Генетика, 2021, T. 57, № 8, стр. 964-969

Оценка распространенности и родительского происхождения хромосомных микроделеций и микродупликаций, затрагивающих ген CNTN6, в выборке пациентов с нарушением нервно-психического развития и у здоровых индивидов

М. Е. Лопаткина 1*, С. А. Иванова 2, И. Н. Лебедев 1

1 Научно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
634050 Томск, Россия

2 Научно-исследовательский институт психического здоровья, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
634014 Томск, Россия

* E-mail: maria.lopatkina@medgenetics.ru

Поступила в редакцию 01.09.2020
После доработки 02.11.2020
Принята к публикации 17.11.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

Проведен анализ распространенности микроделеций и микродупликаций гена CNTN6 среди пациентов с нарушением нервно-психического развития и здоровых индивидов. С помощью матричной сравнительной геномной гибридизации и ПЦР в режиме реального времени в выборке 1070 пациентов с задержкой интеллектуального развития, 86 пациентов с клиническим диагнозом шизофрения и 200 здоровых индивидов выполнен скрининг изменений числа копий хромосомного региона 3p26.3, затрагивающих ген CNTN6. На основании полученных результатов и данных литературы оценена суммарная частота изолированных микроделеций и микродупликаций, составившая 1 : 711 (0.14%) в выборке пациентов с нарушением нервно-психического развития и 1 : 917 (0.11%) в группе здоровых индивидов. Среди здоровых индивидов статистически значимо преобладали микродупликации CNTN6 (p = 0.0372). Для 43 из 100 описанных в литературе случаев хромосомных мутаций было показано их наследование от одного из родителей. В 12 случаях из 18 (67%) микроделеции и микродупликации были унаследованы пробандом от условно здорового родителя без фенотипических проявлений хромосомной мутации.

Ключевые слова: хромосомные болезни, вариации числа копий участков ДНК, синдромы микроделеций и микродупликаций, нарушение нервно-психического развития, неполная пенетрантность, геномный импринтинг.

Хромосомные болезни, возникающие в результате числовых и структурных аберраций хромосом, представляют собой обширную группу наследственных заболеваний, характеризующихся задержкой физического, психомоторного и речевого развития, неврологическими нарушениями, лицевыми дисморфизмами, аномалиями скелета и конечностей, врожденными пороками внутренних органов. Изучение патогенеза хромосомных болезней и возможностей реализации хромосомного дисбаланса остается одной из актуальных проблем в медицинской генетике. Несмотря на прогресс в разработке и внедрении молекулярно-генетических методов диагностики хромосомных аномалий, а также выявления большого числа микроструктурных хромосомных аберраций, или вариаций в числе копий участков ДНК (CNV), оценка патогенетической значимости данных перестроек осложняется наличием неспецифических фенотипических проявлений хромосомных мутаций, их неполной пенетрантностью и вариабельной экспрессивностью, клинической гетерогенностью хромосомного синдрома. В ряде случаев отсутствие фенотипических проявлений у носителей патогенетически значимой перестройки и проявление клинической картины заболевания у пробанда (при передаче мутации по материнской или отцовской линии) могут указывать на импринтированный характер действия локализованных в ней генов.

Уникальными в плане изучения эффектов хромосомного дисбаланса на фенотип пациента являются “моногенные и внутригенные CNV”, представляющие собой случаи хромосомных мутаций, затрагивающих единственный ген или его отдельную часть. Несмотря на сужение спектра вовлеченных в перестройку генов, установление гено-фенотипических корреляций и оценка патогенетической значимости подобных CNV также могут осложняться неполной пенетрантностью мутации. В настоящее время накоплено достаточное количество информации о CNV данного типа, однако анализ частоты распространенности мутации и эффектов родительского происхождения перестройки на фенотип унаследовавшего ее пациента еще не проведен.

