SCN5A mutations and the role of genetic background in the pathophysiology of Brugada syndrome.

International audienceBACKGROUND: Mutations in SCN5A are identified in approximately 20% to 30% of probands affected by Brugada syndrome (BrS). However, in familial studies, the relationship between SCN5A mutations and BrS remains poorly understood. The aim of this study was to investigate the association of SCN5A mutations and BrS in a group of large genotyped families. METHODS AND RESULTS: Families were included if at least 5 family members were carriers of the SCN5A mutation, which was identified in the proband. Thirteen large families composed of 115 mutation carriers were studied. The signature type I ECG was present in 54 mutation carriers (BrS-ECG+; 47%). In 5 families, we found 8 individuals affected by BrS but with a negative genotype (mutation-negative BrS-ECG+). Among these 8 mutation-negative BrS-ECG+ individuals, 3, belonging to 3 different families, had a spontaneous type I ECG, whereas 5 had a type I ECG only after the administration of sodium channel blockers. One of these 8 individuals had also experienced syncope. Mutation carriers had, on average, longer PR and QRS intervals than noncarriers, demonstrating that these mutations exerted functional effects. CONCLUSIONS: Our results suggest that SCN5A mutations are not directly causal to the occurrence of a BrS-ECG+ and that genetic background may play a powerful role in the pathophysiology of BrS. These findings add further complexity to concepts regarding the causes of BrS, and are consistent with the emerging notion that the pathophysiology of BrS includes various elements beyond mutant sodium channels

Novel Association of the NOTCH Pathway Regulator MIB1 Gene With the Development of Bicuspid Aortic Valve.

IMPORTANCE Nonsyndromic bicuspid aortic valve (nsBAV) is the most common congenital heart valve malformation. BAV has a heritable component, yet only a few causative genes have been identified; understanding BAV genetics is a key point in developing personalized medicine. OBJECTIVE To identify a new gene for nsBAV. DESIGN, SETTING, AND PARTICIPANTS This was a comprehensive, multicenter, genetic association study based on candidate gene prioritization in a familial cohort followed by rare and common association studies in replication cohorts. Further validation was done using in vivo mice models. Study data were analyzed from October 2019 to October 2022. Three cohorts of patients with BAV were included in the study: (1) the discovery cohort was a large cohort of inherited cases from 29 pedigrees of French and Israeli origin; (2) the replication cohort 1 for rare variants included unrelated sporadic cases from various European ancestries; and (3) replication cohort 2 was a second validation cohort for common variants in unrelated sporadic cases from Europe and the US. MAIN OUTCOMES AND MEASURES To identify a candidate gene for nsBAV through analysis of familial cases exome sequencing and gene prioritization tools. Replication cohort 1 was searched for rare and predicted deleterious variants and genetic association. Replication cohort 2 was used to investigate the association of common variants with BAV. RESULTS A total of 938 patients with BAV were included in this study: 69 (7.4%) in the discovery cohort, 417 (44.5%) in replication cohort 1, and 452 (48.2%) in replication cohort 2. A novel human nsBAV gene, MINDBOMB1 homologue MIB1, was identified. MINDBOMB1 homologue (MIB1) is an E3-ubiquitin ligase essential for NOTCH-signal activation during heart development. In approximately 2% of nsBAV index cases from the discovery and replication 1 cohorts, rare MIB1 variants were detected, predicted to be damaging, and were significantly enriched compared with population-based controls (2% cases vs 0.9% controls; P = .03). In replication cohort 2, MIB1 risk haplotypes significantly associated with nsBAV were identified (permutation test, 1000 repeats; P = .02). Two genetically modified mice models carrying Mib1 variants identified in our cohort showed BAV on a NOTCH1-sensitized genetic background. CONCLUSIONS AND RELEVANCE This genetic association study identified the MIB1 gene as associated with nsBAV. This underscores the crucial role of the NOTCH pathway in the pathophysiology of BAV and its potential as a target for future diagnostic and therapeutic intervention.This study was supported in part by grants PID2019-104776RB-I00 and CB16/ 11/00399 (Dr de la Pompa) from the Spanish Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN/ AEI/ 10.13039/501100011033/); a grant from Hadassah France Association (Drs Gilon and Tessler); a grant from the Center for Interdisciplinary Data Science Research of the Hebrew University of Jerusalem (Dr Tessler); grant R35 CA220340 from the National Institutes of Health (Dr Blacklow), and grants R21HL150373, R01HL114823 (Dr Body); BSF grants 2013269 and 2017245 (Drs. Sprinzak and Blacklow); a consolidator grant from the European Research Council (Genomia – ERC-COG-2017-771945; Dr Loeys); the European Reference Network on rare multisystemic vascular disorders (VASCERN - project ID: 769036 partly cofunded by the European Union Third Health Programme (Drs Loeys and Verstraeten); funding from the Outreach project (Dutch Heart Foundation; Dr Luyckx); funding from Heart and Stroke Foundation of Canada/Robert M Freedom Chair of Cardiovascular Science (Dr Mital); sample biobanking and sequencing from Canada were supported by grants from the Leducq Foundation Transatlantic Networks of Excellence grant, and the Ted Rogers Centre for Heart Research; ISF grant 1053/12 (Dr Durst); and grant R01HL150401 from National Heart, Lung, and Blood Institute (Dr Muehlschlegel).S

