Estudio de variantes estructurales del genoma humano asociadas a trastornos del neurodesarrollo

Abstract

El síndrome de Angelman (SA) y el de Prader Wili (SPW) son trastornos del neurodesarrollo cuya principal etiología molecular es la deleción de la región 15q11.2-q13. Esta deleción está promovida por la Recombinación Homóloga No Alélica (NAHR) y mediada por secuencias altamente repetitivas de bajo número de copias (LCRs) que la flanquean. La orientación de estas LCRs predispone al reordenamiento final que se obtendrá por NAHR. Las LCRs en orientación directa generan deleciones y duplicaciones mientras las que presentan orientación invertida originan inversiones. Estas inversiones pueden facilitar una recombinación inadecuada entre las LCRs que flanquean la región 15q11.2-q13 dando lugar a la deleción en la descendencia. En este trabajo se presenta un nuevo análisis de la frecuencia de la inversión 15q11.2-q13 en 23 controles de población general, 21 progenitores de pacientes con SA y 32 con descendencia por SPW. Se han analizado un total de 9540 cromosomas informativos mediante FISH de sondas de BACs, encontrando la inversión en el 4,61% de los cromosomas estudiados en la población control. También se ha analizado la frecuencia de la inversión en progenitores de pacientes con SA y SPW observando un incremento significativo de inversiones en las madres de hijos con SA por deleción y en los padres de SPW por deleción frente a la población control (p=8x10-7 y p=0.007, respectivamente). Nuestros resultados indican que la inversión 15q11.2-q13 es un polimorfismo presente en población general. Así mismo, el incremento de la frecuencia de la inversión en madres de SA y padres de SPW con deleción sugiere que la inversión podría ser una estructura que promueve el mal alineamiento de los LCRs y facilita la generación de deleciones en 15q11.2-q13. El SA es diagnosticado molecularmente en el 90% de los pacientes, sin embargo, en el 10% restante, aún presentando unas características clínicas bien definidas, su etiología molecular es todavía una incógnita (SA-like). Se han analizado 20 pacientes SA-like mediante a-CGH previo cribado de variaciones en número de copias (CNVs) en regiones sindrómicas y subteloméricas. Las regiones variables en número de copia con una frecuencia poblacional inferior al 5% o que no se encuentran estudiadas según la Database of Genomic Variants se han seleccionado para ser confirmadas mediante Multiplex Ligation-depenent Probe Amplificatio (MLPA). Se han evaluado las CNVs en 20 pacientes SA-like y sus progenitores y se ha ampliado el estudio para cribar pacientes con discapacidad intelectual (n=296), trastornos del espectro autista (n=164) y controles de población general española (n=453). Se ha identificado una deleción de novo (1q44), dos duplicaciones heredadas de la madre (Xp11.23 y Xq28) y 20 regiones heredadas con CNVs en los pacientes SA-like pero que no se observan en la población control. En tres pacientes la concomitancia de una deleción y un SNP puede estar originando una discapacidad intelectual de herencia recesiva, sugiriendo que el gen MYH13 y los ARNs no codificantes largos podrían estar involucrados en el fenotipo SA-like. En lo referente a los pacientes con discapacidad intelectual y trastornos del espectro autista se han identificado alteraciones de gran tamaño implicadas en la etiología: del(1)(p36), del(1)(q44), dup(10)(q21.1), dup(X)(q11.23q28) y dup(X)(q28) en tres casos. También se han detectado 29 regiones con CNVs heredadas que no son variables en población general, 12 de las cuales son compartidas con los pacientes SA-like. Nuestros resultados respaldan la idea de que regiones con CNVs pueden ser, probablemente, responsables de un alto porcentaje de trastornos del neurodesarrollo. Las CNVs identificadas en pacientes, pero no detectadas en población control, aún siendo heredadas, podrían estar asociadas a algunas características clínicas de la enfermedad desenmascarando, en genes específicos, mutaciones de carácter recesivo relacionados con los fenotipos.

Angelman syndrome (AS) and Prader Willi syndrome (PWS) are neurodevelomental disorders in which main molecular etiology is the 15q11.2-q13 deletion. This deletion is leaded by Non Allelic Homologous Recombination (NAHR) mediated by flanking high repetitive sequences named Low Copy Repeats (LCRs). The orientation of these LCRs leads the final product of NAHR. LCRs in direct orientation are solved in deletions or duplications while LCRs in inverted orientation lead inversions. These inversions could facilitate abnormal recombination between flanking LCRs and could mediate interstitial deletion of chromosome 15q11.2-q13 in the offspring. Herein we report a new analysis of the frequency of inversion 15q11.2-q13 in 23 controls from general population, 21 AS parents and 32 PWS parents. Molecular cytogenetic analysis was performed using FISH with BACs probes by examining a total of 9540 informative chromosomes. First, the 15q11.2-q13 inversion was detected on average in 4.61% of chromosomes of Spanish control population. Then we analyzed the frequency of the 15q11.2-q13 inversion in parents of AS and PWS and a significant increase in AS mothers and PWS fathers with offspring affected by deletion was observed in front of control group (p= 8x10-7and p=0,007, respectively). Our results indicate that 15q11.2-q13 inversion is a polymorphism presents in general population. Moreover, the high inversion frequency observed in AS mothers and PWS fathers of offspring affected by deletion suggest that the inversion could be a structure that promotes misalignment between the LCRs and facilitates the occurrence of 15q11.2-q13 deletions. AS has a recognizable molecular cause in about 90% of cases, nevertheless in 10% with well-defined clinical features the molecular etiology is still unknown (AS-like). We have analysed 20 AS-like patients by a-CGH after screening the patients for syndromic and subtelomeric copy number alterations (CNVs). Regions that contained rare CNVs or not reported in the Database of Genomic Variants were selected for validation using custom Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification (MLPA) assays. We assessed the CNV status in the 20 AS-like cases and in their parents, and also expanded the study to larger sets of samples of individuals suffering idiopathic intellectual disability (n=296), autism spectrum disorders (n=164) as well as to a control cohort of normal individuals (n=453). We have identified one de novo deletion (1q44), two maternally inherited duplications (Xp11.23 and Xq28) and 20 inherited altered regions present in AS-like cases that have not been present in control population. In three patients a concomitance of a deletion and SNPs is leading a possible recessive intellectual disability disease suggesting that MYH13 and long non-coding RNAs could be involved in AS-like. Concerning intellectual disability and autism spectrum disorders big alterations: del(1)(p36), del(1)(q44), dup(10)(q21.1), dup(X)(q11.23q28) and dup(X)(q28) in three patients, have been associated with the etiology. We also have identified 29 inherited genomic variants that were not present in the general population, 12 out of them shared with AS-like patients. Our results support the point of view that a considerable proportion of genomic regions showing variability in copy number could be responsible for neurodevelopment disorders. The inherited CNVs identified in cases, but not detected in controls, suggesting that even if they are inherited, they could be responsible for some of the clinical features perhaps unmasking, in specific genes, recessive mutations involved in the phenotypes.