В ходе молекулярно-цитогенетической диагностики пациентов с задержкой развития и идиопатическими формами интеллектуальных нарушений ранее нами были описаны три уникальных случая реципрокных моногенных CNV (два случая микроделеции и один случай микродупликации) в регионе 3p26.3 [1]. В области перестройки локализован единственный ген CNTN6, экспрессирующийся в головном мозге и рассматривающийся в качестве кандидатного гена развития нервно-психических заболеваний [2, 3]. Цель настоящей работы – оценка распространенности и родительского происхождения хромосомных мутаций, затрагивающих ген CNTN6, в группе пациентов с нарушением интеллектуального развития и шизофренией.

В настоящем исследовании обследовано 1070 пациентов с задержкой развития и идиопатической формой интеллектуальных нарушений, 86 пациентов с клиническим диагнозом шизофрения и 200 здоровых индивидов (группа контроля). Обследование пациентов и сбор клинического материала осуществлялись на базе Генетической клиники НИИ медицинской генетики Томского НИМЦ, клиники НИИ психического здоровья Томского НИМЦ и Томской клинической психиатрической больницы. Информированное согласие от родителей пробандов с интеллектуальными нарушениями, пациентов с шизофренией и индивидов контрольной группы было получено во всех случаях. Перед проведением исследования было получено разрешение комитетов по биомедицинской этике НИИ медицинской генетики и НИИ психического здоровья Томского НИМЦ. Исследование выполнено с использованием оборудования ЦКП “Медицинская геномика” Томского НИМЦ и ресурсов биоколлекции “Биобанк населения Северной Евразии” НИИ медицинской генетики Томского НИМЦ.

Для оценки распространенности микроделеций и микродупликаций, затрагивающих ген CNTN6, в группе пациентов с нервно-психическими заболеваниями был проведен скрининг с помощью методов ПЦР в режиме реального времени (200 пациентов [4]) и матричной сравнительной геномной гибридизации (870 пациентов). Проведена ПЦР-диагностика микроструктурных аберраций в регионе 3p26.3 для выявления вероятного носительства микроделеций и микродупликаций гена CNTN6 в выборке больных шизофренией. При исследовании выборок пациентов с нарушением нервно-психического развития и контрольной группы не было обнаружено ни одного нового индивида с измененным числом копий гена CNTN6 [1].

В литературе представлена информация о 103 пациентах с микроделециями и микродупликациями, затрагивающими ген CNTN6. Поскольку микроструктурные аберрации гена CNTN6 у родственников в одной семье не могут быть рассмотрены как изолированные отдельные случаи хромосомной аномалии, общее число мутационных событий составило 100. Для 97 из 100 событий в литературе доступны данные об объемах выборок, в которых были проведены исследования (68  942 индивида). С учетом описанных нами ранее пациентов и данных литературы оценена суммарная частота микроделеций и микродупликаций, затрагивающих единственный ген CNTN6, которая составила 1 : 711 (0.14%) (табл. 1).

Таблица 1.

Частота и родительское происхождение микроструктурных аберраций гена CNTN6 в выборке пациентов с нарушением нервно-психического развития и в группе здоровых индивидов

