Molekylærgenetisk diagnostik a f CHARGE-syndrom

CHARGE ( coloboma, heart defects, atresia choanae, retarded growth and development, genital anomalies, ear anomalies ) er et genetisk heterogent syndrom med mutationer i genet chromodomain helicase DNA-binding protein 7 (CHD7) hos ca. 60% af patienterne. Der er ingen klar genotype-fænotype-korrelation, men flertallet af mutationspositive patienter opfylder de diagnostiske kliniske kriterier. CHARGE-syndrom skal overvejes hos børn med facialisparese, kolobom og/eller choanalatresi; abnormiteter af det indre og ydre øre er af stor diagnostisk værdi.

CHARGE betegner et kompleks af medfødte misdannelser: coloboma (77-90% af patienterne), heart defects (75-85%), atresia choanae (57-64%), retarded growth and development (58-75%), genital anomalies (34-80%) og ear anomalies (96-100%) [1]. CHARGE blev beskrevet første gang i 1979 i to uafhængige publikationer: Hall [2] præsenterede 17 børn med medfødte misdannelser, inkl. choanalatresi, og Hittner et al [3] beskrev ti patienter, der bl.a. havde kolobom. CHARGE blev foreslået af Pagon et al i 1981 [4] med kravet om, at mindst fire af de seks symptomer, hvoraf et skal være kolobom eller choanalatresi, skal være til stede, for at man kan stille diagnosen. Den estimerede prævalens er 1 ud af 10.000 [5]. CHARGE har været klassificeret som en association, dvs. en kombination af misdannelser, som forekommer hyppigere end forventet og er forårsaget af en teratogen påvirkning af det tidlige embryon [6]. Molekylærgenetiske undersøgelser har afklaret årsagen hos nogle patienter med denne diagnose, idet man i 2004 fandt mutationer i genet chromodomain helicase DNA-binding protein (CHD7) [7]. CHD7 består af 38 exoner og er 188 kb langt. Det kodede protein har indflydelse på kromatinstruktur og genekspression og spiller hermed en vigtig rolle i embryogenesen. Mutationer er fundet hos henholdsvis 65%, 58% og 71% af patienterne med den kliniske diagnose CHARGE-syndrom [8, 10]. Adgangen til molekylærgenetisk diagnostik giver mulighed for at vurdere det kliniske spektrum hos patienter med positivt mutationsfund, og de pågældende familier kan få mere præcis genetisk rådgivning.

Metode

Artiklen er baseret på litteratursøgning i PubMed i perioden fra 1979 til april 2006 med søgeordene: CHARGE syndrome og CHARGE association samt på referencer fra de inkluderede artikler. Hovedvægten er lagt på oversigter samt egne patienters symptomer og molekylærgenetiske fund.

Tre danske patienter med CHARGE-syndrom

Patient 1 (Tabel 1 , Figur 1 ) var 41/2 år. Pigen blev født til forventet termin og havde apgarscore 7/1, 10/5. Der var medfødt højresidig facialisparese, misdannet ydre højre øre med manglende øreflip og øget afstand mellem første og anden tå på begge fødder. Neonatalperioden var præget af spise- og respirationsproblemer. En laryngoskopi, der blev foretaget, da hun var syv dage gammel, viste en højresidig recurrensparese og laryngomalaci, og en oftalmoskopi viste retinakolobomer omfattende papillen på begge øjne. En sekundær atrieseptumdefekt lukkede spontant. Fire måneder gammel fik pigen påvist svært høretab (såvel konduktivt som perceptivt) med behov for høreapparat. Synet var nedsat (-6,5 D dxt./-9 D sin.). Siden ottemånedersalderen blev hun udelukkende ernæret via en perkutan endoskopisk gastrostomi. Natlige respirationsproblemer med stimulationskrævende desaturationer blev siden ellevemånedersalderen behandlet med bilevel positive airway pressure (Bi-PAP) under søvn med god effekt på vægtstigningen og almentilstanden. Den motoriske udvikling var forsinket: Hun kunne sidde alene og gå med støtte, da hun var 21/2 år gammel; hun havde selvstændig gangfunktion, da hun var fire år gammel, men har fortsat store balanceproblemer. Der blev ikke blevet foretaget computertomografi (CT) af det indre øre. Hun benyttede tegnstøttet kommunikation.

