Identificació de variants en nombre de còpies i correlació clínica en una població adulta amb discapacitat intel·lectual i trastorns psiquiàtrics i/o conductuals

Abstract

El genoma humà està constituït per 3 bilions de parells de bases, que inclouen aproximadament 20.000-25.000 gens, i presenta una variabilitat en forma de variants en la seqüència i variants estructurals. L’aparició de noves tecnologies moleculars han revelat l’existència d’una gran quantitat de variants en nombre de còpies (CNVs) que representen canvis de dosi (guanys i pèrdues de material) descrits en el 4,8%-9,5% del genoma. Tot i identificar-se en població sana, s’ha reconegut que tenen una contribució en l’expressió gènica, l’estructura proteica i l’estabilitat cromosòmica i, en conseqüència, ha incrementat l’interès per entendre el paper que tenen les CNVs en malalties com la discapacitat intel·lectual i els trastorns psiquiàtrics. La discapacitat intel·lectual afecta entre l’1-3% dels individus i les millores en el seguiment mèdic dels pacients han contribuït en una major supervivència fins a etapes adultes, en les que es posa de manifest una gran incidència de trastorns psiquiàtrics i de la conducta associats. Amb l’objectiu de determinar l’etiologia genètica del diagnòstic dual de discapacitat intel·lectual i trastorns psiquiàtrics i/o de la conducta en una cohort de 100 adults i identificar CNVs de susceptibilitat per aquesta patologia, s’ha aplicat una estratègia d’anàlisi genètica seqüencial. Inicialment es realitza un cariotip amb bandes G, un cribatge de la síndrome X fràgil i estudis moleculars dirigits a la confirmació de la sospita clínica d’una síndrome específica. Per aquells casos que són negatius, es realitza un cribatge de CNVs submicroscòpiques de les regions subtelomèriques mitjançant multiplex ligation dependent probe amplification i posteriorment un cribatge del genoma amb un array d’hibridació genòmica comparada(aCGH) d’alta resolució (400k). S’ha establert una elevada freqüència diagnòstica (38%) en la cohort d’adults amb diagnòstic dual. La co-morbiditat d’un segon trastorn psiquiàtric augmenta la probabilitat de causa genètica. S’ha determinat un alt rendiment diagnòstic del cariotip molecular, pel que es proposa l’aCGH com a primera tècnica per l’estudi del diagnòstic dual. Mitjançant la caracterització de les CNVs, s’han identificat gens candidats que predisposen a discapacitat intel·lectual i trastorns psiquiàtrics, majoritàriament implicats en les primeres etapes del desenvolupament, amb expressió a sistema nerviós i de localització sinàptica. Hi ha gens que participen en les vies glutamatèrgiques i de les ubiquitines i gens implicats en mecanismes oxidatius. La valoració del grau de discapacitat intel·lectual, dels trastorns psiquiàtrics, dels trastorns de la conducta i la dismorfologia presents en els pacients ha permès establir una correlació genotip-fenotip, identificant CNVs associades al diagnòstic dual en el 19% dels casos i CNVs en regions candidates: dup3q29 (FBXO45, PAK2), del7q31.1 (IMMP2L), del8p23.1 (MSRA), del8q21.13 (STMN2), dup9p24.2p24.1 (SLC1A1), del10q21.3 (CTNNA3), dup15q14q15.1 (SPRED1), del15q26.2 (MCTP2), dup17q24.1q24.2 (PRKCA). Es determina que la deleció 2p16.3 és un factor de risc per discapacitat intel·lectual i trastorns psiquiàtrics amb una expressivitat variable. Es descriu per primer cop un fenotip dismòrfic comú entre els adults afectats i l’avaluació clínica dels familiars portadors identifica un patró cognitiu i psiquiàtric comú amb diferents nivells de severitat a tots els portadors de la deleció. L’estudi d’una població adulta aporta nombrosos avantatges, tant als pacients com als familiars, per adequar el pronòstic, seguiment, tractament i consell genètic. A més a més, el coneixement obtingut en pacients adults amb trastorns psiquiàtric pot ser de gran utilitat pels infants amb discapacitat intel·lectual, ja que el diagnòstic precoç n’afavoreix la prevenció mitjançant un seguiment i tractaments específics.

ABSTRACT The human genome contains nearly 3 billion base pairs that include around 20.000-25.000 genes. There are two sources of genetic variation among individuals: single nucleotide variants and structural variants. The improvement of molecular technologies has revealed a large amount of copy number variants (CNVs), which represents dose changes (gains and losses) in about 4,8%-9,5% of the genome. The CNVs contribute to the gene expression, protein structure and chromosome stability even if they are found in healthy people. Consequently, there has been a significant increase in the interest to understand the role of CNVs in diseases, such as intellectual disability and psychiatric disorders. Intellectual disability affects between 1¬3% of human population. With improvement in paediatric care, patients are most likely to survive into adulthood, in which is revealed a high incidence of psychiatric and behaviouraldisorders associated. In order to identify the genetic aetiology of dual diagnosis of intellectual disability and psychiatric and/or behavioural disorders in a cohort of 100 adults and to identify CNVs of disease susceptibility, a sequential genetic test workflow was performed. Firstly, G-banded karyotype, Fragile X syndrome screening and specific molecular technologies targeted to confirm a clinical suspicious of a syndrome were applied. In those negative cases, subtelomeric region screening by multiplex ligation dependent probe amplification and then a whole genome screening by high resolution (400k) comparative genomic hybridization array (CGHa) were performed. A high genetic diagnosis frequency (38%) has established in the adult cohort with dual diagnosis. The co-morbidity of a second psychiatric disorder increases the likelihood of genetic cause. The CNV characterization has identified candidate genes for intellectual disability and psychiatric disorder, mostly involved in the early stages of development, high expression in nervous system and synaptic localization. Some genes identified are involved in glutamatergic and ubiquitin pathways or in oxidative status. The assessment of the intellectual disability degree, psychiatric/behavioural disorders and dismorphology allowed us to establish a genotype-phenotype correlation. It has been identified CNVs associated with dual diagnosis in 19% of cases and CNVs in candidate regions: dup3q29 (FBXO45, PAK2) del7q31.1 (IMMP2L) del8p23.1 (MSRA) del8q21.13 (STMN2) dup9p24.2p24.1 (SLC1A1) del10q21.3 (CTNNA3) dup15q14q15.1 (SPRED1) del15q26.2 (MCTP2) dup17q24.1q24.2 (PRKCA). The 2p16.3 deletion is an intellectual disability and a psychiatric disorder risk factor with variable expressivity. For the first time, it has been described a common dysmorphic phenotype on those patients affected by a 2p16.3 deletion in addition to a common cognitive and psychiatric profile with different levels of severity among all carriers. Studies in an adult population provide numerous advantages in both patients and family members. Genetic diagnosis allows to adequate the prognosis, monitoring, treatment and genetic counselling. Moreover, the knowledge obtained in adult patients with psychiatric disorders can be useful for children affected by intellectual disability. The early diagnosis promotes prevention through monitoring and specific treatments.