Az FLNB mutációi bumeráng-diszpláziát okoznak | Journal of Medical Genetics

A bumeráng-diszplázia (OMIM #112310) egy letális csontvázdiszplázia, amelyet rendezetlen csontvázcsontosodás jellemez.1 Jellemző radiológiai lelet a végtagcsontok és a csigolyák szabálytalan csontosodása, az acetabulum alulfejlettsége és a hipoplasztikus, bumeráng alakú femorák, amelyről a rendellenesség a nevét is kapta.1 Az irodalomban eddig legalább nyolc esetet írtak le.1-8 Egy hasonló, halálos kimenetelű csontrendszeri diszpláziát, a Piepkorn-diszpláziát9 javasolták a bumeráng-diszplázia alléljaként.2,7 A porc szövettanában a fejlődő hosszú csontok rendezetlen porclevelői és a növekedési lemez tartalékzónájában gyakori, többmagvú kondrociták is kimutathatók.1 A csontvázon kívül más fejlődési rendellenességeket is leírtak, beleértve az omphalocele-t és az encephalocele-t.

A bumeráng-diszplázia és az atelosteogenesis I (AOI; OMIM #108720) és III (AOIII; OMIM #108721) radiológiai és szövettani leleteinek hasonlósága az e rendellenességek allelizmusára utal.2,10 Mindhárom entitásnál a radiológiai leletek között szerepel a csontok és csigolyatestek hiányos és szabálytalan csontosodása, distalis humeralis hypoplasia és ízületi diszlokációk, valamint koponya- és arcfejlődési rendellenességek.11 Ezenkívül mind az AOI, mind a bumeráng-diszplázia esetében megfigyeltek többmagvú kondrocitákat. A bumeráng-diszpláziát az AO-tól a mineralizáció súlyosabb hibája alapján különböztetik meg, egyes végtagelemek és csigolyaszegmensek csontosodásának teljes hiányával.3 A bumeráng-diszplázia bejelentett esetei között a férfiak túlsúlya7 és bizonyos fenotípusos hasonlóságok az FLNA gén12,13 mutációi által okozott otopalatodigitális szindróma spektrumzavarokkal, egyes szerzők szerint X-hez kötött etiológiára utalnak.7

A közelmúltban leírtuk a 280 kDa citoszkeletális fehérjét, a filamin B-t kódoló gén mutációinak összefüggését több olyan rendellenességgel, amelyet csontvázdefektusok és ízületi ficamok jellemeznek.14 A filamin B egy moduláris fehérje. Az aminoterminuson egy aktinkötő domén található, amely két kalponin-homológiájú doménből (CH1 és CH2) áll, majd egy 24 szerkezetileg homológ ismétlődésből álló rúddomén következik, amely egy karboxi-terminális dimerizációs doménben végződik.15 A filamin B aktinkötő doménje hasonló más citoszkeletális fehérjékben, például a β-spektrinben, a dystrophinben és az α-aktinin-4-ben találhatóakhoz.

Négy különböző állapotot tulajdonítottak az FLNB mutációinak: AOI, AOIII, recesszíven öröklődő spondylcarpotarsalis szindróma (OMIM #272460) és a Larsen-szindróma domináns formája (OMIM #150250). Az AOI-ban, AOIII-ban és dominánsan öröklődő Larsen-szindrómában szenvedő egyének heterozigótának bizonyultak az FLNB miszense-mutációira.14 Az AOI-hoz vagy AOIII-hoz vezető mutációk többsége a filamin B aktinkötő doménjének CH2-doménjében lokalizált szubsztitúcióhoz vezet. Az egyetlen kivétel a 2251G→C mutáció, amely a 15. exonban található, és az előrejelzések szerint a G751R szubsztitúcióhoz vezet a 6. ismétlésben, amelyet egy AOIII-ban szenvedő egyénnél találtak.14 Az FLNB mutációiból eredő rendellenességek csoportját azonosító munka során egy bumeráng-diszpláziás egyénnél direkt szekvenálással vizsgálták a mutációkat, de nem azonosítottak mutációt.14

A radiográfiai, fenotípusos és szövettani bizonyítékok alapján, amelyek arra utalnak, hogy a bumeráng-diszplázia összefügg a filaminokat kódoló gének mutációi által okozott rendellenességekkel, két bumeráng-diszpláziás egyént vizsgáltunk meg az FLNA és FLNB mutációi szempontjából, szűrési technikaként denaturáló nagy teljesítményű folyadékkromatográfiás (DHPLC) elemzést alkalmazva.