Исследование Делеция CNTN6 Дупликация CNTN6 Общее число CNV Объем выборки Наследование Диагноз
Настоящее исследование + + Kashevarova et al., 2014 [1]
+ Лопаткина и др., 2016 [4]
2 (1 + 11) 1 отц.,
1 унасл.
1 1 отц. 3 1070 2 отц., 1 унасл. УО, ЗПР, РАС, СДВГ, задержка речевого развития, тревожность, гиперкинезы, дизартрия, аномалии сердечно-сосудистой и скелетно-мышечной систем
Настоящее исследование 0 0 0 86 Шизофрения
Szatmari et al., 2007 [5] 1 1 неизв. 0 1 6709 1 неизв. РАС
Elia et al., 2010 [6] 1 1 отц. 1 1 мат. 2 335 1 мат., 1 отц. СДВГ
Saus et al., 2010 [7] 1 1 неизв. 0 1 724 1 неизв. РАС
Wang et al., 2010 [8] 0 1 1 неизв. 1 1033 1 неизв. Нервная анорексия
Kaminsky et al., 2011 [9] 3 2 мат.,
1 неизв.
4 1 мат., 1 отц., 2 неизв. 7 15 749 3 мат., 1 отц.,
3 неизв.
ЗПР, УО, РАС, ВПР, лицевые дисморфизмы
Van Daalen et al., 2011 [10] 0 1 1 de novo 1 50 1 de novo РАС
Martin et al., 2014 [11] 0 2 1 унасл.,
1 неизв.
2 1723 1 унасл., 1 неизв. РАС, СДВГ
Pinto et al., 2014 [12] 3 3 мат. 4 3 мат., 1 отц. 7 2446 6 мат., 1 отц. РАС
Hu et al., 2015 [13] 7 (6 + 11) 1 отц., 6 неизв. 5 1 мат., 1 отц., 3 неизв. 12 3724 1 мат., 2 отц., 9 неизв. ЗПР, УО, РАС, СДВГ, БАР, ОВР, судороги, страбизм, нистагм, нарушение поведения, трудности в обучении, аномалии сердечно-сосудистой и скелетно-мышечной систем
Brain & Body Genetic Resource Exchange database
(цит. по Mercati et al., 2016)
9 4 мат.,
3 отц.,
2 неизв.
6 (5 + 12) 2 мат., 1 отц., 2 неизв.,
1 мат.2
15 5891 7 мат., 4 отц., 4 неизв. ЗВУР, ЗПР, задержка речевого развития, РАС, СДВГ, ОКР, диспраксия, синдром Туретта, нарушение поведения, тревожность, кардиологические нарушения, лицевые дисморфизмы
Fry et al., 2016 [14] 0 1 1 неизв. 1 80 1 неизв. ЗПР, УО, РАС, генерализованная эпилепсия, гипертонус мышц нижних конечностей
Mercati et al., 2016 [3] 4 (3 + 11) 1 мат.,
3 отц.
0 4 633 1 мат., 3 отц. РАС, фобии, диспраксия, гиперакузия
Huang et al., 2017 [2] 1 1 неизв. 9 9 неизв. 10 2434 10 неизв. Синдром Туретта, СДВГ, ОКР
Juan-Perez et al., 2018 [15] 1 1 мат. 0 1 1 мат. Шизофрения, эпилепсия, пограничная УО
Tassano et al., 2018 [16] 1 1 отц. 1 1 отц. 2 2 отц. УО, РАС, РСП, ОКР
Thygesen et al., 2018 [17] 0 2 2 неизв. 2 599 2 неизв. УО, нарушение поведения, шизофрения
Repnikova et al., 2019 [18] 6 1 мат.,
5 неизв.
13 4 мат.,
1 отц.,
8 неизв.
19 20 226 5 мат.,
1 отц.,
13 неизв.
ЗПР, УО, РАС, СДВГ, ОКР, депрессия, тревожность, гипотония, судороги, синдром Туретта, болезнь Паркинсона, апраксия, кардиологические нарушения, скелетные аномалии, лицевые дисморфизмы
Zarrei et al., 2019 [19] 1 1 неизв. 0 1 2691 1 неизв. РАС
Higginbotham, 2020 [20] 2 2 неизв. 6 1 отц.,
5 неизв.
8 2739 1 отц.,
7 неизв.
Задержка речевого развития, РАС, СДВГ
Итого (пациенты с
нервно-психическими заболеваниями)
43 12 мат.,
10 отц.,
1 унасл.1,
20 неизв.
57 (56 + 12) 1 de novo,
13 мат.,
8 отц.,
1 унасл.1,
34 неизв.
100 68 942 1 de novo,
25 мат.,
18 отц.,
2 унасл.1,
54 неизв.
1 : 711
Настоящее исследование 0 0 0 200 Здоровые индивиды
Elia et al., 2010 [6] 0 0 0 2026 »
Saus et al., 2010 [7] 1 1 неизв. 0 1 341 1 неизв. »
Mercati et al., 2016 [3] 1 1 неизв. 12 12 неизв. 13 8936 13 неизв. »
Huang et al., 2017 [2] 1 1 неизв. 2 2 неизв. 3 4093 3 неизв. »
Итого (здоровые индивиды) 3 3 неизв. 14 14 неизв. 17 15 596 17 неизв. 1 : 917