Kromosomanalyse og undersøgelse for 22q11-deletion var normale. High resolution komparativ genomisk hybridisering (HR-CGH) viste en de novo interstitiel deletion af den lange arm af kromosom 8 (8q12-q13) inkluderende hele CHD7, og diagnosen var således molekylærcytogenetisk verificeret.

Patient 2 (Tabel 1, Figur 2 ) var ni år og havde medfødte misdannelser i form af højresidig læbe-gane-spalte og store nedre retinakolobomer bilateralt med heraf følgende synsnedsættelse. Venstre tommelfinger var trifalangeal. Der var to små ventrikelseptumdefekter uden hæmodynamisk betydning. Læbe-og ganespalterne blev lukket, da hun var henholdsvis tre måneder og syv måneder gammel. Den motoriske udvikling var forsinket, og hun gik, da hun var 21/2 år gammel. Hun var tidligere lav af vækst med højde-for-alder under 3-percentilen, men som niårig svarende til 10-percentilen; vægt-for-højde lå over 90-percentilen. Vækstfaktorerne var normale. Hørelsen var nedsat med behov for høreapparat. Balancen var dårlig, og hun kunne endnu ikke køre på tohjulet cykel.

Der var tendens til anfald, specielt om morgenen, hvor hun kunne være motorisk usikker, føle alment ubehag og evt. kaste op. Profylaktisk migrænebehandling var uden sikker effekt. Der blev ikke foretaget CT af det indre øre. Pigen havde en let ansigtsdysmorfi i form af en høj, bred næseryg, næse præget af den tidligere læbespalte, små øjenspalter, spids hage, små ører, hvor specielt venstre var kopformet med overfoldning af helix, prominerende anthelix og hypoplastisk øreflip (Figur 2). Der var nystagmus.

Kromosomanalyse, undersøgelse for 22q11-deletion og HR-CGH var normale.

En DNA-analyse (University Medical Centre Nijmegen) viste en trunkerende nonsense- mutation 1 786C > T (Q596X) i exon 3 i CHD7, og diagnosen er således molekylærgenetisk verificeret. Forældrene havde ikke tegn på syndromet og var ikke mutationsundersøgt.

Patient 3 (Tabel 1) var ti år og var født med højresidig facialisparese, misdannelse af højre øre, venstresidig mikroftalmi og partiel syndaktyli af anden og tredje tå på venstre fod. En oftalmoskopi viste et stort retinakolobom inddragende n. opticus i det mikrooftalmiske øje og et mindre højresidigt retinakolobom. Synet på venstre øje var minimalt, men godt på højre øje (+ 1,5 D). En lukkedefekt af højre øje blev behandlet med lateral tarsorafi med god effekt.

Der var svært nedsat hørelse på venstre øre og middelsvært (50-60 dB) høretab på højre øre, hvilket betød behov for høreapparat. En atrieseptumdefekt blev lukket i firemånedersalderen. Pigen var tidligere lav af vækst med højde-for-alder på 3-percentilen, men som tiårig svarende til 25-percentilen; vægt-for-højde lå på 50-percentilen. Den motoriske udvikling havde været forsinket, men intellektuelt fungerede hun normalt. Der var vedvarende balanceproblemer, og hun var endnu ikke i stand til at køre på tohjulet cykel. Bevægeligheden i skuldrene var nedsat med god effekt af fysioterapi. Der var tendens til recidiverende øvre og nedre urinvejsinfektioner. Højre nyre var mindre end venstre og varetog 30% af den samlede nyrefunktion. Der var diskret ansigtsdysmorfi med en høj næseryg og en fyldig næsetip. Ansigtet var præget af facialisparesen. En tidligere markant kraniofacial asymmetri med fremhvælvning af panden på den paretiske side var aftagende.

Kromosomanalyse, undersøgelse for 22q11-deletion og HR-CGH var normale. En DNA-analyse (University Medical Centre Nijmegen) viste en formodet patogen mutation med deletion af fem nukleotider 2504-2508del5 (frameshift ) i exon 8 i CHD7, og diagnosen var således molekylærgenetisk verificeret. Forældrene havde ingen symptomer på CHARGE og blev ikke mutationsundersøgt.

