Syndromologie der mentalen Retardierung (MR) Abteilung für Humangenetik S. Hoffjan / B. Miterski SS 2017
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Mentale Retardierung / geistige Behinderung
Prävalenz 1,5-2% Genetische Ursachen: mind. 50% Syndromal / nicht-syndromal
Klassifizierung IQ ICD-10
Lernbehinderung/ unterdurchschnittliche Intelligenz
70-84
Intelligenzminderung <70
leicht 50-69 F70
mäßig/mittelgradig F71
schwer F72
schwerst F73
Auch syndromale Erkrankungen OHNE mentale Retardierung!
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Symptome ↓ kognitive, sprachliche und soziale Fähigkeiten Säuglingsalter: muskuläre Hypotonie, ↓ Blickkontakt,
↓ motorische Aktivität in früher Kindheit abnormes Spielverhalten, verzögertes Erreichen
der Entwicklungsstufen
Ursachen vorgeburtliche Schädigung: Infektion, C2H5OH… unter Geburt: Hirnschädigung, O2-Mangel Enzephalitis, Hirnblutung, Trauma, Tumor genetische Ursachen: Down-Syndrom, Fragiles X-Syndrom,
Rett-Syndrom …
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Aufgabe der Humangenetik?
Bei gezielter Verdachtsdiagnose: ggf. molekulargenetische Bestätigung Beratung der Familie hinsichtlich Wiederholungsrisiko, Risiko für
weitere Familienmitglieder Bei unklarer Diagnose: ggf. Versuch der Zuordnung zu einem
übergeordneten Syndrom
• Ätiologisch definiertes Muster multipler Anomalien • Anomalien pathogenetisch wahrscheinlich korreliert,
Zusammenhang aber oft wenig aufgeklärt
Syndrom
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Wann sollte man an ein Syndrom denken?
Entwicklungsstörung Angeborenen Fehlbildungen Herzfehler Lippen-Kiefer-Gaumenspalte Gliedmaßenveränderungen etc.
Kleineren Abweichungen von der normalen Körperform (Dysmorphien) Ohrform Augenabstand, Augenform Nasenform etc.
von
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Dysmorphiezeichen Minimale Abweichungen von der Norm, die durch eine
Wachstumsstörung in der Embryonal- bzw. Fetalperiode verursacht werden können Können auch in der Normalbevölkerung vorkommen Hinweis auf eine Chromosomenstörung oder ein genetisches
Syndrom, wenn sie zusammen mit geistigen und körperlichen Entwicklungsstörungen auftreten Kombination von Dysmorphiezeichen Auch durch exogene Noxen hervorrufbar!
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Klinisch genetische Untersuchung
Anamnese Familienstammbaum Untersuchung: von Kopf bis Fuß Gesichtsdysmorphien? Hautauffälligkeiten? Hände/Füße
Fotodokumentation! Messung von Längen und Spannen Analyse der Symptome
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Zusatzuntersuchungen
Je nach Fragestellung: Laboruntersuchungen Sonographie EEG MRT Augenärztliche Untersuchung Hörtest u.a. (Verdachts-)
Diagnose?
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Warum muß ein Syndrom „einen Namen bekommen“ ?
Mehrere Fehlbildungen bei einem Patienten: Zufall oder Zusammenhang? Genetisch bedingt? Beratung über Wiederholungsrisiko
und Erbgang Prognose, Suche nach weiteren Fehlbildungen,
Optimierung der Therapie Ggf. Pränataldiagnostik Anschluß an die Selbsthilfegruppe Keine weitere diagnostische Odyssee
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Augen
Verschiedene Dysmorphien werden anhand von Beispielfotos demonstriert Lidachsenstellung Augenabstand Hypertelorismus Hypotelorismus
Irisheterochromasie
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Ohren
Verschiedene Dysmorphien werden anhand von Beispielfotos demonstriert Tiefsitzende, nach hinten rotierte Ohren Ohrmuscheldysplasien Ohrkerben
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Nase
Verschiedene Dysmorphien werden anhand von Beispielfotos demonstriert Breite Nasenwurzel Nach vorne gerichtete Nares Eingesunkene Nasenwurzel
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Mund
Verschiedene Dysmorphien werden anhand von Beispielfotos demonstriert Evertierte Unterlippe Schmales Lippenrot Neonatale Zähne Verstrichenes Philtrum
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Hautauffälligkeiten
Verschiedene Dysmorphien werden anhand von Beispielfotos demonstriert Helles, spärliches Kopf- und Körperhaar
(Ektodermaldysplasie?) Hypertrichosis Café-au-lait-Flecken Neurofibrome
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Hände/Füße
Verschiedene Dysmorphien werden anhand von Beispielfotos demonstriert Klinodaktylie Syndaktylie Polydaktylie Arachnodaktylie Brachydaktylie
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Organfehlbildungen Herzfehler Nierenfehlbildungen Fehlbildungen des ZNS Fehlbildungen der Gastrointestinalorgane Lippen-Kiefer-Gaumenspalte Fehlbildungen der Geschlechtsorgane u.v.a.