Az 1. egyén volt a korábban közvetlen szekvenálással vizsgált eset. Ez a férfi magzat nem vérszerinti, egészséges szülők első gyermeke volt. A második trimeszteri ultrahangvizsgálat mellkasi hipoplasiát és valamennyi végtag kifejezett rövidülését mutatta ki, több csontvázelem szabálytalan csontosodásával. A magzatot a 22. terhességi héten hozták világra. A boncolás utáni elemzés kifejezett mellkasi hipopláziát, rövid végtagokat és a bumeráng-diszpláziához társuló jellegzetes arcdiszmorfiát mutatott. Encephalocoele vagy omphalocoele nem volt jelen. A röntgenfelvételek a bumeráng-diszpláziára jellemzőek voltak (1. ábra).

A 2. egyed egy 17 hetes terhességű magzat volt, amelyről korábban Wessels és munkatársai részletesen beszámoltak.8 Ez a magzat súlyos mikroméliát mutatott, a három hosszú csöves csontból kettő hiányzott mind a négy végtagból. A röntgenvizsgálat során a megmaradt orsócsontok bumeráng alakúak voltak, a sípcsontok szegmentumszerűek, a gerinc rosszul csontosodott, a mellkas pedig hipoplasztikus volt. Histológiailag a porcmátrix hipocelluláris volt, többmagvú óriás kondrocitákkal.

Az FLNA és az FLNB kódoló régióit és intron-exon splice-összeköttetéseit mindkét esetből nyert genomiális DNS-ből amplifikáltuk korábban leírt intron-primerekkel13,14 (a reakciókörülmények és a primer szekvenciák kérésre rendelkezésre állnak). Az FLNA elemzéséhez az amplikontermékeket agarózgél-elektroforézissel tettük láthatóvá, majd heteroduplexképzés előtt összekevertük egy nem rokon egészséges férfi kontrollból származó azonos mennyiségű PCR-amplifikált termékkel. A mintákat DHPLC-nek vetettük alá a WAVE DNS-fragmentelemző rendszeren (Transgenomic Inc.) a gyártó utasításainak megfelelően. Az anomális nyomformákat mutató amplitikonokat újraamplikáltuk és ABI 3100 szekvenálóval ciklikusan szekvenáltuk. Az azonosított mutációkat az amplifikált DNS restrikciós enzimes emésztésével igazolták, és a hat nem kapcsolt mikroszatellita marker szegregációjával megerősítették az 1. eset esetében bejelentett származást. A 2. eset esetében nem állt rendelkezésre szülői minta. A vizsgálatot az Otago etikai bizottsága jóváhagyta.

Az FLNB (1-46. exon) vizsgálata mindkét alanyban mutációkat mutatott ki. Az 1. esetben az egyén heterozigóta volt az 512T→G mutációra, amely az előrejelzések szerint az L171R szubsztitúcióhoz vezet. Ez a mutáció egy helyet hoz létre a HpaII restrikciós enzim számára, ami lehetővé tette annak kimutatását, hogy de novo keletkezett ebben a családban (2. ábra), ami genetikai bizonyítékot szolgáltat a patogenitásra. Utólag visszatekintve, ez a mutáció az eredeti elemzésben is jelen volt, de figyelmen kívül hagyták. A második mutációt, a 703T→C-t a 2. esetben a 4. exonban találták, és az S235P szubsztitúciót jelzi (2. ábra). Szülői minták nem álltak rendelkezésre, de ez a mutáció nem volt jelen a 100 kontrollkromoszómában. Mindkét mutáció a filamin B aktinkötő doménjének CH2 régiójában lévő maradékokat változtatja meg. Ezek a maradékok evolúciósan erősen konzerváltak a gerinces filaminok között (3. ábra). A mutációk arra utalnak, hogy ezek az aminosavak kritikus szerepet játszanak az aktinkötő domén működésében. A 703T→C mutáció esetében ugyanezt a szubsztitúciót figyelték meg a citoszkeletális α-aktinin-4 adapterfehérjét kódoló ACTN4 gén analóg maradékában (3. ábra) egy fokális és szegmentális glomeruloszklerózisban szenvedő betegnél.16

