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 syns- og 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)

Wilhelm Johannsen Centre for Functional Genome Research, Døvhedssyndromer Hørenedsættelse Neurologi Synsproblemer Hjerteproblemer Hud/hår/pigment 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 Stofskifte

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 syndrome- Follow-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 syndrom- HN skyldes auditiv neuropati 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 følesans-kørestolsbundet 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 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) Mohr-Tranebjaerg syndrome (MIM304700) suspected : TIMM8A: N N/N R818C/N R818C/N R818C/W837S WFS1: R818C/W837S Paternity verified Both codons strongly conserved across species- 50 controls negative

Autosomal dominant optikus atrofi,sensorineural HN- som følge af en ny WFS1 mutation, E864K- afdæmpet Wolfram syndrom! 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 WFS1: DFNA6/14/38: 8 kodende exons Bille M et al, 2001 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 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 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 N N ↖ OPA1: exon 14: c.1316G>T: p.G439V/N Exon 14: c.1443+23G>A: IVS14+23G>A 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-lactate- R445H 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 array-based 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 power- And 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-diagnosticeret-Usher? Eller klinisk variation ved mutationer i det gen?) Filtreringsprocessen af rådata meget vigtig

Usher syndrom

Usher syndrom- klinik Type Hørenedsættelse Vestibulær funktion Tab af nattesyn  Tab af synsfelt Frekvens USH1 (5 store gener) Stabil profundt Medfødt Fraværende Før 10 år Før pubertet (10 år) 33-44 % USH2 (2 store gener) Stabil eller let progredierende mild til svær i høje frekvenser Normal I puberteten (generelt) Variabel (25 år) 56- 67 % USH3 (1 gen) Progressiv 2-42 %

Kendte Usher gener MEN: RP+ HN er ikke altid= Usher syndrom (artikel)

Diagnostisk flow –Usher syndrom

N= 100 undersøgte, 52 normal, 3 uafsluttede 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 «ikke-Caucasisk» 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 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   Total 373 76691

Private syndrometr

Syndromale pts med dysmorfologi Private kromosom syndromer Sjældne udviklingsforstyrrelser Array CGH* er en potent special- kromosomanalyse 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) Størrelse og lokalisering af deletion vha array CGH Dysmorfologi Kirchhoff M et al, Am J Med Genet A 149A(5): 894-905, 2009.

Kromosom 13del