvă aortică bicuspidă stenoasă și a suferit înlocuirea valvei aortice la vârsta de 56 de ani. O valvă aortică bicuspidă a fost diagnosticată la fiul său (individual IV-3) la vârsta de 37 de ani.douăzeci și trei de membri din patru generații de familie MXP au fost evaluați clinic. Opt indivizi (Fig 1C și tabel) au fost recunoscuți anterior că au ASD secundar și conducere AV prelungită.1112 un individ (IV-7) a avut bloc AV izolat de gradul doi; ecocardiografia transesofagiană a demonstrat structuri cardiace normale. Alte anomalii cardiace structurale găsite la membrii familiei au inclus stenoza aortică subvalvulară (individ III-3), defect septal ventricular (indivizi IV-10 și V-1), tetralogia Fallot (indivizi IV-8 și IV-12) și atrezie pulmonară (individ IV-8). Membrii familiei afectate din generațiile II și III au fost diagnosticați după vârsta de 30 de ani; cu toate acestea, malformațiile cardiace din generațiile următoare au fost recunoscute la vârsta de 4 ani.

analiza genetică

în fiecare familie, evaluările pedigree au sugerat că o trăsătură dominantă autosomală a provocat TSA moștenită și alte defecte cardiace structurale. Doar 9 ASD-uri secundare au fost identificate în familia MAR, iar penetrarea bolii a apărut incompletă. De exemplu, incidența TSA la descendenții acestor 9 indivizi afectați a fost de 33% și a fost mai mică decât se aștepta pentru o trăsătură dominantă complet penetrantă. Mai mult, individul IV – 2 a oferit un exemplu clar de nepătrundere. Deși această femeie nu este afectată clinic, un fiu (V-4) a avut o ASD secundum (Fig.2), iar altul (V-1) are un anevrism septal atrial și o venă cavă stângă superioară persistentă (Fig. 3).

studiile de legătură au fost efectuate în familia MAR pentru a defini locația cromozomială a unei mutații care provoacă TSA familială. Deoarece penetrarea bolii a fost recunoscută ca fiind incompletă, studiile inițiale de legătură au analizat doar genotipurile indivizilor cu TSA sau indivizii ai căror descendenți aveau TSA. În consecință, penetrarea bolii a fost stabilită la 100%. Au fost testate un total de 125 de secvențe repetate polimorfe scurte în tandem distribuite pe genom, iar 25% din genom a fost eliminat înainte ca legătura să fie detectată la d5s208. Au fost apoi evaluate legăturile cu loci din apropiere pe brațul distal al cromozomului 5p. La D5S406 s-a detectat un logaritm maxim de 2 puncte al scorului odds (Lod) de 2,83 (XV=0,0) și s-a obținut un scor maxim multipunct LOD de 3,6 (Fig 4). Locusul familial ASD de pe cromozomul 5p a fost desemnat ASD1.

un haplotip de boală în familia MAR a fost construit din genotipurile indivizilor cu TSA la 13 loci lângă ASD1 și comparat cu genotipurile tuturor membrilor familiei (Fig.1a). Haplotipurile indivizilor III-1, IV-3, IV-10 și IV-12 au fost reconstruite din alelele descendenților și soților. Douăzeci și unu de indivizi au prezentat haplotipul bolii, inclusiv toți membrii familiei MAR cu boală cardiacă structurală (9 indivizi cu ASD secundum, 1 cu anevrism septal atrial, 1 cu anevrism septal atrial și vena cavă superioară stângă persistentă și 1 cu stenoză aortică valvulară). Haplotipul bolii a fost, de asemenea, găsit la 1 persoană decedată (starea clinică înainte de deces necunoscută) și la 8 persoane neafectate clinic. Pe baza acestui haplotip al bolii, penetranța ASD secundum a fost de 45%; penetranța pentru ASD secundum sau anevrismul septal atrial a fost de 55%.