A filamin B aktinkötő doménjén belüli, betegséghez kapcsolódó szubsztitúciók a fenotípusok sokféleségéhez vezetnek. Korábban már beszámoltunk AOI (n = 3), AOIII (n = 1) és Larsen-szindrómához (n = 2) vezető szubsztitúciókról.14 Mindezek a fenotípusok a szkeletogenezis és az ízületképzés hibáival járnak. A filamin B aktinkötő doménjén belüli szubsztitúcióhoz vezető mutációk azonosítása két bumeráng-diszpláziában szenvedő betegnél megerősíti, hogy ez az állapot allelikus ezekkel a rendellenességekkel, ami tükrözi a rokonság korábbi klinikai gyanúját.2,3

A vázrendszeri rendellenességek otopalatodigitális spektrumát okozó mutációk egy része az FLNA analóg CH2 régiójában található. Ezek a mutációk szintén a fenotípusos súlyosság széles spektrumát eredményezik.13 Nincs egyszerű összefüggés e mutációk elhelyezkedése és a csontvázcsontosodásból eredő hibák súlyossága között. Míg az 1-es típusú otopalatodigitális szindróma enyhébben jelentkezik, mint a 2-es típusú otopalatodigitális szindróma, ezek az állapotok egymáshoz közeli vagy akár ugyanazon a maradékon bekövetkező szubsztitúciókból eredhetnek.13,17 Az a megfigyelés, hogy az FLNB aktinkötő doménjében lévő mutációk szintén a súlyosság széles spektrumához vezethetnek, ezt a mintát tükrözi. Az 1. egyedben talált mutáció által előre jelzett szubsztitúció, az L171R, az AOI-t okozó szubsztitúció (A173V) helyének közvetlen közelében van.14 Hasonlóképpen, az itt bejelentett S235P szubsztitúció ugyanabban a fehérje foldban van, mint az E227K, amely szubsztitúció a kevésbé súlyos, nem halálos fenotípushoz, a Larsen-szindrómához társul.14 Annak ellenére, hogy a dystrophin, α-actinin-4,17 filamin A,13 és filamin B aktinkötő doménjének CH2-jén belüli maradékok betegséggel összefüggő szubsztitúcióiról számoltak be,14 ennek a fehérje foldnak a funkcionális szerepét még nem sikerült véglegesen tisztázni. Mivel a CH2 domének önmagukban nem rendelkeznek veleszületett aktinkötő tulajdonságokkal, azt feltételezték, hogy a CH2 szerepe az aktinkötésben a legjobb esetben is csak közvetett.18

A filaminok elsősorban az aktint stabilizálják a sejtben, akár párhuzamos kötegek, akár ortogonális gélhálózatok formájában.19,20 A filamin A számára többféle kötőpartnert azonosítottak, a túlnyomó többség a 16-24-es filamin ismétlődéseken keresztül társul (áttekintve Stossel et al21). A filamin B-hez öt kötőpartner társul: aktin, FBLP-1,22 presenilin (PS1 és PS2),23 és GPIβα24 . Még meg kell vizsgálni, hogy a filamin A és B aktinkötő doméneken belüli mutációk elsősorban az aktinkötés megzavarásával vagy az aktinasszociáció és a más fehérjékkel való kötő kölcsönhatások közötti funkcionális függőségen keresztül fejtik ki patogén hatásukat.

A bumeráng-diszpláziában szenvedő egyének növekedési lemezében a kondrociták között többmagvú óriássejtek találhatók. Ezek a megjelenések az epifízis növekedési lemezén belül a kondrociták proliferációja során bekövetkező hibás sejthasadásból eredhetnek. Korábban kimutattuk az FLNB széleskörű expresszióját a növekedési lemezen belül és legfőképpen az osztódó kondrociták hasadási barázdájában14. A megváltozott sejthasadás folyamata, amely a bumeráng-diszplázia/atelosteogenezis rendellenességek csoportjában mind a csontváz hibás mintázódásához, mind a mineralizációhoz vezet, még tisztázásra vár.

A bumeráng-diszpláziát okozó mutációk azonosítása az FLNB-ben megerősíti, hogy a bumeráng-diszplázia a kondrodiszplázia spektrumának része, beleértve az AOI és III, valamint a nem halálos Larsen-szindrómát. Az itt és korábban közölt fenotípusos átfedés a bumeráng-diszplázia és az AO között, valamint az e betegségek hátterében álló mutációk kolokalizációja az FLNB aktinkötő doménjét kódoló exonokban e rendellenességek klinikopatológiai spektrumára utal. Az FLNB mutációihoz kapcsolódó fenotípusos spektrum további kiszélesedése rávilágít a funkcionális aktin citoszkeleton fontosságára számos normális morfogenetikai folyamat, többek között a csontvázképződés szempontjából.