Diskussion
Symptomer

Siden 1981 er de kliniske kriterier for CHARGE blevet revideret flere gange (Tabel 2 ) [5, 11, 12]. Kriterierne stammer fra tiden, før molekylærgenetisk diagnostik var til rådighed. De tre danske patienter opfyldte de diagnostiske kriterier i henhold til Pagon og Blake [4, 5]. De opfyldte ikke Verloes ' kriterier, men dette kan skyldes, at der ikke blev foretaget CT af indre øre. Aplasi/hypoplasi af de semicirkulære kanaler er påvist hos 95-100% af CHD7- mutationspositive patienter, der har fået foretaget CT af det indre øre [8, 9].

Patient 1, som havde en mikrodeletion af 8q, havde CHARGE i sværere grad end patient 2 og 3, hvilket sammenholdt med to tidligere rapporterede patienter [13, 14], der ligeledes havde deletion af hele genet, støtter mistanken om, at deletioner giver en alvorligere fænotype end nonsense- og frameshift- mutationer. Årsagen er formodentlig, at en deletion omfatter flere betydende gener [8]. Som de danske patienter viser, er fænotypen blandt patienter med CHARGE meget varierende. Ansigtsdysmorfien kan omfatte en bred pande, et »firkantet ansigt«, asymmetri, høj næseryg, fyldig næsetip, en lille mund, ptose og buede øjenbryn. Med alderen bliver hagen mere fremtrædende og ansigtet relativt smallere [5]. Ørerne er ofte udstående, lavtsiddende, asymmetriske og kopformede med trekantet concha, lille øreflip og en fortsættelse af antihelix mod helix [15, 16]. Kolobomerne i øjet inddrager sjældent iris [10, 17, 18].

Der er i 2005-2006 publiceret to større opgørelser over CHD7- mutationer hos patienter med CHARGE. I en hollandsk undersøgelse af 107 patienter påviste man unikke mutationer (overvejende nonsense og frameshift ) i CHD7 hos 65% [8]. Tyve ud af 21 mutationer var opstået de novo; i et tilfælde havde en uafficeret mor til et afficeret søskendepar mosaktilstand. Patienterne i opgørelsen havde en meget varierende fænotype uden en tydelig genotype-fænotype-korrelation. Når der tages højde for, at læbe-gane-spalte kan erstatte choanalatresi [16], var der kun en CHD7- mutationspositiv patient, der ikke opfyldte Blakes og Verloes' diagnostiske kriterier. To ud af 27 CHD7- mutationsnegative patienter opfyldte kriterierne. Ingen af de CHD7- mutationsnegative patienter havde deletion af hele genet. Gruppen konkluderede bl.a., at CHARGE fortsat er en klinisk diagnose, og at manglende påvisning af en mutation ikke afkræfter diagnosen. En amerikansk gruppe fandt CHD7- mutationer hos 58% af 110 patienter med CHARGE [9]. Alle ti patienter, der opfyldte Verloes' tre major kriterier havde en CHD7-mutation; 67% af patienterne, der opfyldte tre eller fire af Blakes major kriterier var ligeledes mutationspositive. Der var også i denne opgørelse overvejende tale om trunkerende mutationer resulterende i haploinsufficiens, dvs. en halvering af genproduktet, så det er utilstrækkeligt til at opretholde dets funktion. Seksogfyrre ud af 47 mutationer var opstået de novo; en mutation var nedarvet fra en mildt afficeret mor, og der var et tilfælde af gonademosaiktilstand.

Statistisk signifikant flere CHD7- mutationspositive patienter havde hjertemisdannelse, kolobomer og ansigtsasymmetri. I en mindre, japansk undersøgelse [10] påviste man CHD7- mutationer hos 71% af 24 børn med CHARGE-syndrom. I en fjerde undersøgelse påviste man CHD7- mutationer hos ti aborterede fostre med formodet CHARGE prænatalt. Alle fostre havde postnatalt påvist agenesi/hypoplasi af de semicirkulære kanaler, abnorme ydre ører og manglende rhinencephalon [19].

CHD7 spiller en vigtig rolle i den tidlige embryonale udvikling ved reguleringen af andre gener. I overensstemmelse hermed har ekspressionsanalyser vist korrelation mellem CHD7- ekspressionsmønstret og de i CHARGE-syndrom involverede organer [7, 9, 19]. Ætiologien er genetisk heterogen, og det er sandsynligt, at andre transkriptionsfaktorer er involveret i patogenesen af CHARGE-syndrom blandt CHD7- mutationsnegative patienter [9, 19].