Candidate gene resequencing in a large bicuspid aortic valve-associated thoracic aortic aneurysm cohort: SMAD6 as an important contributor

Bicuspid aortic valve (BAV) is the most common congenital heart defect. Although many BAV patients remain asymptomatic, at least 20% develop thoracic aortic aneurysm (TAA). Historically, BAV-related TAA was considered as a hemodynamic consequence of the valve defect. Multiple lines of evidence currently suggest that genetic determinants contribute to the pathogenesis of both BAV and TAA in affected individuals. Despite high heritability, only very few genes have been linked to BAV or BAV/TAA, such as NOTCH1, SMAD6, and MAT2A. Moreover, they only explain a minority of patients. Other candidate genes have been suggested based on the presence of BAV in knockout mouse models (e.g., GATA5, NOS3) or in syndromic (e.g., TGFBR1/2, TGFB2/3) or non-syndromic (e.g., ACTA2) TAA forms. We hypothesized that rare genetic variants in these genes may be enriched in patients presenting with both BAV and TAA. We performed targeted resequencing of 22 candidate genes using Haloplex target enrichment in a strictly defined BAV/TAA cohort (n = 441; BAV in addition to an aortic root or ascendens diameter = 4.0 cm in adults, or a Z-score = 3 in children) and in a collection of healthy controls with normal echocardiographic evaluation (n = 183). After additional burden analysis against the Exome Aggregation Consortium database, the strongest candidate susceptibility gene was SMAD6 (p = 0.002), with 2.5% (n = 11) of BAV/TAA patients harboring causal variants, including two nonsense, one in-frame deletion and two frameshift mutations. All six missense mutations were located in the functionally important MH1 and MH2 domains. In conclusion, we report a significant contribution of SMAD6 mutations to the etiology of the BAV/TAA phenotype

A Solve-RD ClinVar-based reanalysis of 1522 index cases from ERN-ITHACA reveals common pitfalls and misinterpretations in exome sequencing

Purpose Within the Solve-RD project (https://solve-rd.eu/), the European Reference Network for Intellectual disability, TeleHealth, Autism and Congenital Anomalies aimed to investigate whether a reanalysis of exomes from unsolved cases based on ClinVar annotations could establish additional diagnoses. We present the results of the “ClinVar low-hanging fruit” reanalysis, reasons for the failure of previous analyses, and lessons learned. Methods Data from the first 3576 exomes (1522 probands and 2054 relatives) collected from European Reference Network for Intellectual disability, TeleHealth, Autism and Congenital Anomalies was reanalyzed by the Solve-RD consortium by evaluating for the presence of single-nucleotide variant, and small insertions and deletions already reported as (likely) pathogenic in ClinVar. Variants were filtered according to frequency, genotype, and mode of inheritance and reinterpreted. Results We identified causal variants in 59 cases (3.9%), 50 of them also raised by other approaches and 9 leading to new diagnoses, highlighting interpretation challenges: variants in genes not known to be involved in human disease at the time of the first analysis, misleading genotypes, or variants undetected by local pipelines (variants in off-target regions, low quality filters, low allelic balance, or high frequency). Conclusion The “ClinVar low-hanging fruit” analysis represents an effective, fast, and easy approach to recover causal variants from exome sequencing data, herewith contributing to the reduction of the diagnostic deadlock

