Klinisk og genetisk forskning på
døvblindhed-2
Eikholt 23.8-24.8.2011
Lisbeth Tranebjærg
tranebjaerg@sund.ku.dk
Døvblindhetssyndromer:Eksempler på
arvelige årsaker:Mohr-Tranebjærg,Wolfram,
og private syndromer
Lisbeth Tranebjærg
Syndromer
•
•
•
•
•
•
•
•
Mohr-Tranebjærg (TIMM8A)
Wolfram syndrom (WFS1)
OPA1-relateret
PRPS1-relateret
ABHD12-relateret (Bindorf)
Usher (Möller)
Alström (ALMS1)
CHARGE
Infomateriale
• Center for små handicapgrupper
(Waardenburg ny)
• Orphanet
• Rarelink
• OMIM
• Genetest
• Brochurer til gennemsyn
Syndromal hørenedsættelse:
+andre symptomer
•
•
•
•
•
•
•
•
Over 450 døvhedssyndromer er kendt
Syndromal hørenedsættelse sammen med
symptomer fra:
Hjerte: Jervell og Lange Nielsen
Nyre: Brankio-oto-renal syndrom
Øjne: Usher syndrom, Wolfram, Alstrøm
Hud/hår/pigment: Bjørnstad, , Waardenburg,
Treacher-Collins
Hjerne: Mohr-Tranebjærg
Stofskifteforstyrrelse: Pendred
Komplekse: CHARGE og mange flere
Dobbelt sansehandicap- stor
kompleksitet
• En række gener skal overvejes ved både synsog hørenedsættelse +/- neurologiske og andre
abnormiteter:
• Usher syndrom
• Wolfram syndrom
• OPA1 relateret dobbelt sansehandicap
• PRPS1 relateret HN /syndrom
Neurodegeneration som led i
døvblindhed
• Kombination af syns og hørefunktionssvigt
ledsages ikke sjeldent af andre neurologiske
symptomer
• (TIMM8A, PRPS1, WFS1, OPA1,
mitokondrielle)
Døvhedssyndromer
Hørenedsættelse
Neurologi
Synsproblemer
Hjerteproblemer
Hud/hår/pigment
Stofskifte
Demens/Psykiatri/Adfærd
Wilhelm Johannsen Centre for Functional Genome Research,
Institute of Cellular and Molecular Medicine, ICMM, University of Copenhagen,
And Department of Audiology, H:S Bispebjerg Hospital, DK-2400 Copenhagen NV
Mohr-Tranebjærg
Kønsbunden recessiv arv
(genet på X kromosom)
Rammer kun
drenge
Piger raske
obligatoriske
arvebærere med
50 % risiko for at få
døve sønner
Mohr-Tranebjærg syndromeFollow-up studies
↓↓
↓
↑
Wilhelm Johannsen Centre for Functional Genome Research,
Institute of Cellular and Molecular Medicine, ICMM, University of Copenhagen,
And Department of Audiology, Region H, Bispebjerg Hospital, DK-2400 Copenhagen
NV
Klinik ved Mohr-Tranebjærg syndrom som
skyldes mutation i TIMM8a
Audiologisk: Progressiv sensorineural hørenedsættelse fra 18 mdr alder
Neurologisk: Spasticitet, dystonia, ataxi fra teen age alder, dysfagi, hjerne atrofi og
demens fra + 40 år.
Psykiatrisk: Aggression, paranoia, personlighedsforandringer
Oftalmologisk: Atrofi af n. optikus,nedsat synskarphed, normal mørkesyn og synsfelt,
abnormt VEP før subjektive synsproblemer. Progressivt med debut i teen-age år.
Andet: De kliniske symptomer er progressive, og med variabel relativ sværhedsgrad.
Neuropatologisk: Generel hjerne atrofi. Neuronal celle død i spiral ganglion celler i cochlea
og i retinale ganglion celler, striate cortex, n.optikus og basal ganglier.
Gliosis, mikrocalcificationer, tab af fibre i bagstrengsrødder i medulla spinalis (jvf
Friedreich’s ataxi)
Mohr-Tranebjærg syndromHN skyldes auditiv neuropati
(A) Subject V:16, right ear.
(B) Subject V:3, left ear.
(C) Subject VI:24, right ear.
(D) Subject VI:24, left ear
(E) Subject V:17, right ear.