Примечание. Во втором и третьем столбцах представлена информация о количестве выявленных микроделеций и микродупликаций CNTN6 и происхождении каждой конкретной перестройки: мат. – CNV унаследована от матери; отц. – CNV унаследована от отца; неизв. – нет данных о происхождении CNV; унасл. – представлены данные о наследовании перестройки от одного из родителей (без уточнения от матери или отца); 1 – семейный случай хромосомной мутации гена CNTN6 (случаи микроделеции и микродупликации в одной семье у сибсов учитывались в расчетах как одно мутационное событие); 2 – трипликация CNTN6; БАР – биполярное аффективное расстройство; ВПР – врожденные пороки развития; ЗВУР – задержка внутриутробного развития; ЗПР – задержка психомоторного развития; ОВР – оппозиционно-вызывающее расстройство; ОКР – обсессивно-компульсивное расстройство; РАС – расстройство аутистического спектра; РСП – расстройство социального поведения; СДВГ – синдром дефицита внимания и гиперактивности; УО – умственная отсталость. В исследованиях [13, 6, 9, 12, 1820] представлены сведения о дополнительных CNV, полиморфных, либо с неясным клиническим значением, обнаруженных в кариотипе пациентов с микроделециями и микродупликациями гена CNTN6, которые при дальнейшем накоплении информации могут приобрести значение для интерпретации клинической значимости и неполной пенетрантности изучаемых хромосомных перестроек.

Стоит отметить, что хромосомные мутации, затрагивающие ген CNTN6, также встречаются у здоровых людей [2, 3]. С учетом результатов настоящего исследования, а также данных литературы частота микроделеций и микродупликаций гена CNTN6 в выборке здоровых индивидов составила 1 : 917 (0.11%) (17 случаев выявленных CNV в контрольной выборке объемом 15 596 человек). Соотношение случаев микроделеций и микродупликаций гена CNTN6 среди здоровых индивидов составило 1 : 4.7. Примечательно, что аналогичный показатель в группе пациентов составил 1 : 1.3. Таким образом, в группе здоровых индивидов в сравнении с группой пациентов с нарушением нервно-психического развития отмечено статистически значимое преобладание микродупликаций гена CNTN6 (точный критерий Фишера, p = = 0.0372). Следовательно, отсутствие фенотипических проявлений перестройки у индивида более вероятно в случае наличия у него микродупликации CNTN6. Недостаток микроделеций среди всех выявленных хромосомных мутаций, затрагивающих ген CNTN6, в группе здоровых индивидов, вероятно, может указывать, с одной стороны, на их более тяжелое клиническое проявление, а с другой, – на неполную пенетрантность микродупликаций CNTN6.

Для 100 описанных в литературе случаев микроделеций и микродупликаций гена CNTN6 данные о наследовании хромосомной перестройки были получены в 46 случаях (25 мутаций материнского, 18 – отцовского происхождения, 1 de novo мутация). В двух случаях авторами были представлены данные о том, что перестройка унаследована, но неизвестно от кого из родителей. Соотношение частоты перестроек материнского и отцовского происхождения у пациентов с делециями и дупликациями CNTN6 составило 1.2 : 1 и 1.6 : 1 соответственно. Статистически значимых различий в частотах материнских и отцовских CNV у пациентов в зависимости от типа перестройки установлено не было (p = 0.43). В шести случаях микроделеции и микродупликации CNTN6 были унаследованы от родителей с различными нервно-психическими нарушениями (биполярным расстройством, синдромом дефицита внимания и гиперактивности, расстройством аутистического спектра, трудностями в обучении, депрессивным расстройством, врожденным нарушением слуха, дислексией, судорогами). В 12 случаях в семьях с известным семейным анамнезом отмечено наследование хромосомной мутации от условно здоровых родителей и ее фенотипическое проявление у детей [1, 3, 13, 18]. Примечательно, что у четырех пациентов семейный анамнез по линии бессимптомного носителя перестройки был обогащен случаями нервно-психических нарушений [3, 18]. Отсутствие данных о возникновении перестройки de novo или наследовании микроделеций и микродупликаций CNTN6 у здоровых индивидов не позволяет в настоящее время однозначно оценить влияние родительского происхождения мутации на ее фенотипическое проявление в группе пациентов с нарушением нервно-психического развития.