Application des stratégies combinées utilisant le séquençage d'exome dans les maladies vasculaires rares

Identifying genes of Mendelian disorders has started within the eighties. The pace of new genes discovery has been dramatically accelerated by the availability of the human genome sequence in the 2000s, and the next-generation sequencing technologies in the 2010s. However, a majority of the elucidated conditions so far correspond to relatively simplified situations, where the prevalence and the penetrance of the condition are high and the genetic heterogeneity is low. Nowadays, geneticists meet more and more situations where gene identification in unknown disorders can be tricky. Heritable conditions that are very rare, heterogenous or with imperfect Mendelian transmission can only be elucidated using large cohorts of patients, with a very well-characterized phenotype. This requires clinical, financial and logistical efforts to be made by the research teams. Generally, using exome sequencing alone is not efficient enough to elucidate these types of conditions. The power of recently developed strategies comes from its association with other genetic analysis tools, that have been specifically developed in the context of rare, heterogenous, or polygenic disorders. I employed exome sequencing in the identification of cardiovascular genetic conditions, using three different strategies. In the first condition, called hereditary xerocytosis, using linkage analysis together with exome sequencing of distant relatives was successful in identifying the causative gene. This was made possible by the identification of a reliable endophenotype, and the relative genetic homogeneity of the disorder. The second condition I studied is the abdominal aortic aneurysm (AAA), a common disorder with a strong hereditary component and rare situations of fully penetrant, dominant inheritance. I combined exome sequencing in a family with dominant inheritance with rare variants analysis of the candidate gene in a large cohort of sporadic AAA. This analysis is more complex and can be hazardous in the context of a candidate gene approach. The third strategy was developed for the study of fibromuscular dysplasia (FMD) which is a very heterogenous condition with low penetrance and no specific endophenotype. I combined exome sequencing in a group of 30 cases and relatives with filtering strategies for any type of Mendelian inheritance. I also used available bioinformatics tools and databases for refining the candidate genes filtering. This strategy provided promising results, probably due to the genetic characteristics of this condition. In each of these examples, I adapted the analysis strategy to the peculiarities of the disorder. The results presented here enable to evaluate the efficiency of combined approaches using exome sequencing. Their specificities, limits, and the optimization that need to be done to elucidate the remaining unsolved genetic conditions are discussed.L’identification des gènes de maladies Mendeliennes été rendue possible dans les années 1980. Le séquençage du génome humain dans les années 2000, et l’arrivée du séquençage haut débit dans les années 2010 ont permis une progression phénoménale du rythme de ces découvertes génétiques. Cependant, ces techniques ont permis d’élucider les maladies les plus accessibles, de par leur homogénéité génétique, leur forte pénétrance pour les maladies dominantes, et leur prévalence élevée. Aujourd’hui, la communauté génétique se heurte à des difficultés de plus en plus nombreuses pour identifier les maladies non monogéniques, hétérogènes, ou très rares : recruter des familles porteuses d’une maladie très rare et cliniquement bien caractérisée, ou de grandes cohortes de patients atteints de maladies communes à composante génétique, nécessite un effort clinique, logistique et financier important. De plus, le séquençage d’exome pris isolément ne permet généralement pas l’élucidation de ces pathologies. Cet outil bien que puissant trouve ses limites dans les modèles génétiques sus-cités. La réussite des approches récentes vient de son utilisation en association avec d’autres techniques, adaptées aux caractéristiques des maladies comme la rareté, la dimension polygénique, ou l’hétérogénéité génétique. J’ai utilisé le séquençage d’exome dans l’identification de gènes de maladies cardiovasculaires rares, par trois stratégies combinées différentes. La première pathologie appelée stomatocytose héréditaire, est rare, relativement homogène mais présente des difficultés de phénotypage. Elle a été caractérisée par séquençage d’exome en association avec une analyse de liaison traditionnelle et l’identification d’une endophénotype fiable. Cette approche a été appliquée avec succès dans ce modèle relativement peu complexe de maladie. La seconde pathologie étudiée, l’anévrysme de l’aorte abdominale (AAA), est une maladie commune à forte composante héréditaire, avec de rares formes dominantes à pénétrance élevée. J’ai associé séquençage d’exome en modèle dominant et recherche de variants rares dans une cohorte de cas sporadiques afin d’identifier un gène de susceptibilité à la pathologie. Cette approche s’est révélée plus complexe à mettre en place, et son efficacité peut être discutée dans le cas d'une étude d'association centrée sur un gène candidat. Enfin, la troisième partie de ce travail est consacrée à la dysplasie fibromusculaire (DFM), maladie très hétérogène sur le plan génétique, peu pénétrante, et d’endophénotype peu accessible. J’ai appliqué dans cette troisième étape le séquençage d’exome à plus grande échelle (30 individus), en association à des stratégies de filtres sophistiqués exploitant tous les types de transmission Mendélienne. J'y ai aussi associé l'utilisation des outils bioinformatiques et bases de données biologiques accessibles à la communauté scientifique. Les résultats obtenus par cette dernière approche sont prometteurs, probablement du fait des caractéristiques inhérentes de cette pathologie. L’utilisation de ces trois stratégies très différentes, adaptées aux contraintes de chaque pathologie, permet d’évaluer la puissance et l’efficacité des approches combinées utilisant le séquençage d’exome. Leurs difficultés inhérentes, leur inadaptation à certaines situations génétiques, ainsi que les pistes d’amélioration nécessaires pour l’élucidation des maladies génétiques de cause inconnue sont aussi abordés