Opgørelser fra tiden før DNA-diagnostik for CHARGE har vist, at balance-, tale- og spiseproblemer, påvirket hørelse/ døvhed, nedsat syn/blindhed, skoliose, autisme og adfærdsproblemer er overrepræsenteret blandt CHARGE-patienter [20-23]. Ætiologien til balanceproblemerne er formentlig multifaktoriel, idet balancefunktionen er afhængig af den visuelle, proprioceptive, vestibulære og cerebellare funktion. Formodentlig spiller påvirket vestibulær funktion en hovedrolle [24].

Blandt 47 CHD7- mutationspositive patienter [8] havde 55% vestibulær dysfunktion, 79% hørenedsættelse, 21% skeletforandringer (60% havde skoliose og en patient havde en trifalangeal tommel), og 98% havde misdannelse af det ydre øre. Autisme og adfærdsproblemer er desværre ikke anført.

Differentialdiagnostik

Følgende syndromer skal overvejes, når der ikke er tale om en tilstand med typisk CHARGE: hemifaciel mikrosomi, der bl.a. er karakteriseret ved ansig tsasymmetri, øremisdannelse og døvhed; Möbius' syndrom, hvor der er parese af diverse kranienerver; 22q11-deletion, der kan have en meget variabel fænotype og vertebral anomalies, anal atresia, cardiac malformations, tracheoesophageal fistula, radial dysplasia, limb anomalies (VACTERL) [5, 25-29].

Udredning

Ved mistanke om CHARGE er der indikation for øjenundersøgelse, ekkokardiografi, ultralydskanning af nyrer og urinveje og endokrinologisk udredning ved uafklarede vækstproblemer eller genital hypoplasi [5, 18, 30, 31]. Mutationsopgørelserne viser, at flertallet af CHD7- mutationspositive patienter opfylder de diagnostiske kriterier. Umiddelbart er Blakes kriterier mest anvendelige i klinisk praksis, idet Verloes' kriterier kræver, at der foretages CT af det indre øre (Tabel 2).

Kromosomabnormiteter er beskrevet hos patienter med CHARGE-syndrom eller et CHARGE-lignende billede, og det er derfor i alle tilfælde indiceret at foretage kromosomanalyse og undersøgelse for 22q11-deletion [17, 25, 26, 32-34]. CGH-undersøgelse for andre submikroskopiske forandringer kan foretages, hvis de kliniske kriterier ikke er opfyldt, og/ eller patienten har flere misdannelser. Der er indikation for mutationsundersøgelse af CHD7, hvis patienten opfylder de kliniske kriterier, og hvis der efter normale fund ved ovenstående undersøgelser fortsat er mistanke om CHARGE. Abnormiteter af det indre og ydre øre har stor prædiktiv værdi. Fremtidige undersøgelser må vise værdien af hjertemisdannelse, koloboma og ansigtsasymmetri som indikatorer for CHD7- mutation.

I familier med en påvist CHD7- mutation eller deletion som årsag til CHARGE bør risikoen for gonademosaiktilstand føre til tilbud om prænatal diagnostik.

Konklusion

CHARGE er et syndrom med varierende fænotype, der påvirker mange organsystemer og hermed har væsentlig indflydelse på individernes og familiernes liv. Der bliver hvert år født mindst seks børn med CHARGE-syndrom i Danmark. Det er af stor vigtighed at stille diagnosen hurtigt efter barnets fødsel for at kunne vejlede og intervenere med behandling på relevante tidspunkter i barnets liv. Det er fortsat primært en klinisk syndromdiagnose, men den kan molekylærgenetisk verificeres i ca. 60% af tilfældene. Dette er af stor betydning for genetisk rådgivning og prænatal diagnostik. CHARGE kan nu med rette kaldes et syndrom, men ætiologien er genetisk heterogen.

Fremtidige undersøgelser vil formentlig afdække alle de involverede gener og evt. genotype-fænotype-korrelationer.

Anne-Marie Bisgaard Pedersen, Klinisk Genetisk Afdeling, Juliane Marie Centret 4062, Rigshospitalet, DK-2100 København Ø. E-mail: anne-marie.bisgaard.pedersen@rh.hosp.dk

Antaget: 3. juli 2006

Interessekonflikter: Ingen angivet

Taksigelser: Familierne takkes for deres tilladelse til at offentliggøre fotografier af børnene. Børneafdelingerne i Holbæk og Roskilde takkes for at have henvist børnene til Klinisk Genetisk Afdeling, Rigshospitalet.

