Streszczenie pracy doktorskiej Tytuł pracy: Badania nad

Streszczenie pracy doktorskiej
Tytuł pracy: Badania nad występowaniem delecji chromosomu 22q11.2 i innych aberracji
chromosomowych w wadach rozwojowych i zaburzeniach psychicznych.
Lek.med.Anna Tomankiewicz-Zawadzka
Promotor: prof. dr hab. med. Jacek Zaremba
STRESZCZENIE
Wprowadzenie i cele Zespół delecji 22q11.2 jest najczęściej występującym zespołem
mikrodelecji. Należy do grupy chorób wchodzących w skład tzw. ”zaburzeń
genomowych”(ang. genomic disorders) (GD). Pojęcie to odnosi się do sytuacji, kiedy
powstające w organizmie zmiany na poziomie DNA mają związek ze specyficzną strukturą
genomu. Zmiany te, mogą prowadzić do utraty (delecji) genów, ich nadwyżki (duplikacji) lub
też rozerwania
Dochodzi do nich w mechanizmie nieallelicznej homologicznej rekombinacji (ang. nonallelic
homologous recombination, NAHR) pomiędzy specyficznymi regionami chromosomów
zwanymi powtórzeniami z niewielką liczbą kopii (ang. low copy repeats) (LCR).
Budowa LCR-ów może być różnorodna. Mogą znajdować się w ich obrębie zarówno geny
jak i pseudogeny, fragmenty genów oraz całe zgrupowania genów (ang. repeat gen clusters),
jak również inne segmenty chromosomów
Częstość występowania LCR-ów w genomie ocenia się na 5-10%, a ich wielkość wynosi od
10kb do 400kb; są one względem siebie wysoce homologiczne (>98%) i właśnie ze względu
na fakt, że są do siebie tak podobne rearanżacje pomiędzy nimi są częste. W mechanizmie
takich rearanżacji powstaje zespół delecji 22q11.2. Najczęstsza jest delecja wynosząca 3 Mb.
Druga co do częstości delecja wynosi 1,5 Mb, inne mniejsze obszary delecji występują
sporadycznie.
Pierwszy raz istnienie delecji zaobserwowano w zespole Di George′a, a następnie tę samą
delecję opisano w zespole podniebienno-sercowo-twarzowym (ang. Velo-Cardio-Facial
Syndrome-VCFS) oraz stożkowo – twarzowym (ang. Conotruncal Anomaly Face Syndrome –
CTAFS). Wszystkie te zespoły powstają w wyniku tego samego defektu molekularnego i
obecnie najczęściej używana jest nazwa: zespół delecji 22q11.2.
Zaburzenia występujące w tym zespole dotyczą różnych narządów. Najczęściej obserwuje się
wady serca pod postacią tetralogii Fallota oraz wad stożka aortalno-płucnego. W większości
przypadków stwierdza się również wady podniebienia twardego i miękkiego oraz wady tylnej
ściany gardła. Wady te powodują zaburzenia połykania, trudności w mówieniu oraz
charakterystyczne oddychanie przez nos. Nieprawidłowościom tym mogą towarzyszyć inne
wrodzone wady i cechy dymorficzne. Obserwuje się również zwiększoną częstości
występowania del 22q11.2 u chorych na schizofrenię oraz psychozę afektywną
dwubiegunową .
Częstość występowania zespołu delecji 22q11.2 ocenia się na 1 na 4000 żywo urodzonych
1
dzieci . Zespół najczęściej występuje sporadycznie. Jeżeli występuje rodzinnie wówczas
dziedziczy się w sposób autosomalny dominujący.Celem pracy było określenie częstości
występowania del 22q11.2 u osób z rozpoznaną schizofrenią lub psychozą afektywną
dwubiegunową , zwłaszcza w przypadkach z dysmorfią ; określenie częstości występowania
wyżej wymienionej delecji w grupie dzieci ze złożonymi wadami serca, ze szczególnym
uwzględnieniem dzieci z zaburzeniami psychicznymi. Jak również określenie częstości
występowania del 22q11.2 u płodów z wykrytymi prenatalnie wadami serca oraz innymi
wadami charakterystycznymi dla tego zespołu. Podjęto próbę charakterystyki fenotypu u osób
ze stwierdzoną delecją 22q11.2
Materiał i metody:Materiał pracy obejmował trzy grupy pacjentów w zależności od typu
rejestracji.