intervalul bolii definit de haplotipurile indivizilor cu ASD secundum se întinde pe o regiune de 11 cM între D5S2088 și D5S807 (Fig.4). Cu toate acestea, deoarece haplotipul bolii a fost identificat la doi indivizi (VI-7 și V-1) cu anevrisme septale atriale, am emis ipoteza că această afecțiune patologică ar putea reprezenta o formă fruste sau închiderea spontană a unui TSA nerecunoscut. Haplotipul individului v-1 prezintă un eveniment de recombinare care rafinează intervalul bolii la o regiune de 4 cM între D5S635 și D5S807. Scorurile LOD au fost, de asemenea, calculate, inclusiv persoanele cu anevrisme septale atriale afectate. Acest scor LOD maxim de 2 puncte a fost de 2,83 (0) la D5S208 și scorul Lod multipunct maxim de 3,9, indicând cote de 8000:1 ca gena bolii din familia MAR să fie legată genetic de loci pe cromozomul 5p.

pentru a determina dacă gena bolii din familia MAR a fost responsabilă și de tulburările cardiovasculare ereditare în familiile MBE și MXP, legătura a fost evaluată la locusul ASD1 numai la persoanele cu TSA sau la persoanele ale căror descendenți aveau TSA. Scorurile LOD în două puncte obținute în familia MBE și familia MXP au fost mai mici de -2,0 în intervalul dintre d5s2088 și D5S630 (Fig 4), indicând faptul că gena ASD din aceste familii nu s-a mapat la locusul ASD1. Programul HOMOG a furnizat dovezi suplimentare de eterogenitate, deoarece defectele cardiace din familiile MBE și MXP sunt puțin probabil să se datoreze mutațiilor din ASD1 pe cromozomul 5p (P<.001, datele nu sunt afișate).

discuție

demonstrăm că TSA familială poate fi cauzată de o mutație genetică pe cromozomul 5p. Această tulburare este eterogenă genetic și poate fi cauzată și de defecte ale altor gene nedefinite. În plus față de ASD secundum, manifestările clinice ale genei ASD1 includ alte malformații cardiovasculare care apar frecvent; anevrisme septale atriale, anomalii venoase (vena cavă superioară stângă persistentă) și boala valvei aortice (valva aortică bicuspidă) apar la 0,5% până la 1% din populație și ar fi putut apărea întâmplător la unii membri ai familiei.781314 cu toate acestea, șansa ca trei anomalii cardiace să apară simultan la trei membri ai familiei cu gena ASD1 doar întâmplător este foarte mică. Sugerăm că mutațiile genelor ASD familiale provoacă un spectru larg de tulburări cardiovasculare congenitale ereditare.

diversitatea fenotipului clinic combinat cu săriturile generaționale a condus la ipoteza că etiologia bolii cardiace congenitale este multifactorială și datorită interacțiunii trăsăturilor complexe (poligenice) și a factorilor de mediu.1 cele trei familii studiate aici caracterizează dificultățile de evaluare a naturii ereditare a bolilor cardiace congenitale. Deși analizele pedigree (Fig 1) au sugerat că o trăsătură dominantă autosomală este segregată în fiecare familie, acest model necesită, de asemenea, penetranță incompletă și expresivitate variabilă pentru a ține cont de starea clinică a tuturor membrilor familiei. Haplotipul bolii (Fig 1A) definit de studiile de legătură ale membrilor afectați din familia MAR a confirmat acest model. Penetranța incompletă, diagnosticul inexact sau fenotipul dependent de vârstă se presupune că reprezintă opt persoane neafectate clinic care au purtat haplotipul bolii.

