Neue zusammengesetzte heterozygote Cadherin-3-Mutationen bei Hypotrichose und juveniler Makuladystrophie
Hypotrichose mit juveniler Makuladystrophie (HJMD, OMIM: 601553) ist eine seltene autosomal-rezessive Erkrankung, die durch kurzes und spärliches Haar, fortschreitende Makuladegeneration, verminderte Sehschärfe und sogar Erblindung in frühen Lebensjahren gekennzeichnet ist. Mutationen, die für HJMD verantwortlich sind, wurden im Cadherin-3-Gen (CDH3, OMIM: 114021) auf Chromosom 16q22.1 identifiziert. Dieses Gen kodiert P-Cadherin, ein kalziumabhängiges Zell-Zell-Adhäsionsprotein, das eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung von Haarfollikeln und dem retinalen Pigmentepithel spielt. Bis heute wurden 30 HJMD-Stammbäume und 20 sporadische Fälle mit 36 Mutationen im CDH3-Gen berichtet.
In dieser Studie präsentieren wir einen sporadischen chinesischen HJMD-Fall mit neuen zusammengesetzten heterozygoten Nonsense-Mutationen und führen eine Literaturübersicht zur Genotyp-Phänotyp-Korrelation bei 116 HJMD-Individuen durch. Diese Studie wurde von der Ethikkommission des Kinderkrankenhauses der Medizinischen Fakultät der Zhejiang-Universität genehmigt (Nr. 2022-IRB-046) und gemäß der Deklaration von Helsinki durchgeführt. Von allen Teilnehmern wurde eine informierte Einwilligung eingeholt. Blutproben wurden von der Probandin und ihren Eltern entnommen, und genomische DNA wurde mit dem TIANamp Blood DNA Kit (TIANGEN, Peking, China) extrahiert.
Anschließend wurde eine Whole-Exome-Sequenzierung (WES) der Probandin durchgeführt. Die Exom-Capturierung erfolgte mit einem Twist Comprehensive Exome Kit (Twist Bioscience, South San Francisco, CA, USA) gemäß dem Protokoll des Herstellers. Die Exom-Bibliothek wurde auf der HiSeq 4000-Plattform (Illumina, San Diego, CA, USA) sequenziert und an die GRCh37/hg19-Referenzsequenz des Menschen angeglichen. Sanger-Sequenzierung wurde verwendet, um die durch WES identifizierten Kandidatenmutationen zu bestätigen. Gesamt-RNA wurde aus den Blutproben extrahiert, um eine Reverse-Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion (RT-PCR) und eine Sanger-Sequenzierung der CDH3-Transkripte durchzuführen.
Die Probandin war ein 10-jähriges Mädchen, das erste Kind einer nicht-konsanguinen Familie. Sie wurde aufgrund einer Hypotrichose mit kurzem und langsam wachsendem Haar, das seit dem Alter von 6 Monaten erkennbar war, an unsere Abteilung überwiesen. Ihr Haar war fast nie länger als in der aktuellen Präsentation. Ihre Krankengeschichte umfasst eine idiopathische thrombozytopenische Purpura vor 9 Jahren mit vollständiger Genesung. Es gab keine familiäre Vorgeschichte von abnormalem Haarwuchs oder Sehbehinderung. Die Probandin zeigte eine Hypotrichose der Kopfhaut mit spärlichem, weichem und lockigem Haar, insbesondere im peripheren Bereich. Der Haarzupftest und die Kopfhaut waren normal. Ihre Augenbrauen und Wimpern waren normal, und sie hatte bereits Achselhaare. Sie hatte kleine Papeln auf beiden Wangen und auf der Außenseite des Oberarms. Es gab keine assoziierten Anomalien ihrer Nägel, Zähne oder Gliedmaßen. Die Dermatoskopie zeigte, dass der Haardurchmesser variierte und der Anteil der Pilosebazillen-Einheiten mit einem einzelnen Haar erhöht war. Die Rasterelektronenmikroskopie zeigte, dass der Haarschaft lokale Deformationen, Abplatzungen und Verlust der Kutikula aufwies, jedoch ohne vollständige 180°-Drehungen. Das vollständige Blutbild und die Werte für Zink, Eisen, Transferrin, Ferritin, Vitamin B12, antinukleärer Faktor und Schilddrüsenhormone waren alle im normalen Bereich. Die Knochenalteranalyse (Röntgen) ergab ein fortgeschrittenes Knochenalter.
Die Beeinträchtigung des Sehvermögens der Probandin begann im Alter von 9 Jahren. Ihre bestkorrigierte Sehschärfe betrug 0,8 im linken und rechten Auge. Die Fundusuntersuchung zeigte eine gelbe Läsion mit einer Größe von etwa 1 Papillendurchmesser auf der nasalen Seite des Fovealzentrums in der rechten Makula. Die linke Makula war normal. Die optische Kohärenztomographie zeigte eine partielle Kontinuitätsunterbrechung in der äußeren Netzhaut.
Die WES-Analyse entdeckte zusammengesetzte heterozygote Mutationen, c.2102_2103delAT (NM_001793.5) und c.2158C > T (NM_001793.6), im CDH3-Gen, was durch Sanger-Sequenzierung bestätigt wurde. Die Frameshift-Deletion (c.2102-2103_delAT) in Exon 14 führt zum Ersatz von Tyrosin (Y) durch Tryptophan (W) an Position 701 der Aminosäuresequenz und somit zu einem Stopcodon (TGA) an Position 713, das durch den Frameshift verursacht wird (p.Y701Wfs 13). Die Nonsense-Mutation (c.2158C > T) in Exon 15 führt dazu, dass ein Arginin-Codon (CAG) durch ein Stopcodon (TAG) an Position 720 der Aminosäuresequenz ersetzt wird (p.R720 ). Weitere Sanger-Sequenzierung zeigte, dass die Probandin die Deletionsmutation von ihrer Mutter und die Nonsense-Mutation von ihrem Vater geerbt hatte. Keine der Mutationen wurde zuvor in der Human Gene Mutation Database (HGMD) berichtet, und beide waren in den ClinVar-, HGMD-, gnomAD- und dbSNP-Datenbanken nicht vorhanden.