Pierwszą grupę stanowiło 261 pacjentów z zaburzeniami psychicznymi.
W celu właściwego doboru pacjentów do badań, przygotowano kwestionariusz
uwzględniający rozpoznanie choroby psychicznej (wg kryteriów ICD-10) oraz cechy
fenotypowe zespołów 22q11DS. Grupy pacjentów z rozpoznaniem schizofrenii łącznie 186
osób, podzielono na dwie podgrupy. Do pierwszej zakwalifikowano 100 pacjentów ze
schizofrenią bez cech dymorficznych (podgrupa 1); do drugiej 86 pacjentów ze schizofrenią i
co najmniej dwiema cechami fenotypowymi uważanymi za charakterystyczne dla zespołu
delecji 22q11.2 (podgrupa 2).
Ponadto w grupie pacjentów z chorobą psychiczną znalazło się 4 pacjentów z chorobą
afektywną dwubiegunową, 14 pacjentów z zaburzeniami schizoafektywnymi, 45 pacjentów z
innymi zaburzeniami psychicznymi oraz 12 pacjentów z niepełnosprawnością intelektualną
Drugą grupę pacjentów, 71 osób, stanowiły dzieci z wadami serca oraz cechami
fenotypowymi charakterystycznymi dla zespołu delecji 22q11.2. Trzecie źródło materiału, 80
przypadków, związane było z diagnostyką prenatalną . Kobiety ciężarne kwalifikowane były
do badań prenatalnych przez Poradnię Genetyczną IPiN. Często kierowane przez
ginekologów, w związku ze stwierdzeniem wad płodu w obrazie USG.
Płyn owodniowy został pobrany drogą przezbrzusznego nakłucia. Pobierano około 10 ml
płynu, po 5 ml do jednej probówki. Amniocentezę wykonywano między 14 a 16 tygodniem
ciąży. W przypadkach ciąż bardziej zaawansowanych wykonywano kordocentezę, również
drogą nakłucia przezbrzuszne. W przypadku dwóch poprzednich grup pacjentów materiałem
do badań była krew obwodowa (5ml).
We wszystkich 412 przypadkach (i dodatkowo u 34 osób – członków rodzin) wykonywano
badania cytogenetyczne z wykorzystaniem rutynowo stosowanych metod prążkowych, przede
wszystkim techniki prążków GTG, ale także, w niektórych przypadkach, CBG oraz NOR.
W diagnostyce mikrodelecji 22q11.2 stosowano molekularną technikę cytogenetyczną –
fluorescencyjną hybrydyzację in situ (FISH) z zastosowaniem komercyjnych sond
molekularnych specyficznych dla rejonu del 22q11.2: N25 i Tuple 1. Dokumentacja
2
prowadzona była przy użyciu kamery CCD oraz odpowiedniego oprogramowania
komputerowego
Od wszystkich pacjentów z wykrytą delecją 22q11.2 izolowano DNA, które w przyszłości
może posłużyć do pogłębionej analizy molekularnej.
U osób z wykrytą delecją 22q11.2 wykonywano badania uzupełniające: badania
laryngologiczne, foniatryczne, tomografię komputerową lub rezonans magnetyczny głowy,
EEG i echokardiografię. CT i MR głowy wykonane zostały tylko w części przypadków.
Wyniki: Łącznie molekularne badanie cytogenetyczne z zastosowaniem techniki
fluorescencyjnej in situ wykonano u 446 osób i rozpoznano wśród nich 22 przypadki delecji
22q11. Delecję 22q11.2 wykryto u dwóch spośród 86 pacjentów chorujących na schizofrenię i
wykazujących cechy dysmorficzne charakterystyczne dla delecji 22q11.2 – 2,3%.
W całej grupie 186 osób dotkniętych schizofrenią – 1,1%. Ponadto jeden przypadek delecji
22q11 rozpoznano u osoby z rozpoznaniem depresji i jeden przypadek u osoby z
niepełnosprawnością intelektualną.
