Identification of novel mutations in DLG3 and GRIA3 in X-linked intellectual disability in Finnish Families

Henkinen kehitysvammaisuus (KV) on kliinisesti monimuotoinen ja geneettisesti heterogeeninen sairaus, jolle on ominaista eriasteiset keskushermoston vauriot aiheuttaen olennaisia henkisiä ja adaptiivisen toiminnan kuten käsitteellisen ilmaisun (ÄÖ<70), sosiaalisten ja arkipäivän toimintojen häiriöitä. Kehitysvammaisuutta diagnosoidaan ennen 18 vuoden ikää. Älyllistä kehitysvammaisuutta luokitellaan ei-syndromiseen kun älyllisen tason lasku on ainoa kliininen ominaisuus ja syndromiseen, kun oireyhtymään liittyy muitakin piirteitä, kuten Downin syndrooma. Henkinen kehitysvammaisuus, jota esiintyy 2-3 % väestöstä, on yksi terveydenhuollon suurimmista ratkaisemattomista ongelmista. Sitä esiintyy 30–40% enemmän miehillä kuin naisilla, mikä viittaa X-kromosomin yliedustukseen näiden häiriöiden aiheuttajana. Tässä tutkimuksessa on sovellettu X-kromosomin eksomisekvensointia mahdollisesti mutatoituneiden geenien tutkimisessa kahdessa suomalaisessa perheessä, missä esiintyy tuntemattomasta syystä johtuvaa kehitysvammaisuutta. Menetelmänä käytettiin Agilentin Sure select array:tä, joka kattaa n. 93 % X- kromosomin proteiinia koodaavasta alueesta. Tuloksena saatiin 2 muutosta ensimmäisessä perheessä ja 9 muutosta toisessa perheessä. Näiden variaatioiden segregaatiota tutkittiin PCR:n, ExoSAP IT-puhdistusprotokollan ja BigDye ® Terminator v3.1 Cycle-sekvensointikitin avulla. Kahden mutaation todettiin segregoituvan yhdessä kehitysvammaisuuden kanssa: yksi kussakin perheessä. Molemmat löydetyt mutaatiot ovat geeneissä, jotka on aikaisemmin yhdistetty X-kromosomaalisesti periytyvään kehitysvammaisuuteen eli XLID:iin. Kumpaakaan mutaatiota ei löytynyt yli 120 verenluovuttaja kontrollin X-kromosomeista. Perheessä, missä on kolme lievästä keskivaikeaan kehitysvammaista miestä, todettiin uusi silmukointimutaatio discs large homolog 3 (DLG3) geenissä. DLG3 koodaa guanylaatti perheeseen kuuluvaa SAP102 proteiinia. Mutaatio sijaitsee ensimmäisen eksoni-introni liitoksen kohdalla (500+1 G>C) ja sen vaikutusta proteiinin toimintaan on analysoitava RNA-tasolla cDNA-sekvensoinnin avulla. Toisessa perheessä, missä on kolme vakavasti kehitysvammaista miespotilasta, löytyi mutaatio eksonissa 12 glutamate receptor, ionotropic, AMPA 3 (GRIA 3) geenissä aiheuttaen glysiinin (GGG) vaihtumista arginiiniksi (CGG) kodonissa 630 (G630R). GRIA3 kuuluu AMPA reseptoreihin ja osallistuu usean biologisen prosessin säätelyyn. Tämä tutkimus osoittaa, että eksomisekvensointi on tehokas työkalu selvitettäessä harvinaisia, geneettisesti heterogeenisiä sairauksia kuten tuntemattomasta syystä johtuvaa kehitysvammaisuutta. Toisaalta tutkimuksen aikana saadut tulokset auttavat arvioimaan taudin ennustetta ja esiintymisriskiä muilla perheenjäsenillä ja kehittämään uusia hoitokeinoja näille tuhoisille häiriöille. Tulokset vahvistavat myös entisestään DLG3 ja GRIA3 roolia ihmisen kognitiivisessa kehityksessä.Intellectual disability (ID) is a clinically diverse and genetically heterogeneous disorder characterized by central nervous system defects of varying severity resulting in substantial impairment of intellectual and adaptive functioning as expressed in conceptual (IQ<70), social and practical adaptive skills diagnosed before 18 years of age. The condition is referred to as non-syndromic when ID is the only clinical feature and syndromic when ID is accompanied by specific other features, for example, Down syndrome. Intellectual disability is one of the largest unsolved problems of health care with a prevalence of 2-3% in the population. There is a 30-40% excess of male versus female patients in ID which refers to over-representation of X chromosomal defects causing ID. In this study, exome sequencing of the X chromosome was applied in order to identify genes and their mutations in two Finnish families with intellectual disability of unknown cause. The mutations were identified using Agilent Sure select array that covers almost 93% of the coding region of the chromosome. Exome sequencing resulted in 11 variations in total. Segregation of these variants was studied using PCR, ExoSAP-IT purification protocol and BigDye® Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit. Eventually, two novel mutations were identified: one for each family. Both mutations reside in genes that have previously been shown to cause X-linked intellectual disability. Both of the mutations were absent in over 120 control DNA samples. In one family with three affected males, a novel splice mutation was identified in discs large homolog 3 (DLG3), which encodes synapse-associated protein 102 (SAP102). The mutation is located at the splice site in intron 1 (500+1 G>C) and its effect on protein function needs to be analyzed at the RNA-level using cDNA-sequencing. The clinical phenotype of the three affected brothers is mild to moderate intellectual disability. In the other family with three severely affected male patients, a novel mutation in exon 12 was identified on glutamate receptor, ionotropic, AMPA 3 (GRIA3) resulting in amino acid glycine (GGG) changing to arginine (CGG) at codon 630 (G630R). GRIA3 belongs to AMPA receptors implicated in the regulation of several biological processes. Our findings elucidate the power of exome sequencing in the diagnosis of rare, genetically heterogeneous disorders like intellectual disability. The results obtained will help in assessing the prognosis of the disease, in estimating the risk of the disorder to other family members, and in facilitating the development of future therapies for these devastating disorders. The results also further confirm the role of DLG3 and GRIA3 in human cognitive development

Maine Campus October 03 1978

X-linked intellectual disability (XLID) is a group of genetically heterogeneous disorders characterized by substantial impairment in cognitive abilities, social and behavioral adaptive skills. Next generation sequencing technologies have become a powerful approach for identifying molecular gene mutations relevant for diagnosis.Methods & objectives: Enrichment of X-chromosome specific exons and massively parallel sequencing was performed for identifying the causative mutations in 14 Finnish families, each of them having several males affected with intellectual disability of unknown cause.status: publishe

X-exome sequencing in Finnish families with Intellectual Disability - four novel mutations and two novel syndromic phenotypes

Peer reviewe

Variants in CUL4B are Associated with Cerebral Malformations

International audienc