Проведенный анализ родительского происхождения CNV в случае описанного нами ранее пациента с микродупликацией гена CNTN6 показал, что хромосомная аберрация была унаследована от условно здорового отца, который, в свою очередь, унаследовал ее от своей условно здоровой матери, что может указывать на моноаллельный характер экспрессии вероятно импринтированного гена CNTN6 [1]. Примечательно, что в наших дальнейших исследованиях был выявлен феномен неравной аллельной экспрессии CNTN6 в нейронах, дифференцированных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), полученных от пациентов с нормальным числом копий гена CNTN6 и с его дупликацией [21]. Результаты анализа экспрессии CNTN6 в нейронах, полученных из ИПСК здоровых доноров, указали на преобладание экспрессии материнского аллеля относительно отцовского. В нейронах с микродупликацией CNTN6 наблюдалась преимущественная экспрессия гена с материнского гомолога – уровень экспрессии дуплицированного аллеля, унаследованного от отца, составил только 5–10% относительно активности аллеля дикого типа, наследованного от матери [21]. Более того, в нейронах, полученных из ИПСК отца пациента, уровень экспрессии CNTN6 был сопоставим с уровнем экспрессии гена в нейронах, дифференцированных из ИПСК, полученных от здоровых доноров. При этом активность гена с дуплицированного аллеля материнского происхождения практически в 2 раза превышала экспрессию с аллеля дикого типа у здоровых доноров [22]. Таким образом, полученные данные могут объяснить отсутствие клинических проявлений у отца – бессимптомного носителя дупликации CNTN6, унаследовавшего ее от своей матери (компенсация эффектов хромосомного дисбаланса), и проявления заболевания при передаче хромосомной мутации от отца к детям.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 19-315-90105.

Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам институционального и/или национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики.

От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Список литературы

  1. Kashevarova A.A., Nazarenko L.P., Schultz-Pedersen S. et al. Single gene microdeletions and microduplication of 3p26.3 in three unrelated families: CNTN6 as a new candidate gene for intellectual disability // Mol. Cytogenet. 2014. V. 7. № 1: 97. https://doi.org/10.1186/s13039-014-0097-0

  2. Huang A.Y., Yu D., Davis L.K. et al. Rare copy number variants in NRXN1 and CNTN6 increase risk for Tourette syndrome // Neuron. 2017. V. 94. № 6. P. 1101–1111.e7. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2017.06.010

  3. Mercati O., Huguet G., Danckaert A. et al. CNTN6 mutations are risk factors for abnormal auditory sensory perception in autism spectrum disorders // Mol. Psychiatry. 2016. V. 22. № 4. P. 625–633. https://doi.org/10.1038/mp.2016.61

  4. Лопаткина М.Е., Кашеварова А.А., Лебедев И.Н. Оценка ассоциации вариаций числа копий гена CNTN6 с идиопатическими интеллектуальными расстройствами // Генетика. 2016. Т. 52. № 9. С. 1109–1112. https://doi.org/10.7868/S0016675816090095

  5. Szatmari P., Paterson A.D., Zwaigenbaum L. et al. Mapping autism risk loci using genetic linkage and chromosomal rearrangements // Nat. Genet. 2007. V. 39. № 3. P. 319–328. https://doi.org/10.1038/ng1985

  6. Elia J., Gai X., Xie H.M. et al. Rare structural variants found in attention-deficit hyperactivity disorder are preferentially associated with neurodevelopmental genes // Mol. Psychiatry. 2010. V. 15. № 6. P. 637–646. https://doi.org/10.1038/mp.2009.57

  7. Saus E., Brunet A., Armengol L. et al. Comprehensive copy number variant (CNV) analysis of neuronal pathways genes in psychiatric disorders identifies rare variants within patients // J. Psychiatr. Res. 2010. V. 44. № 14. P. 971–978. https://doi.org/10.1016/j.jpsychires.2010.03.007

  8. Wang K., Zhang H., Bloss C.S. et al. A genome-wide association study on common SNPs and rare CNVs in anorexia nervosa // Mol. Psychiatry. 2010. V. 16. № 9. P. 949–959. https://doi.org/10.1038/mp.2010.107