Łącznie wykryto zatem 4 przypadki delecji 22q11.2 w grupie 261 osób z zaburzeniami
psychicznymi (1,5%). Ponadto w podgrupie pacjentów z rozpoznaną schizofrenią wykryto 4
inne aberracje chromosomowe (2,2%), w tym trzy z aberracjami chromosomów płci, które w
populacji generalnej występują dużo rzadziej..
Do drugiej grupy pacjentów zaliczono 71 dzieci. Ze względu na wskazania do badania
cytogenetycznego podzielono tę grupę na trzy podgrupy: 1) dzieci z wrodzonymi wadami
serca i cechami dysmorfii, 2) dzieci z izolowanymi wadami serca oraz 3) dzieci bez wad
serca, ale z cechami dysmorfii i, w części przypadków, z niepełnosprawnością intelektualną
różnego stopnia .
Wśród 71 dzieci z wadą serca i/lub cechami dysmorfii - stwierdzono delecję 22q11.2 w 5
przypadkach (5%). %), z tego 4 przypadki stwierdzono w 44-osobowej podgrupie z wadami
serca występującymi łącznie z cechami dysmorficznymi (9,1%). Natomiast w podgrupie 12
dzieci z wadami serca bez towarzyszących cech dysmorficznych nie stwierdzono ani jednego
przypadku delecji 22q11. Stwierdzone wady serca dotyczyły stożka tętniczego. Szacuje się,
że około 75% osób z delecją 22q11 ma wadę serca
Trzecia grupa obejmuje 80 kobiet ciężarnych, u których rozpoznano ultrasonograficznie wady
serca płodu. Wśród płodów ze złożonymi wadami serca wykryto 13 przypadków delecji
22q11 (16%); w większości przypadków była to tetralogia Fallota. Poza wadami serca w
grupie tej obserwowano przypadki aplazji bądź hipoplazji grasicy (3,8%) (anomalia
charakterystyczna dla zespołu delecji 22q11).
Wnioski: W grupie osób z zaburzeniami psychicznymi delecja 22q11 występuje z częstością
1,5%,
tzn. wielokrotnie częściej niż w populacji ogólnej : w schizofrenii 1.1%, a w
schizofrenii z wadami rozwojowymi i /lub cechami dysmorfii 2,3%. Dodatkowo należy
zaznaczyć, że w grupie osób z zaburzeniami psychicznymi nadreprezentowane są przypadki
innych aberracji chromosomowych, zwłaszcza aberracji chromosomów płci.W grupie dzieci z
wadami serca i/lub cechami dysmorficznymi delecję 22q11 stwierdzono w 7% przypadków.
3
Delecja występuj częściej u pacjentów z wadami serca występującymi łącznie z cechami
dysmorficznymi (9.1%) lub wadami rozwojowymi i cechami dysmorfii (6,7%) wys;. Delecji
nie stwierdzono w przypadkach izolowanej wady serca.
W przypadkach delecji 22q11 rozpoznanych prenatalnie często obserwuje się złożone wady
serca (16%), zwłaszcza tetralogię Fallota oraz hipoplazję lub przerwanie łuku aorty.
Stwierdzona częstość występowania del 22q11 zależy od sposobu rejestracji osób
zakwalifikowanych do badania cytogenetycznego, tzn. od specyfiki doboru grup pacjentów
poddawanych analizie cytogenetycznej. Jest więc, z natury rzeczy, obciążona błędem selekcji.
Fenotyp zespołu delecji 22q11 jest charakterystyczny, nie jest jednak na tyle typowy by
można było zespół ten rozpoznać bez molekularnej diagnozy cytogenetycznej.
Większość przypadków delecji 22q11 ma charakter de novo. Jednak ze względu na zdarzające
się przypadki postaci dziedzicznej (w materiale własnym w 6%), u rodziców dzieci chorych
powinno się z reguły wykonywać badanie cytogenetyczne ze względu na wysokie (50%)
ryzyko przekazania delecji 22q11 potomstwu. Rodziny dzieci, u których rozpoznano delecję
22q11 powinny być objęte poradnictwem genetycznym i mieć zapewniony dostęp do
diagnostyki prenatalnej.