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Analyse der Symptome
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Probleme der Syndromologie Vielzahl beschriebener Syndrome: mehrere Tausend Seltenheit vieler Syndrome Viele verschiedene Symptome mit oft sehr starker Variabilität der
Ausprägung Schwierige Nomenklatur
Erstbeschreiber („Down-Syndrom“) Pathomechanismus (Mikroduplikation 11p13) Akronym (VACTERL-Assoziation)
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Genetische Diagnostik
Chromosomenanalyse Array-Analyse
Einzelgensequenzierung
(Sanger)
Deletion
Exon 1 Exon 2 Ex 3 Exon 4
Einzelgen-Sequenzierung:
Genom
alle 3 x 109 Basenpaare:
Exom alle Exons:
T C G A T G A
Next-generation sequencing (NGS)
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Die Exons sind die 1-2% des Genoms, die die Proteine kodieren.
Exon Exon Exon Intron Intron Intron
Gen
Protein
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2001: 100 Millionen $ pro Genom
2017: ca. 1000 $ pro Genom
Entwicklung der Kosten pro Genom
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Genom- Sequenzierung
Exom- Sequenzierung
Panel- Untersuchung
Untersuchung einer Gruppe von Genen für eine bestimmte Erkrankung
Bislang v.a. auf Forschungsbasis; Identifizierung neuer Krankheits-gene und -mechanismen
Brustkrebs
BRCA1 BRCA2 PALB2 PTEN
STK11 ATM CDH1 TP53
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Adaptiert nach Vissers, Nature Reviews Genetics 2014
Source: PubMed August 2014 Nach: Mak and Chung, Med Sci. 2014
1975 1970 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
10%
20%
30%
40%
50%
60%
Diag
nost
ische
r Erf
olg
Jahr
Genetische Diagnostik für geistige Behinderung
Chromosomen
FISH, Sanger-Sequenzierung
Array
Exom- und Genom-sequenzierung
Viele Gene gleichzeitig untersuchbar mehr Diagnosen Viele neue Gene für seltene Erkrankungen entdeckt
NGS – Vorteile und Möglichkeiten
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NGS – Schwierigkeiten Große Datenmengen, schwierige Auswertung
Unklare Varianten
Variant of unknown significance, VUS
vermutlich krankheits-verursachend
vermutlich harmlose Normvariante
Ertrunken in NGS-Daten…?
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NGS – ethische Aspekte
Achtung: ! Beispiel: Exomanalyse bei unklarer Muskelerkrankung
Zusatzbefund: Mutation im BRCA1-Gen
Welche sollen/können/müssen mitgeteilt werden? Tumorprädisposition? Anlageträgerschaft für rezessive Erkrankungen? Spätmanifeste Erkrankungen
Wichtig: ausführliche Aufklärung und Einverständniserklärung!
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Syndromale Stigmata weisen auf eine bestimmte Diagnose hin
Uncharakte- ristische Befunde
Stammbauminformationen: autosomal dominant, rezessiv oder X-chromosomal?
