Μοριακή γενετική διερεύνηση ασθενών με πρώιμη επιληπτική και πρώιμη μιτοχονδριακή εγκεφαλοπάθεια

Abstract

Introduction: Developmental and epileptic encephalopathies (DEEs) are a specific category of epileptic syndromes and are caused due to defects in neuron-expressed genes encoding for either channels, or proteins that have crucial role in the correct function of synapses, or transcription factors (as well as other proteins) with regulatory action in various cellular processes. To date over 100 different DEEs have been described and almost daily new genes are discovered and associated with this clinical entity. Genetic diagnosis of DEEs involves the detection of pathogenic or likely pathogenic variants in a potentially large number of genes, and this constitutes a large challenge. The broad phenotypic heterogeneity, the overlap of clinical features between different epileptic syndromes and the large number of genes involved in epileptogenesis make differential diagnosis difficult, and thus the identification of the specific genetic defect(s) and the underlying mechanism(s) are necessary for a final diagnosis in most patients. Aim: The present work aims to study the underlying genetic mechanisms that lead to epileptogenesis in patients with DEE through the targeted screening for variants in previously associated genes (MECP2, CDKL5, FOXG1, ARX, SCN1A or POLG) and, in epilepsy patients with or without accompanying global developmental delay via Next generation sequencing (ΝGS). The overall study will also include the pattern of X-inactivation in females with variants in X-linked genes, the recording of phenotypic heterogeneity, the submission of novel variants in databases according to their classification, the search for new genotype-phenotype associations and the comparison of the diagnostic yield using different molecular techniques. Materials and Methods: 48 patients were studied for variants in CDKL5 and FOXG1 genes, 42 in ARX, 6 in POLG, 122 in MECP2 and 270 in SCN1A. With NGS 107 patients were studied. Results: NGS detected pathogenic or likely pathogenic variants in 64 patients leading to a diagnostic yield of 59,8%, in comparison to targeted gene studies that resulted in a diagnostic yield of 9,88%. Amongst the variants observed, there are molecular defects in new genes or in genes not yet clearly involved in epileptogenesis, whereby such results potentially contribute to the elucidation of new, or clearer characterization of existing clinical entities. Conclusions: The current diagnostic approach is clearly more efficient with the use of NGS than the targeted screening of a single gene or the use of epilepsy gene panels as recorded by international guidelines when testing for epilepsy syndromes. The ability to reanalyze NGS data contributes to the final diagnosis of the patients due to the continuous discovery of new genotype-phenotype associations; while the discovery of unexpected genetic defects reflects the ever-evolving knowledge of the genetic background underlying epileptogenesis.

Εισαγωγή: Οι αναπτυξιακές και επιληπτικές εγκεφαλοπάθειες (ΑΕΕ) αποτελούν μία υποκατηγορία επιληπτικών συνδρόμων με την γενετική βάση να αφορά κυρίως σε γονίδια που κωδικοποιούν για διαύλους, πρωτεΐνες απαραίτητες για την ορθή λειτουργία των συνάψεων, μεταγραφικούς παράγοντες καθώς και για άλλες ρυθμιστικές πρωτεΐνες με ρόλο σε βασικές κυτταρικές διεργασίες. Μέχρι σήμερα, καταγράφονται περισσότερες από 100 διαφορετικές ΑΕΕ ενώ σε καθημερινή βάση ανακαλύπτονται και νέα γονίδια που σχετίζονται με αυτήν την κλινική εικόνα. Η γενετική διάγνωση των ΑΕΕ αφορά την ανίχνευση παθογόνων ή πιθανώς παθογόνων παραλλαγών σε ένα (ή περισσότερα) γονίδια και συνιστά μια τεράστια πρόκληση. Η μεγάλη φαινοτυπική ετερογένεια, η αλληλοεπικάλυψη κλινικών χαρακτηριστικών ανάμεσα στα διαφορετικά επιληπτικά σύνδρομα καθώς και ο μεγάλος αριθμός γονιδίων που εμπλέκονται στην επιληπτογένεση δυσχεραίνουν τη διαφορική διάγνωση και καθιστούν την αποκάλυψη της γενετικής βλάβης και του υποκείμενου μηχανισμού απαραίτητα για την τελική διάγνωση. Σκοπός: Η παρούσα μελέτη έχει ως σκοπό την μελέτη των υποκείμενων γενετικών μηχανισμών επιληπτογένεσης με στοχευμένη μελέτη παραλλαγών των γονιδίων MECP2, CDKL5, FOXG1, ARX, SCN1A ή POLG, σε ασθενείς με ΑΕΕ ή μέσω αλληλούχησης επόμενης γενιάς (Next generation sequencing, ΝGS) ασθενών με σπασμούς με ή χωρίς συνοδή ψυχοκινητική καθυστέρηση. Στην ευρύτερη προσέγγιση περιλαμβάνεται και η μελέτη του προτύπου απενεργοποίησης του χρωμοσώματος Χ σε περιπτώσεις ανίχνευσης παραλλαγών σε φυλοσύνδετα γονίδια σε θήλεα άτομα, η καταγραφή φαινοτυπικής ετερογένειας και η καταχώρηση νέων παραλλαγών σε βάσεις δεδομένων σύμφωνα με την παθογονικότητα τους, η αναζήτηση νέων συσχετίσεων γονοτύπου- φαινοτύπου και η σύγκριση της διαγνωστικής απόδοσης των διαφορετικών τεχνικών. Υλικά και μέθοδοι: Μελετήθηκαν 48 ασθενείς με στοχευμένο έλεγχο των γονιδίων CDKL5 και FOXG1, 42 στο γονίδιο ARX, 6 στο γονίδιο POLG, 122 στο γονίδιο MECP2 και 270 στο γονίδιο SCN1A. Με αλληλούχηση επόμενης γενιάς μελετήθηκαν 107 ασθενείς. Αποτελέσματα: Μέσω του NGS ανιχνεύθηκαν παθογόνες ή πιθανώς παραλλαγές σε 64 ασθενείς αναδεικνύοντας ποσοστό συνολικής διαγνωστικής απόδοσης 59,8%, ενώ με τους στοχευμένους ελέγχους διαγνώσθηκε το 9,88% των ασθενών. Στις παραλλαγές περιλαμβάνονται αλλοιώσεις σε νέα γονίδια ή και σε γονίδια που δεν ήταν σαφές ότι εμπλέκονται στην επιληπτογένεση και τα αποτελέσματα συνέβαλαν στον χαρακτηρισμό νέων και την κατανόηση ήδη υπαρχόντων κλινικών οντοτήτων. Συμπεράσματα: Η σύγχρονη διαγνωστική προσπέλαση της γενετικής βάσης των επιληπτικών συνδρόμων είναι σαφώς αποτελεσματικότερη με τη χρήση WES σε σχέση με τη μελέτη μεμονομένων ή και ομαδοποιημένων (panel) γονιδίων όπως καταγράφεται και σε διεθνείς κατευθυντήριες οδηγίες. Η ευελιξία της επανανάλυσης των δεδομένων του NGS συμβάλει στην τελική διάγνωση των ασθενών λόγω της διαρκούς αποκάλυψης νέων συσχετίσεων γονοτύπου-φαινοτύπου, ενώ η αποκάλυψη μοριακής βλάβης διαφορετικής από την αναμενόμενη υπογραμμίζει την διαρκώς εξελισσόμενη γνώση του γενετικού υποβάθρου που οδηγεί σε επιληπτογένεση.