Bemærk: Konsistent næsten totalt fravær af cochleære neuroner i alle 5 tindingeben
Bahmad et al, Laryngoscope 2007; 117:1202-1208
Mohr-Tranebjærg syndrom og CI: Dårligt
behandlingsudbytte
Èn patient beskrevet:
•
•
•
•
•
Dreng, født 2000
(Brookes JT et al, 2007)
Recividerende infektioner
Forsinket sprogudvikling, abnorm ABR- neonatalt normal DPOAE
MTS diagnosticeret post-CI (4 år)
De-novo del exon 1 TIMM8A og exons 17-19 af BTK genet
• Uforudsigeligt udbytte af CI ved forskellige årsager til auditiv neuropati
(OTOF, CMT)
Wilhelm Johannsen Centre for Functional Genome Research,
Institute of Cellular and Molecular Medicine, ICMM, University of Copenhagen,
And Department of Audiology, Region H, Bispebjerg Hospital, DK-2400 Copenhagen
NV
Hvad har Mohr-Tranebjærg syndrom lært
os?
• Model for andre neurodegenerative sygdomme
med HN (OPA1,WFS1,CMT)
• Mitokondriedysfunktion som årsag til
neurodegeneration
• Uforklaret vævsspecificitet (hørelse, syn,
hjerte,CNS, muskler)
• Neurologiske bevægeforstyrrelser (parkinson)
• Auditiv neuropati- prognose, behandling
• Alders relateret hørenedsættelse
Neuropsykiatriske problemer de mest markante
Wilhelm Johannsen Centre for Functional Genome Research,
Institute of Cellular and Molecular Medicine, ICMM, University of Copenhagen,
And Department of Audiology, H:S Bispebjerg Hospital, DK-2400 Copenhagen NV
PRPS1-relateret dobbelt sansetap
Rosenberg-Chutorian syndrom
• PRPS1genet på X-kromosomet
• Mand født 1949
• Søsters søn, 38 år; samme
symptomer
• Morbilli+meningit i 9mdr alder
• Funktionel døvblind: optikus
atrofi(1995)+ døvhed
• Nedsat følesanskørestolsbundet
• Mentalt N
• Diagnose i 2011
PRPS1:c.344T>C;p.M115T
PRPS1-relateret sygdom
•
•
•
•
Præsentationer af mutationer i PRPS1:
Arts syndrom
Rosenberg-Chutorian syndrom
CMTX5(HN<5;PN:5-12;OA:7-20 år)
Non-syndromisk X bunden Hørenedsættelse
Wolfram syndrom
Wolfram syndrome and WFS1 related disorders
• Wolfram syndrome (WS): Diabetes mellitus
and Optic atrophy- age of onset < age 14 years
and autosomal recessive.
• 1998: WFS1 mutations cause WS
• But: WFS1 mutations may cause autosomal
dominantly inherited OA+HI, AR inherited
OA+HI without diabetes, and AD inherited
OA+HI+ neurological + psychiatric disease
Arketypisk WS patient
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Norsk kvinne, adopteret 6 år gl.fra Costa Rica
CNS: Generel forsinket udvikling,polynruropathi
DM: IDDM fra 9mdr gl.
HN:15 år gl : 30dB HL HN, progressivt til45-85 dB 21 år gl.
Optikus atrofi 13 år gl.
Mage-tarm: celiaki lign problemer fra 10 år
Diabetes insipidus: 17 år gl.; 6-8 l urin/døgn
Nyrer/Urinveje: neurogen blære, pyelonefrit
Vekst/kønsutvikling: lille af vekst-ingen info om
pubertet/menarche
• Genetisk: WFS1: c.1243_1245delGTC; p.415del/p.415del
WFS1-p.A684V- frequent cause of AD OA+SNHL
15 unrelated families with AD
OA+SNHL: WFS1 and OPA1:
8 with WFS1 and 2 with OPA1
Samuelson, 1940
WFS1 p.A684V in six AD families with
OA+SNHL
Rendtorff ND et al, under review, 2010
Autosomal recessive OA+HI without DM
Mohr-Tranebjaerg syndrome
(MIM304700) suspected :
TIMM8A: N
I:1
II:6
II:5
II:4
III:2
N/N
IV:2
R818C/N
II:3
I:2
II:1
III:1
I:3
II:2
III:3
III:4
III:5
II:7
R818C/N
IV:1
R818C/W837S
WFS1: R818C/W837S
Paternity verified
Both codons strongly conserved across
species- 50 controls negative
•
•
•
•
•
•
•
•
•
PSJ130557- died 2005
Fam hist: neg
Opt Atrophy (7 y)NO DM or DI
Progressive hearing loss
(2y)
Delayed milestones
Short stature (150 cm)
Progressive movement
disorder (ataxia/dystonia)
Striking neuropathology (cp
to Mohr-Tranebjaerg
syndrome)
Autosomal dominant optikus atrofi,sensorineural HN- som
følge af en ny WFS1 mutation, E864Kafdæmpet Wolfram syndrom!