Die Gelelektrophorese der RT-PCR-Produkte zeigte, dass ein CDH3-Band bei den Eltern, aber nicht bei der Probandin, die die zusammengesetzten heterozygoten Mutationen trug, nachgewiesen wurde. Die cDNA-Sequenzierungsanalyse bestätigte weiterhin, dass Transkripte, die eine der beiden Mutationen enthielten, nicht exprimiert wurden. Beide Loss-of-Function-Mutationen traten vor dem vorhergesagten Cutoff (p.742/743) für den Nonsense-vermittelten mRNA-Abbau (NMD) auf. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Mutationen NMD auslösen oder eine Trunkierung des P-Cadherin-Proteins verursachen, wodurch die Bindung der zytoplasmatischen Domäne mit β-Catenin verhindert wird, was die β-Catenin/Wnt-Signalgebung im Haarfollikel und die Expression von P-Cadherin im retinalen Pigmentepithel hemmt.
Wir haben 95 familiäre HJMD-Fälle aus 30 Stammbäumen und 21 sporadische HJMD-Fälle überprüft. Die Patienten mit HJMD wurden weltweit berichtet, sind jedoch hauptsächlich im Nahen Osten verbreitet. Nur ein Fall mit Hypotrichose, aber ohne Sehsymptome, wurde in China berichtet. Von 113 Patienten, deren detaillierte klinische Daten verfügbar waren, betrug das Verhältnis von Männern zu Frauen 48:65, das durchschnittliche Auftreten der Kopfhaut-Hypotrichose lag bei etwa 1 Monat, während die verminderte Sehschärfe ab etwa 9 Jahren auftrat. Es wurden keine signifikanten geschlechts- oder ethnischen Unterschiede in den dermatologischen oder ophthalmologischen Merkmalen bei den Patienten beobachtet, aber sie zeigten eine starke phänotypische Heterogenität. Einige phänotypische Unterschiede wurden auch zwischen unserem Fall und früheren Patienten beobachtet. Im Gegensatz zu den meisten bisher berichteten Patienten, die generalisiert spärliches Haar auf der gesamten Kopfhaut hatten, war der Haarausfall bei unserer Patientin hauptsächlich auf das periphere Haar konzentriert, während das zentrale Kopfhaar relativ länger und dichter war. Interessanterweise war das Achselhaarwachstum bei unserer Patientin nicht konsistent mit dem Auftreten von Hypotrichose bei HJMD. Allerdings könnten Achselhaarwachstum und fortgeschrittenes Knochenalter mit einer vorzeitigen Pubertät zusammenhängen. Unsere Ergebnisse erweitern das Manifestationsspektrum von HJMD.
Bis heute wurden 38 verschiedene CDH3-Mutationen, darunter acht Nonsense-, acht Spleiß-, acht Missense-, elf Frameshift- und drei Langfragment-Deletionsmutationen, bei HJMD-Patienten berichtet. Diese Mutationen sind über das CDH3-Gen verstreut, wobei 26% in den Exons 11 und 12 lokalisiert sind, was ein leichtes Hotspot für Mutationen darstellen könnte. Darüber hinaus ist die Anzahl der Mutationen in der extrazellulären Domäne (84%) trotz der Längenunterschiede viel höher als in der intrazellulären Domäne (16%). Die fünf kalziumbindenden extrazellulären Domänen sind kritisch für die Proteinfunktion, da sie die Dimerisierung vermitteln. Alle berichteten Missense-Mutationen befinden sich innerhalb der extrazellulären Domänen, was den größten Einfluss auf die Funktion anzeigen könnte. Interessanterweise fanden wir auch, dass die meisten Patienten mit Mutationen in der intrazellulären zytoplasmatischen Domäne einen späteren Beginn der Sehsymptome hatten.
Bis heute wurde kein offensichtlicher Zusammenhang zwischen Genotyp und Phänotyp identifiziert. Saeidian et al. verglichen 28 Familien verschiedener ethnischer Herkunft und fanden keine Korrelation zwischen klinischen Merkmalen und der Art oder Lage der CDH3-Mutationen. Leibu et al. analysierten 16 israelische Patienten auf zwei Mutationen und fanden keine Genotyp-Phänotyp-Korrelation in Bezug auf das Fundus-Erscheinungsbild. Sie beobachteten jedoch, dass die Sehschärfe von Patienten mit der p.M327fs-Mutation besser war als die von Patienten mit p.R503H im gleichen Alter und bei gleichem Niveau der kegelvermittelten Netzhautfunktion. Wir überprüften insgesamt 116 HJMD-Patienten und fanden es ebenfalls schwierig, aufgrund der phänotypischen Heterogenität und der begrenzten Stichprobengröße Schlussfolgerungen für die Genotyp-Phänotyp-Korrelation in Bezug auf CDH3-Mutationen zu ziehen.
Zusammenfassend berichten wir über einen chinesischen Fall mit zwei neuen pathogenen CDH3-Mutationen, die sich in der intrazellulären zytoplasmatischen Domäne befinden und vermutlich zu einem Nonsense-vermittelten mRNA-Abbau führen. Unser Bericht liefert weitere genetische Beweise für die Bedeutung der intrazellulären Domäne und auch mehr phänotypische Beweise für die Komplexität der Genotyp-Phänotyp-Korrelationen bei HJMD.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002190