  9. Kaminsky E.B., Kaul V., Paschall J. et al. An evidence-based approach to establish the functional and clinical significance of copy number variants in intellectual and developmental disabilities // Genet. Med. 2011. V. 13. № 9. P. 777–784. https://doi.org/10.1097/GIM.0b013e31822c79f9

  10. Van Daalen E., Kemner C., Verbeek N.E. et al. Social responsiveness scale-aided analysis of the clinical impact of copy number variations in autism // Neurogenetics. 2011. V. 12. № 4. P. 315–323. https://doi.org/10.1007/s10048-011-0297-2

  11. Martin J., Cooper M., Hamshere M.L. et al. Biological overlap of attention-deficit/hyperactivity disorder and autism spectrum disorder: Evidence from copy number variants // J. Am. Acad. Child Adolesc. Psychiatry. 2014. V. 53. № 7. P. 761–770.e26. https://doi.org/10.1016/j.jaac.2014.03.004

  12. Pinto D., Delaby E., Merico D. et al. Convergence of genes and cellular pathways dysregulated in autism spectrum disorders // Am. J. Hum. Genet. 2014. V. 94. № 5. P. 677–694. https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2014.03.018

  13. Hu J., Liao J., Sathanoori M. et al. CNTN6 copy number variations in 14 patients: A possible candidate gene for neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders // J. Neurodev. Disord. 2015. V. 7. № 1: 26. https://doi.org/10.1186/s11689-015-9122-9

  14. Fry A.E., Rees E., Thompson R. et al. Pathogenic copy number variants and SCN1A mutations in patients with intellectual disability and childhood-onset epilepsy // BMC Med. Genet. 2016. V. 17. № 1: 34. https://doi.org/10.1186/s12881-016-0294-2

  15. Juan-Perez C., Farrand S., Velakoulis D. Schizophrenia and epilepsy as a result of maternally inherited CNTN6 copy number variant // Schizophr. Res. 2018. V. 202. P. 111–112. https://doi.org/10.1016/j.schres.2018.06.062

  16. Tassano E., Uccella S., Giacomini T. et al. Clinical and molecular characterization of two patients with CNTN6 copy number variations // Cytogenet. Genome Res. 2018. V. 156. № 3. P. 144–149. https://doi.org/10.1159/000494152

  17. Thygesen J.H., Wolfe K., McQuillin A. et al. Neurodevelopmental risk copy number variants in adults with intellectual disabilities and comorbid psychiatric disorders // Br. J. Psychiatry. 2018. V. 212. № 5. P. 287–294. https://doi.org/10.1192/bjp.2017.65

  18. Repnikova E.A., Lyalin D.A., McDonald K. et al. CNTN6 copy number variations: Uncertain clinical significance in individuals with neurodevelopmental disorders // Eur. J. Med. Genet. 2019. V. 63. № 1: 103636. https://doi.org/10.1016/j.ejmg.2019.02.008

  19. Zarrei M., Fehlings D.L., Mawjee K. et al. De novo and rare inherited copy-number variations in the hemiplegic form of cerebral palsy // Genet. Med. 2019. V. 20. № 2. P. 172–180. https://doi.org/10.1038/gim.2017.83

  20. Higginbotham E.J. Characterizing Genomic Duplication in Autism Spectrum Disorder. Univ. Toronto, 2020. 166 p.

  21. Gridina M.M., Matveeva N.M., Fishman V.S. et al. Allele-specific biased expression of the CNTN6 gene in iPS cell-derived neurons from a patient with intellectual disability and 3p26.3 microduplication involving the CNTN6 gene // Mol. Neurobiol. 2018. V. 55. № 8. P. 6533–6546. https://doi.org/10.1007/s12035-017-0851-5

  22. Gridina M.M., Matveeva N.M., Menzorov A.G. et al. CNTN6 expression in human IPSC derived neurons from patient with neurodevelopmental disorders and 3p26.3 microduplication and the same microduplication healthy carrier // Mol. Cytogenet. 2019. V. 12 (Suppl. 1). 30. https://doi.org/10.1186/s13039-019-0439-z

Дополнительные материалы отсутствуют.