I:1
III:2
III:1
II:1
III:3
III:4
DNA
DNA
DNA
DNA
N
IV:6
IV:3
IV:1
D4S394 4 1
WFS1:E864K
IV:2
D4S394 4 2
IV:7
IV:4
IV:8
IV:5
D4S394 3 2
WFS1:N
D4S394 3 1
WFS1: N
DNA
DNA
DNA
V:2
D4S394 4 2
WFS1:E864K
V:8
D4S394 4 1
V:1
D4S394 4 2
WFS1: E864K
N
V:18
V:7
V:9
DNA
N
N
VI:3
D4S394 2 3
VI:4
VII:2
D4S394 4 1
WFS1:E684K
V:17
V:12
D4S394 3 4
V:11
V:13
V:14
D4S394 2D4S394
4
2 4
WFS1: N
GJB2: N
GJB6: N
Neg A3243G
N
N
VII:3
VII:4
WFS1 mutation kan også gi AD kompleks
sygdom (LFSNHL, optikus atrofi, DM,
psykiatriske symptomer
eller autosomal recessiv Wolfram
syndrom
Eiberg H et al, J Med Genet 2006;43: 435-440
Audiologiske hints til specifikke gener:
LFSNHL og WFS1
I:1
II:1
I:2
•
•
•
II:2
+
III:1
III:2
+
IV:5
+
•
+
+
+
IV:7
IV:8
IV:9
IV:10
IV:11
IV:12
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
V:6
V:7
V:8
V:9
+
+
+
+
+
•
•
+
IV:6
+
5
+
III:3
+
VI:1
VI:2
+
+
+
V:10
+
+
+
WFS1: DFNA6/14/38:
8 kodende exons
Bille M et al, 2001
+
V:11
V:12
V:13
V:14
+
+
+
+
V:11
Kobling til 4p16.1
WFS-1 mutation T699M/N identificeret–
Nedarves i perfekt co-segregation med HN
Ingen diabetes mellitus, psykiatriske abn.
eller optikus atrofi
125
250
500
1000 2000 4000 8000
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
V:11, 12y and 28y
OPA1 relatert dobbelt sansehandicap
Autosomal dominant arv
(genet er på et ikke-kønskromosom)
• Hørenedsættelse i alle
generationer.
• Risiko er 50 % for en
hørehæmmet at få hørehæmmet
barn.
• Drenge og piger rammes lige ofte
• Ca 20% af NSSNHL er Aut Dom.
OA+ auditory neuropathy+ gait abn associated with
de novo OPA1- mutation: p.G439V/N
MR700228: 40-year-old Swedish
female
De-novo OPA1 mutation associated
with OA+auditory neuropathy
I:3
II:4
I:4
II:3
N
I:1
II:1
III:3
I:2
II:2
III:1
N
III:2
III:4
↖
IV:1
IV:2
IV:3
OPA1: exon 14: c.1316G>T: p.G439V/N
Exon 14: c.1443+23G>A: IVS14+23G>A
• At 7 y:SNHI 40-60 dB HL at
all frequencies, progressive
auditory neuropathy
• At 8 y: OA- now legally blind
• At 28 y: polyneuropathy,
ataxia,liver dysfunction
• Cerebral MRI: N
• Muscle biopsy not analyzed
• 4-year-old daughter not
examined
Similar to :Liguori M et al, 2008/ Amati-Bonneau P et al, 2008:
p.G439V/N in father/daughter: OA, SNHL, ataxia, cerebellar atrophy, abnormal
mitochrondria, RRFs, elevated se-lactateR445H and S545R also associated with auditory neuropathy
Next-Generation Sequencing
for deafness mutation diagnosis
and gene identification
Molecular diagnosis in known deafness genes:
• High throughput sequencing of all known deafness genes after arraybased capture of patient DNA
Identification of novel deafness genes:
• High throughput sequencing of entire linkage intervals after array-based
capture of patient DNA
• Human Exome capture and high throughput sequencing
(About 85% of disease-causing mutations are typically found in the
coding region or in canonical splice sites)
Future strategy
Powerful NGS technology will provide improved
genetic epidemiological data- and solve many of
the AD and AR families with linkage powerAnd provide more reliable frequency data for
Caucasian/non-Caucasian HI genes
Genes to be tested will depend on:
• Audioprofiling will contribute some
• Broader clinical assesment still crucial
• Frequent occurrence worldwide or more locally
Dagens anbefalinger
• Indsaml blodprøver også fra forældre (og
søskende)
• Tolkningen er en stor udfordring
• Grundig kliniske data afgørende
• Parathed til at møde overraskende fund (ex
mutation i Usher gen hos en pt med
tilsyneladende NSSNHL: ikke-diagnosticeretUsher? Eller klinisk variation ved mutationer i det
gen?)