Abklärung einer Entwicklungsstörung
Verdachtsdiagnose
Gezielte genetische Diagnostik
• Chromosomenanalyse oder • FISH-Analyse oder • Array-Analyse oder • Molekulargenetik
Keine Verdachtsdiagnose
Chromosomenanalyse
Array-Analyse
Fragiles X-Syndrom
wenn unauffällig
wenn unauffällig
wenn unauffällig
Panel-Diagnostik oder Exomsequenzierung
Ggf. auf Forschungsbasis
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Fallbeispiel 1
flaches Mittelgesicht Ansteigende Lidachsen Große Zunge Vierfingerfurche Sandalenlücke
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Trisomie 21
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metazentrisch submetazentrisch akrozentrisch
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Reziproke Translokation
Robertson‘sche Translokation
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• Alle Gameten enthalten das Translokationschromosom 21/21 oder kein Chromosom 21
• Monosomie 21 nicht lebensfähig • Risiko für Kind mit Trisomie 21: 100%
Robertson‘sche Translokation 21/21
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Fallbeispiel 2
Typische Symptome des Fragilen X-Syndroms anhand von Bildern erkennen
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Fragiles X-Syndrom
Synonyme: Martin-Bell-Syndrom, Marker X-Syndrom, FraX- Syndrom Häufigkeit: ♂ 1:4000 ♀ 1:8000 Symptomatik
Motor. + mentale Entwicklungsverzögerung Hyperaktivität Aggressivität Autistische Wesensmerkmale Krampfleiden Langes, ovales Gesicht, prominentes Kinn, große Ohren, große Hoden
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Fragiles X-Syndrom
Zytogenetische Diagnostik: Brüche der X-Chromosomen an bestimmten Stellen
seit 1991 molekulargenetische Untersuchung möglich
(CCG)n
Exons Untranslatierter Bereich
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Trinukleotidrepeat-Expansion im 5‘untranslatierten Bereich des FMR1-Gens (CGG) 6-55 bei Gesunden
(CGG) 55-200 Prämutation
(CGG) 200- > 1000 Vollmutation
FMR1-Gen
Prämutation: → kein FraX-Syndrom → Vollmutation in der nachfolgenden Generation ♂ Prämutationsträger (seltener ♀) entwickeln late-onset
neurodegenerative Erkrankung (FraX assoz. Tremor/ Ataxie-Syndrom)
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CGG-Expansion führt zu verstärkter Methylierung von
CpG-Inseln im 5‘UTR von FMR1 und zu verminderter
Histonacetylierung
→ DNA wird dichter verpackt und damit unzu-
gänglich gemacht (keine FMR1-Expression)
FMR1-Gen
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Prämature Ovarialinsuffizienz
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Southern Blot
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Amplidex® FMR1 PCR-Kit
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FMR1-Gen
FMR1 = RNA-bindendes Protein, unterdrückt die
Translation der gebundenen mRNAs
regulierte Gene z.B. beteiligt am Aufbau des
Zytoskeletts, an synaptischer Transmission oder an
neuronaler Reifung
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FMR1-knockout Maus
ähnliche Symptome:
- Hyperaktivität
- Epilepsie
- Hodengröße ↑
↓ Lernvermögen: kognitive Fähigkeiten
Maus ↔ Mensch
Syndromologie 11.5.2017 44
FMR1-knockout Maus
Konditionierung Blinkreflex: FMR1-knockout Mäuse + FraX- Patienten beeinträchtigt
Schutzreflex des Augenlids
unkonditionierter Reiz = Luftstoß auf Augapfel
konditionierter Reiz = Ton (beginnt vor Luftstoß und endet mit
ihm)
→ nach einigen Versuchen wird Auge geschlossen, bevor der Luftstoß das Auge erreicht
Syndromologie 11.5.2017 45
FMR1-knockout Maus
Therapeutische Bedeutung:
Blinkreflex als Parameter, um Wirksamkeit möglicher
Therapie zu messen
Syndromologie 11.5.2017 46
Fragiles X-Syndrom
X-chromosomaler Erbgang
50% Risiko für Kinder von Trägerinnen der Prä-/
Vollmutation, die Mutation zu erben
Vollmutation entsteht nie aus Normalallel
Verlängerung des repeat-Blocks nur bei Vererbung durch
Mutter
Syndromologie 11.5.2017 47
Fragiles X-Syndrom
Vererbung der Prämutation vom Vater an Tochter: ∅ Vollmutation
1/5 ♂♂, 1/3 ♀♀ Vollmutationsträger: ∅ Krankheitszeichen (↓ Penetranz)
je länger Trinukleotidblock, desto größer die Wahrschein-lichkeit weiterer Verlängerungen
Syndromologie 11.5.2017 48
XY XX
XX XX XY XY XX
Fragiles X-Syndrom
Syndromologie 11.5.2017 49
Fallbeispiel 3
Symptome des Rett-Syndroms Außer Waschbewegungen der Hände KEINE typischen
syndromalen Stigmata
Syndromologie 11.5.2017 50
Rett-Syndrom
Erstbeschreibung 1966: Wiener Neuropädiater Dr. Andreas
Rett
Entwicklungsstörung des ZNS: mentale Retardierung,
Mikrozephalie, Verlust expressiver Sprache + Handgebrauch
Eine der häufigsten Ursachen geistiger Retardierung bei ♀♀
Häufigkeit ≤ 1:10.000 ♀♀
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Diagnosekriterien 2010 für typisches Rett-Syndrom 1. Rückentwicklung gefolgt von Stabilisierung 2. Erfüllung aller Haupt- und Ausschlusskriterien 3. Erfüllung der Zusatzkriterien nicht notwendig
Hauptkriterien: 1. Verlust erworbener Handfunktionen 2. Verlust der Sprachentwicklung 3. Gangstörungen 4. Handstereotypien: waschende, knetende Bewegungen
Ausschlusskriterien: 1. Erworbene Störung des Gehirns (Trauma, Infektion, u.a.) 2. Gestörte psychomotorische Entwicklung in den ersten 6
Lebensmonaten
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Diagnosekriterien für atypisches Rett-Syndrom
1. Rückentwicklung gefolgt von Stabilisierung 2. Erfüllung von mindestens 2 Hauptkriterien 3. Erfüllung von 5 Zusatzkriterien
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Zusatzkriterien für atypisches Rett-Syndrom
1. Atemregulationsstörungen 2. Zähneknirschen 3. Auffälliges Schlafverhalten 4. Hypotonie im Anfangsstadium, später Spastizität 5. Periphere vasomotorische Störung 6. Skoliose 7. ↓ Wachstum 8. Kleine, kalte Hände und Füße 9. Unangemessenes Lachen oder Schreien 10.Fehlendes Schmerzempfinden 11. Intensive Kommunikation mit den Augen
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Ann Neurol. 2010; 68(6):944-950
Atypisches Rett-Syndrom
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Molekulargenetik
Familiäre Fälle in < 1%
Mutationen im X-chromosomalen MeCP2-Gen
(Transkriptionsfaktor)
Letalität im hemizygoten Zustand ♂♂ ?