1. Issekutz KA, Graham JM, Jr., Prasad C et al. An epidemiological analysis of CHARGE syndrome: preliminary results from a Canadian study. Am J Med Genet A 2005;133:309-17.
2. Hall BD. Choanal atresia and associated multiple anomalies. J Pediatr 1979; 95:395-8.
3. Hittner HM, Hirsch NJ, Kreh GM et al. Colobomatous microphthalmia, heart disease, hearing loss, and mental retardation - a syndrome. J Pediatr Ophthalmol Strabismus 1979;16:122-8.
4. Pagon RA, Graham JM, Jr., Zonana J et al. Coloboma, congenital heart disease, and choanal atresia with multiple anomalies: CHARGE association. J Pediatr 1981;99:223-7.
5. Blake KD, Davenport SL, Hall BD et al. CHARGE association: an update and review for the primary pediatrician. Clin Pediatr (Phila) 1998;37: 159-73.
6. Lubinsky MS. Properties of associations: identity, nature, and clinical criteria, with a commentary on why CHARGE and Goldenhar are not associations. Am J Med Genet 1994;49:21-5.
7. Vissers LE, van Ravenswaaij CM, Admiraal R et al. Mutations in a new member of the chromodomain gene family cause CHARGE syndrome. Nat Genet 2004;36:955-7.
8. Jongmans M, Admiraal R, van der DK et al. CHARGE syndrome: the phenotypic spectrum of mutations in the CHD7 gene. J Med Genet 2006;43:306-14.
9. Lalani SR, Safiullah AM, Fernbach SD et al. Spectrum of CHD7 mutations in 110 individuals with CHARGE syndrome and genotype-phenotype correlation. Am J Hum Genet 2006;78:303-14.
10. Aramaki M, Udaka T, Kosaki R et al. Phenotypic spectrum of CHARGE syndrome with CHD7 mutations. J Pediatr 2006;148:410-4.
11. Mitchell JA, Davenport SL, Hefner MA et al. Use of an expert model to test diagnostic criteria in CHARGE syndrome. J Med Syst 1985;9:425-36.
12. Verloes A. Updated diagnostic criteria for CHARGE syndrome: a proposal. Am J Med Genet A 2005;133:306-8.
13. Hurst JA, Meinecke P, Baraitser M. Balanced t(6;8)(6p8p;6q8q) and the CHARGE association. J Med Genet 1991;28:54-5.
14. Arrington CB, Cowley BC, Nightingale DR et al. Interstitial deletion 8q11.2-q13 with congenital anomalies of CHARGE association. Am J Med Genet A 2005;133:326-30.
15. Davenport SL, Hefner MA, Thelin JW. CHARGE syndrome. Part I. External ear anomalies. Int J Pediatr Otorhinolaryngol 1986;12:137-43.
16. Graham JM, Jr. A recognizable syndrome within CHARGE association: Hall-Hittner syndrome. Am J Med Genet 2001;99:120-3.
17. Tellier AL, Cormier-Daire V, Abadie V et al. CHARGE syndrome: report of 47 cases and review. Am J Med Genet 1998;76:402-9.
18. Russell-Eggitt IM, Blake KD, Taylor DS et al. The eye in the CHARGE association. Br J Ophthalmol 1990;74:421-6.
19. Sanlaville D, Etchevers HC, Gonzales M et al. Phenotypic spectrum of CHARGE syndrome in fetuses with CHD7 truncating mutations correlates with expression during human development. J Med Genet 2006;43:211-7.
20. Stromland K, Sjogreen L, Johansson M et al. CHARGE association in Sweden: malformations and functional deficits. Am J Med Genet A 2005; 133:331-9.
21. Hartshorne TS, Grialou TL, Parker KR. Autistic-like behavior in CHARGE syndrome. Am J Med Genet A 2005;133:257-61.
22. Hartshorne TS, Hefner MA, Davenport SL. Behavior in CHARGE syndrome: introduction to the special topic. Am J Med Genet A 2005;133:228-31.
23. Doyle C, Blake K. Scoliosis in CHARGE: a prospective survey and two case reports. Am J Med Genet A 2005;133:340-3.
24. Abadie V, Wiener-Vacher S, Morisseau-Durand MP et al. Vestibular anomalies in CHARGE syndrome: investigations on and consequences for postural development. Eur J Pediatr 2000;159:569-74.
25. Devriendt K, Swillen A, Fry