• Filtreringsprocessen af rådata meget vigtig
Usher syndrom
Usher syndrom- klinik
Type
USH1
(5 store gener)
USH2
(2 store
gener)
USH3
(1 gen)
Hørenedsættelse
Stabil
profundt
Medfødt
Stabil eller let
progredierende
mild til svær i
høje frekvenser
Progressiv
Vestibulær
funktion
Tab af nattesyn
Tab af synsfelt
Frekvens
Fraværende
Før 10 år
Før pubertet
(10 år)
33-44 %
Variabel
(25 år)
56- 67 %
Variabel
2-42 %
Normal
Variabel
I puberteten
(generelt)
Variabel
Kendte Usher gener
MEN: RP+ HN er ikke altid= Usher syndrom (artikel)
Diagnostisk flow –Usher syndrom
Foreløbige erfaringer med micro array (Asper)
undersøgelse for Usher syndrom
•
•
•
•
N= 114 patienter, 14 ikke us.
N= 100 undersøgte, 52 normal, 3 uafsluttede
To mutationer påvist hos 30 patienter
En mutation påvist hos 15 patienter
45% med mindst 1 mutation
Patienterne henvist fra mange steder
Mutationsspektret i aktuelle 612 Usher
mutationer i 9 Usher gener dækker «ikkeCaucasisk» baggrund dårligt
CDH23 mutationer: Usher eller ”kun” døvhed
Iransk familie bosat i DK/Norge
Tranebjaerg L et al (2011) Chapter 11: Usher syndrome: Diagnostic utility of the
Asper Biotech’s Genotyping Microarray.
NGS analyse for Usher syndrom
Gene
Protein
Exons
mRNA (bp)
MYO7A
myosin VIIA
49
7465
USH1C
Harmonin
27
3246
CDH23
cadherin-related 23
69
11134
PCDH15
Proto-cadherin-related 15
69
11134
USH1G
SANS
3
3561
USH2A
Usher syndrome 2A
72
18883
WHRN
whirlin
12
4102
GPR98
G-protein coupled receptor 98
90
18920
CLRN1
clarin 1
4
2359
373
76691
Total
Private syndrometr
Syndromale pts med dysmorfologi
• Private kromosom syndromer
• Sjældne udviklingsforstyrrelser
• Array CGH* er en potent specialkromosomanalyse metode
• Ex: 8 voksne med døvhed + autisme: arrayCGH og
CHARGE analyse fandt ætiologien hos 3/ 8!!!
• *Array CGH (Comparative Genome Hybridization)
KROMOSOMSYNDROMER
MONOGENE SYGDOMME
Kromosomale syndromer: Down syndrom, Turner syndrom
1Mb (4 Mb) er mindste synlige deletion
Monogene sygdomme: CF, Føllings sygdom (PKU),
Huntington chorea
5 kb- 1Mb : størrelsen på et gen
-Monogene sykdommer kan ikke diagnosticeres v.hj.a.
mikroskopisk kromosomanalyse
-Kromosomabnormitet medfører at mange gener er
deleteret/duplikeret
FISH/ array CGH: nye molekylære kromosommetoder
Eksempler på strukturelle kromosomavvik
Meget små ubalancer i
kromosom
konstitutionen kan ikke
ses ved mikroskopisk
kromosomanalyse, men
kræver CGH analyse
Comparativ genom
hybridisering
Kromosom 13qdeletion
• EM081099: del13(q32.3-q34)
• 7 år gl pige, svært MR, lav FV, corpus callosum
agenesi, microcephali, trigonocephali,
udviklingsanomali af hjernecortex,
dybtliggende øjne,hypertelorisme, epicanthus
fold, cortical synsproblematik(?), strabismus,
dysplastiske ører, hørenedsættelse, høj
hvælvet gane, abnormt placeret tomler,
Kromosom 13q deletion
↓
del13(q32.3-q34)
Dysmorfologi
Størrelse og lokalisering af
deletion vha array CGH
Kirchhoff M et al, Am J Med Genet A 149A(5): 894-905, 2009.
Kromosom 13del