95-97% mit klassischem Rett-Syndrom, 50-70% mit
atypischem Rett-Syndrom: Mutation in MeCP2
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MeCP2 (Xq28)
Methyl-cytosin-binding-protein-2
Rolle bei Transkriptionsregulation
MeCP2 bindet an CpG-Inseln
stärkere Kondensation des Chromatins
Gene: ↓ Transkription
Syndromologie 11.5.2017 57
MeCP2 (Xq28)
MeCP2-Funktionsverlust: ZNS - Entwicklungsgene nicht
inaktiviert
Fehlregulierte Gene teilweise geklärt (Bdnf, Dlx5, Ube3a,
Gabrb3)
Warum nur das ZNS betroffen ?
Syndromologie 11.5.2017 58
MeCP2 (Xq28)
Mutationsspektrum: Einzelbasenaustausche, Deletionen,
Insertionen
Syndromologie 11.5.2017 59
MeCP2 (Xq28)
CAVE: Polymorphismen
Nachweis pathogener Mutation sichert Diagnose
Unterschiedliche Ausprägung des Rett-Syndroms durch
verschiedene Mutationen (nonsense, missense usw.) und
unterschiedliche X-Inaktivierungsmuster
Syndromologie 11.5.2017 60
MeCP2 (Xq28)
Keimzellmosaik
günstige X-Inaktivierung bei mutationstragender Mutter
→ 50% Wdh-Risiko (durch molekulargenetische Unter-
suchung der Mutter weitestgehend auszuschließen)
Syndromologie 11.5.2017 61
X-Inaktivierung
Dosiskompensationsmechanismus
In weibl. Zellen ist eines der beiden X-Chrom. inaktiviert
Väterlicher oder mütterlicher Herkunft In verschiedenen Zellen des gleichen Individuums kann
entweder das eine oder das andere X-Chromosom inaktiv sein (zufälliges Ereignis)
Die Inaktivierung erfolgt in der frühen Embryogenese
Syndromologie 11.5.2017 62
X-Inaktivierung
In allen Tochterzellen wird immer das gleiche X-Chromosom inaktiviert wie in der Zelle, von der diese abstammt
Statistische Verteilung der Inaktivierung = 1:1
Durch Verschiebung des Gleichgewichts kann es zu überwiegender Inaktivierung des väterl. oder mütterl. X- Chromosoms kommen
Wird bei Frauen mit MeCP2-Mutation überwiegend das mutationstragende X-Chromosom inaktiviert, so ist evtl. ausreichend funktionsfähiges MeCP2 vorhanden
Syndromologie 11.5.2017 63
MeCP2 (Xq28)
Mutationen in MeCP2 bei Jungen
Klinisches Bild: schwere Enzephalopathie bis unbestimmte
mentale Retardierung, ohne klassische klinische Kriterien-
erfüllung
Syndromologie 11.5.2017 64
Molekulargenetik
Paneluntersuchungen für Rett-/ atypisches Rett-Syndrom
ALDH5A1, ARX, BDNF, CDKL5, CNTNAP2, FOXG1, FOXP2, IQSEC2, KCNA2, KCNQ2, MECP2, MEF2C, NRXN1, NTNG1, PLP1, SCN2A, SCN8A, STXBP1, TCF4, UBE3A, ZEB2
Mehr Fälle klärbar, aber längst nicht alle!
Syndromologie 11.5.2017 65
Syndromologie
Versuch der Einordnung von verschiedenen Symptomen zu
übergeordneten Syndromen
Wiederholungsrisiko!
ggf. Therapiemöglichkeiten
Pränataldiagnostik
In vielen Fällen keine Einordnung möglich
Verlaufsbeobachtung
Syndromologie 11.5.2017 66
Syndromologie
Vielen Dank.