tehnicile de Diagnostic utilizate în acest studiu ar fi putut contribui la o subestimare a fenotipului. De exemplu, ecocardiografia transesofagiană este recunoscută a fi mai sensibilă și mai specifică decât ecocardiografia transtoracică în identificarea anomaliilor septului atrial, în special la adulții mari.15 deși ecocardiografia transesofagiană poate să fi crescut randamentul diagnostic pentru malformații subtile, cum ar fi anevrismul septal atrial, este puțin probabil să fi modificat principalele rezultate ale acestui studiu. Alternativ, starea clinică a persoanelor care poartă mutații la ASD1 se poate modifica. De exemplu,deoarece TSA este una dintre mai multe malformații congenitale care se pot rezolva „spontan”, 816 evaluări efectuate după închiderea spontană ar atribui în mod inexact un statut neafectat și, prin urmare, ar contribui la impresia unei penetranțe genetice reduse. Baza pentru penetrarea redusă nu a fost stabilită, dar acest fenomen este asociat cu alte malformații cardiace congenitale.1718

studiile genetice din familia MAR au indicat în continuare că mutațiile genei ASD1 au reprezentat alte câteva malformații cardiovasculare prezente la membrii familiei. Deși ASD secundum a fost cea mai frecventă malformație cardiacă în familia MAR și alte două tipuri de studiu, au fost observate, de asemenea, ductus arteriosus, defect septal ventricular, anevrism septal atrial, vena cavă superioară stângă, tetralogia Fallot, valva aortică bicuspidă, stenoza aortică valvulară sau subvalvulară și anomalii de conducere AV. Aceste familii sunt reprezentative pentru alte specii cu asd192021222324 familiale în care până la 40% dintre indivizi au avut anomalii cardiace suplimentare sau de altă natură. Identificarea unui haplotip comun la indivizii MAR de familie cu defecte cardiace congenitale distincte poate indica faptul că expresivitatea variabilă a unui singur defect genetic poate explica diversitatea clinică a bolilor cardiace congenitale într-o familie. Diverse malformații cardiace sunt recunoscute în alte tulburări umane monogene, inclusiv sindromul Holt-Oram25262728 și microdele cromozomului 22q11, 29 și apar, de asemenea, la șoarecii cu deficit de receptor x retinoic.30 deși expresivitatea variabilă nu este o caracteristică prezisă de modelele embriologice clasice de dezvoltare cardiacă, mutațiile monogene ereditare pot provoca în mod clar defecte cardiovasculare pleiomorfe.

deși TSA nu produce un efect dăunător evident în timpul dezvoltării fetale, consecințele acestor defecte în timpul vieții postnatale sunt variabile.2 TSA necorectată poate duce la simptome datorate supracirculației pulmonare și supraîncărcării volumului cardiac drept. Cu toate acestea, închiderea spontană în primii câțiva ani de viață a fost bine documentată, fără sechele aparente pe termen lung.816 asocierea anevrismului septal atrial și a TSA secundum a condus la sugestia că anevrismele sunt o malformație congenitală a septului7 care poate juca un rol în închiderea TSA postnatală.8 studii genetice în familia MAR susțin această relație cauză-efect prin faptul că un haplotip de boală identificat la persoanele cu ASD secundum a fost găsit și la doi indivizi (V-1, V-7) cu anevrism septal atrial. Studiile seriale ale acestor indivizi pot ajuta la definirea modificărilor postnatale ale septului atrial.

modelele embriologice ale ASD secundum au subliniat dezvoltarea anormală a septului primum, dar se știe puțin despre baza moleculară a septării atriale. Nu au fost cartografiate gene candidate evidente la ASD1, dar este de remarcat faptul că ștergerile mari ale cromozomului 5p provoacă sindromul cri-du-chat, un sindrom de genă contiguă asociat ocazional cu boli cardiace congenitale.31 definiția genei ASD1 poate ajuta, de asemenea, la elucidarea bazei moleculare pentru malformațiile cardiace în acest sindrom. Identificarea acestei gene și a altor gene familiale TSA ar trebui să ofere noi perspective asupra etapelor importante ale morfogenezei cardiace care duc la septarea atrială.

contribuția defectelor genei ASD familiale la incidența bolilor cardiace congenitale rămâne necunoscută. Având în vedere expresia variabilă și penetrarea scăzută a mutațiilor genei ASD descrise aici, un individ care poartă unul dintre aceste defecte genetice ar putea prezenta ca un caz izolat. Atunci când istoricul familial relevă o tulburare cardiacă congenitală la mai mult de un individ, se recomandă evaluări clinice și genetice ale tuturor membrilor familiei.

note de subsol