Combined genetic strategies using exome sequencing in rare vascular disorders

L’identification des gènes de maladies Mendeliennes été rendue possible dans les années 1980. Le séquençage du génome humain dans les années 2000, et l’arrivée du séquençage haut débit dans les années 2010 ont permis une progression phénoménale du rythme de ces découvertes génétiques. Cependant, ces techniques ont permis d’élucider les maladies les plus accessibles, de par leur homogénéité génétique, leur forte pénétrance pour les maladies dominantes, et leur prévalence élevée. Aujourd’hui, la communauté génétique se heurte à des difficultés de plus en plus nombreuses pour identifier les maladies non monogéniques, hétérogènes, ou très rares : recruter des familles porteuses d’une maladie très rare et cliniquement bien caractérisée, ou de grandes cohortes de patients atteints de maladies communes à composante génétique, nécessite un effort clinique, logistique et financier important. De plus, le séquençage d’exome pris isolément ne permet généralement pas l’élucidation de ces pathologies. Cet outil bien que puissant trouve ses limites dans les modèles génétiques sus-cités. La réussite des approches récentes vient de son utilisation en association avec d’autres techniques, adaptées aux caractéristiques des maladies comme la rareté, la dimension polygénique, ou l’hétérogénéité génétique. J’ai utilisé le séquençage d’exome dans l’identification de gènes de maladies cardiovasculaires rares, par trois stratégies combinées différentes. La première pathologie appelée stomatocytose héréditaire, est rare, relativement homogène mais présente des difficultés de phénotypage. Elle a été caractérisée par séquençage d’exome en association avec une analyse de liaison traditionnelle et l’identification d’une endophénotype fiable. Cette approche a été appliquée avec succès dans ce modèle relativement peu complexe de maladie. La seconde pathologie étudiée, l’anévrysme de l’aorte abdominale (AAA), est une maladie commune à forte composante héréditaire, avec de rares formes dominantes à pénétrance élevée. J’ai associé séquençage d’exome en modèle dominant et recherche de variants rares dans une cohorte de cas sporadiques afin d’identifier un gène de susceptibilité à la pathologie. Cette approche s’est révélée plus complexe à mettre en place, et son efficacité peut être discutée dans le cas d'une étude d'association centrée sur un gène candidat. Enfin, la troisième partie de ce travail est consacrée à la dysplasie fibromusculaire (DFM), maladie très hétérogène sur le plan génétique, peu pénétrante, et d’endophénotype peu accessible. J’ai appliqué dans cette troisième étape le séquençage d’exome à plus grande échelle (30 individus), en association à des stratégies de filtres sophistiqués exploitant tous les types de transmission Mendélienne. J'y ai aussi associé l'utilisation des outils bioinformatiques et bases de données biologiques accessibles à la communauté scientifique. Les résultats obtenus par cette dernière approche sont prometteurs, probablement du fait des caractéristiques inhérentes de cette pathologie. L’utilisation de ces trois stratégies très différentes, adaptées aux contraintes de chaque pathologie, permet d’évaluer la puissance et l’efficacité des approches combinées utilisant le séquençage d’exome. Leurs difficultés inhérentes, leur inadaptation à certaines situations génétiques, ainsi que les pistes d’amélioration nécessaires pour l’élucidation des maladies génétiques de cause inconnue sont aussi abordés.Identifying genes of Mendelian disorders has started within the eighties. The pace of new genes discovery has been dramatically accelerated by the availability of the human genome sequence in the 2000s, and the next-generation sequencing technologies in the 2010s. However, a majority of the elucidated conditions so far correspond to relatively simplified situations, where the prevalence and the penetrance of the condition are high and the genetic heterogeneity is low. Nowadays, geneticists meet more and more situations where gene identification in unknown disorders can be tricky. Heritable conditions that are very rare, heterogenous or with imperfect Mendelian transmission can only be elucidated using large cohorts of patients, with a very well-characterized phenotype. This requires clinical, financial and logistical efforts to be made by the research teams. Generally, using exome sequencing alone is not efficient enough to elucidate these types of conditions. The power of recently developed strategies comes from its association with other genetic analysis tools, that have been specifically developed in the context of rare, heterogenous, or polygenic disorders. I employed exome sequencing in the identification of cardiovascular genetic conditions, using three different strategies. In the first condition, called hereditary xerocytosis, using linkage analysis together with exome sequencing of distant relatives was successful in identifying the causative gene. This was made possible by the identification of a reliable endophenotype, and the relative genetic homogeneity of the disorder. The second condition I studied is the abdominal aortic aneurysm (AAA), a common disorder with a strong hereditary component and rare situations of fully penetrant, dominant inheritance. I combined exome sequencing in a family with dominant inheritance with rare variants analysis of the candidate gene in a large cohort of sporadic AAA. This analysis is more complex and can be hazardous in the context of a candidate gene approach. The third strategy was developed for the study of fibromuscular dysplasia (FMD) which is a very heterogenous condition with low penetrance and no specific endophenotype. I combined exome sequencing in a group of 30 cases and relatives with filtering strategies for any type of Mendelian inheritance. I also used available bioinformatics tools and databases for refining the candidate genes filtering. This strategy provided promising results, probably due to the genetic characteristics of this condition. In each of these examples, I adapted the analysis strategy to the peculiarities of the disorder. The results presented here enable to evaluate the efficiency of combined approaches using exome sequencing. Their specificities, limits, and the optimization that need to be done to elucidate the remaining unsolved genetic conditions are discussed