SUMMARY
Introduction and objectives 22q11.2 deletion syndrome is the most common microdeletion
syndrome. It belongs to conditions called “genomic disorders” (GD). This term regards a
condition where changes at the DNA level occurring in the body are associated with a specific
genome structure. These changes may result in gene loss (deletion), excess (duplication) or
disrupture.
They are a result of nonallelic homologous recombination (NAHR) between specific
chromosomal regions called low copy repeats (LCRs).
The structure of LCRs may vary. They may include genes or pseudogenes, gene fragments or
even gene clusters, as well as other chromosomal segments.
The incidence of LCRs in the genome is estimated to be 5-10%, and their size ranges from
10 kb to 400 kb; they are extremely homologous (>98%) and because of such their
spontaneus rearrangements between them are so common. 22q11.2 deletion syndrome is a
result of such rearrangements. A deletion of 3 Mb is the most common. The second deletion
with regard to incidence is 1.5 Mb, and other smaller deletion areas are occasional.
This deletion was for the first time described in Di George syndrome and later, the same
deletion was reported in velocardiofacial syndrome (VCFS) and conotruncal anomaly face
syndrome (CTAFS). All these syndromes are a result of the same molecular defect and
currently the term which is used the most frequently is: 22q11.2 deletion syndrome.
Abnormalities associated with this syndrome can be observed in various organs. Heart defects
such as tetralogy of Fallot and aortopulmonary cone defects are observed most frequently. In
4
the majority of cases defects of hard and soft palate and posterior wall of the throat are also
observed. These defects result in swallowing disturbances, speech disturbances and
characteristic nasal breathing. These abnormalities may be accompanied by other congenital
defects and dysmorphic features. Increased incidence of del 22q11.2 can also be observed in
patients with schizophrenia and bipolar affective disorder.
The incidence of 22q11.2 deletion syndrome is estimated at 1 in 4000 of live birth.
In most cases this syndrome develops sporadically. If this disease runs in a family, it is
inherited in an autosomal dominant pattern. The paper aimed to determine the incidence of del
22q11.2 in patients diagnosed with schizophrenia or bipolar affective disorder, especially in
cases where dysmorphic features were present; to determine the incidence of this deletion in a
group of children with complex heart defects, with special attention placed on children with
mental disorders. As well as to determine the incidence of del 22q11.2 in foetuses prenatally
diagnosed with heart defects and other defects typical of this syndrome. An attempt to
characterise a phenotype of patients diagnosed with 22q11.2 deletion was undertaken.
Material and methods: Material for the paper included three groups of patients depending on
a registration type.
The first group included 261 patients with mental disorders.
In order to qualify patients for tests in an appropriate way a questionnaire regarding the
diagnosis of a mental disorder (based on the ICD-10 criteria) and phenotypic features of
22q11DS had been prepared. Groups of patients diagnosed with schizophrenia, total of 186
subjects, were divided into two subgroups. The first group included 100 patients with
schizophrenia without dysmorphic features (subgroup 1); and the other included 86 patients
with schizophrenia and at least two phenotypic features considered as typical of 22q11.2
deletion syndrome (subgroup 2).
Additionally, a group of patients with a mental disorder included 4 patients with bipolar
affective disorder, 14 patients with schizoaffective disorders, 45 patients with other mental
disorders and 12 intellectually incapacitated patients.
The second group of subjects, 71 patients, included children with heart defects and phenotypic
features typical of 22q11.2 deletion syndrome. The third group of the study material, 80 cases,
was associated with prenatal diagnostics. Pregnant women were considered eligible for
prenatal tests by the IPiN Genetic Counselling Clinic. They were often referred by
gynaecologists due to foetal defects visible in an ultrasound examination.
An amniotic fluid sample was collected via amniocetisis . Approximately 10 mL of fluid was
collected, 5 mL into one test tube. Amniocentesis was performed between 14 and 16 week of
pregnancy. In more mature pregnancies cordocentesis was performed, and also via a
transabdominal puncture. With regard to two groups mentioned earlier a peripheral blood
sample (5 mL) was a test material.
5
In all 412 cases (and additionally in 34 subjects – family members) cytogenetic tests were
performed using routinely used banding techniques, especially GTG, but also CBG and NOR
in some cases.
The diagnosis of 22q11.2 microdeletion included a molecular cytogenetic technique fluorescence in situ hybridisation (FISH) with commercially available molecular probes
specific for del 22q11.2: N25 and Tuple 1. Documentation was prepared using a CCD camera
and appropriate computer software.
DNA was isolated from all patients in whom 22q11.2 deletion was detected, and in future it
may be used for a more detailed molecular analysis.
Additional tests were performed in those with detected 22q11.2 deletion: ENT examination,
phoniatric examination, computed tomography or magnetic resonance imaging of the head,
EEG and echocardiography. CT and MRI of the head were performed only in a few cases.
Results: In total, a molecular cytogenetic test with fluorescence hybridization in situ was
performed in 446 patients and 22 cases of 22q11 deletion were diagnosed in this group.
22q11.2 deletion was detected in two out of 86 patients with schizophrenia and with
dysmorphic features typical of 22q11.2 deletion – 2.3%.
In the whole group of 186 subjects with schizophrenia – 1.1%. Additionally, one case of
22q11 deletion was diagnosed in a subject with depression, and one case was present in an
intellectually incapacitated patient.
In total, there were 4 cases of 22q11.2 deletion in a group of 261 subjects with mental
disorders (1.5%). Additionally, in a subgroup of patients diagnosed with schizophrenia 4 other
chromosomal aberrations (2.2%) were detected, including three with sex chromosome
aberrations that occur much more rarely in the general population.
71 children were included in the second group of patients. With regard to indications for a
cytogenetic test this group was divided into three subgroups: 1) children with congenital heart
defects and dysmorphic features, 2) children with isolated heart defects and 3) children
without heart defects but with dysmorphic features, and in some cases with intellectual
incapacity of a various degree.
In a group of 71 children with a heart defect and/or dysmorphic features - 22q11.2 deletion
was observed in 5 cases (5%), and 4 cases of these were observed in a subgroup of 44 patients
with heart defects present together with dysmorphic features (9.1%). On the other hand, in a
subgroup of 12 children with heart defects but without dysmorphic features there were not
any cases of 22q11 deletion. Observed heart defects were associated with the arterial cone. It
is estimated that approximately 75% of subjects with 22q11 deletion suffers from a heart
defect.
The third group includes 80 pregnant women who had been diagnosed with foetal heart
defects during an ultrasound examination. Among foetuses with complex heart defects 13
cases of 22q11 deletion (16%) were observed, and tetralogy of Fallot was the most common.
Apart from heart defects in this group there were cases of thymus aplasia or hypoplasia
(3.8%) (an abnormality typical of 22q11 deletion syndrome).
6
Conclusions: In a group of subjects with mental disorders 22q11 deletion is observed with
the incidence of 1.5%, namely its incidence is significantly higher than that in the general
population: in schizophrenia it is 1.1%, and in schizophrenia with developmental defects
and/or dysmorphic features it is 2.3%. Additionally it has to be emphasised that in a group of
subjects with mental disorders cases of other chromosomal aberrations, especially sex
chromosome aberrations are overrepresented. In a group of children with heart defects and/or
dysmorphic features 22q11 deletion was observed in 7% of cases. Deletion is more common
in patients with heart defects accompanied by dysmorphic features (9.1%) or developmental
defects and dysmorphic features (6.7%). Deletion was not observed in cases of isolated heart
defects.
In cases of 22q11 deletion that had been diagnosed prenatally complex heart defects are
observed frequently (16%), and especially it regards tetralogy of Fallot and aortic arch
hypoplasia or disrupture.
The observed incidence of del 22q11 depends on a method used for registration of subjects
qualified for a cytogenetic test, namely on parameters used to select patient groups for a
cytogenetic analysis. Therefore, it is associated with a selection error. A phenotype of 22q11
deletion is characteristic; however, it is not so unique to diagnose this syndrome without a
molecular cytogenetic analysis.
The majority of cases of 22q11 deletion are de novo . Nonetheless, due to occasional cases of
an inherited disease (6% in own material) parents of children with this disease should have a
routine cytogenetic test performed due to a high (50%) risk of transmission of 22q11 to their
progeny. Families of children who were diagnosed with 22q11 deletion should be subject to
genetic counselling and should have access to prenatal diagnosis.
7