Exploration du gène de la plakophiline dans le syndrome de Brugada familial

Le syndrome de Brugada est une affection héréditaire associant un risque accru de troubles du rythme et de mort subite à un profil électrogardiographique particulier. Cette maladie est caractérisée par une atteinte fonctionnelle et parfois structurale du ventricule droit, et partage des éléments cliniques et histologiques avec une autre affection génétique : la Dysplasie Arythmogène du Ventricule Droit (ou DAVD). Cette dernière est majoritairement liée à un défaut de la structure du myocarde impliquant les desmosomes. PKP2, gène de protéine desmosomale, est le gène majeur de cette affection. Le syndrome de Brugada est génétiquement hétérogène, transmis sur un mode autosomique dominant, et sa pénétrance est incomplète : SCN5A, codant le canal sodique spécifique du myocarde, est le seul gène responsable que l on connaisse. Il n est muté que chez 20% des patients. La découverte de l implication de SCN5A dans cette maladie n a pas pour autant permis d éclaircir sa physiopathologie complexe. L hypothèse d un défaut de la structure myocardique, sous-tendu par le chevauchement phénotypique qui existe avec la DAVD, est ici explorée. Dans cette thèse sont présentés les résultats de l étude du gène PKP2 dans une cinquantaine de cas de syndrome de Brugada familial. Les résultats de cette analyse montrent que ces deux entités sont distinctes sur le plan génétique, mais n excluent pas totalement qu un défaut de structure puisse être à l origine de ce syndrome. Les hypothèses actuelles proposées pour élucider la physiopathologie de ce syndrome sont discutées, ainsi que les causes potentielles du défaut de pénétrance qui y est associé.PARIS6-Bibl.Pitié-Salpêtrie (751132101) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF