Disomie du chromosome 20 : Des phénotypes différents selon l’origine parentale Cindy COLSON, CHU Caen

Anomalie génétique locus GNAS Principaux phénotypes liés à une anomalie du locus GNAS (Guanine Nucleotide-binding protein Alpha Stimulating) Locus GNAS (20q13.3) soumis à empreinte (DMRs), à l’origine de 5 transcrits : - Maternelle: NESP55 et Gαs - Paternelle: AS, XLαs et A/B (+/-Gαs) - ex2-ex13 GNAS Syndrome d’OHA (Ostéodystrophie Héréditaire d’Albright) Gαs Anomalie génétique locus GNAS Phénotype PseudoHypoParathyroïdie Ia (PHP-Ia) Mutation hétérozygote perte de fonction de gène GNAS sur allèle maternel OHA Résistance hormonale multiple (PTH, TSH) PseudoPseudoHypoParathyroïdie ou (PPHP/POH) Mutation hétérozygote perte de fonction de gène GNAS sur allèle paternel PseudoHypoParathyroïdie Ib (PHP-Ib) Anomalie de méthylation : épimutation (NESP55, AS, XLαs, A/B) Résistance hormonale à la PTH (+/- TSH)

PHP-Ib familiale et PHP-Ib sporadique Deux types de PHP-Ib, avec leurs anomalies de méthylation des DMRs correspondantes : PHP-Ib familiale et PHP-Ib sporadique PHP-Ib familiale Perte isolée de méthylation de A/B sur l’allèle maternel ETIOLOGIE PRINCIPALE : Délétion en cis de STX16

PHP-Ib familiale et PHP-Ib sporadique Deux types de PHP-Ib, avec leurs anomalies de méthylation des DMRs correspondantes : PHP-Ib familiale et PHP-Ib sporadique PHP-Ib familiale Perte isolée de méthylation de A/B sur l’allèle maternel PHP-Ib sporadique Anomalies diffuses de méthylation ex2-ex13 GNAS ETIOLOGIE PRINCIPALE : Délétion en cis de STX16

PHP-Ib familiale et PHP-Ib sporadique Deux types de PHP-Ib, avec leurs anomalies de méthylation des DMRs correspondantes : PHP-Ib familiale et PHP-Ib sporadique PHP-Ib familiale Perte isolée de méthylation de A/B sur l’allèle maternel PHP-Ib sporadique Anomalies diffuses de méthylation ex2-ex13 GNAS ETIOLOGIE PRINCIPALE : Délétion en cis de STX16 Profil de méthylation correspondant uniquement à un profil paternel

PHP-Ib familiale et PHP-Ib sporadique Deux types de PHP-Ib, avec leurs anomalies de méthylation des DMRs correspondantes : PHP-Ib familiale et PHP-Ib sporadique PHP-Ib familiale Perte isolée de méthylation de A/B sur l’allèle maternel PHP-Ib sporadique Anomalies diffuses de méthylation ex2-ex13 GNAS ETIOLOGIE PRINCIPALE : Délétion en cis de STX16 Profil de méthylation correspondant uniquement à un profil paternel ETIOLOGIE : ? HYPOTHESES : - Un seul allèle présent : délétion maternelle du locus GNAS - Duplication de l’allèle paternel au locus GNAS : disomie uniparentale paternelle (patUPD) Liu et al 2000 ; Bastepe et al 2001 - Autres mécanismes ? Zygote normal locus GNAS

Différents types de disomies uniparentales et mécanismes Gamète paternel : 2 chromosomes différents de la même paire Gamète maternel : 2 chromosomes différents de la même paire a b e f c d g h Zygotes normaux a e a f b e b f c g c h d g d h Exemples de zygotes anormaux a b c d Hétérodisomie paternelle a a a e Isodisomie paternelle segmentaire Isodisomie paternelle complète c c c c

Recherche patUPD20 dans cohorte PHP-Ib sporadique Critères d’inclusion: PHP-1b sporadique Cas index Anomalies diffuses de méthylation du locus GNAS (MS-MLPA) Pas de délétion/duplication du locus GNAS (MS-MLPA) Cohorte rétrospective 2001-2015 Qualité/Quantité d’ADN N = 34 qPCR SNP (36 SNPs sur le chromosome 20) Confirmation résultats CGH+SNP-array (mise au point technique) 14 négatifs (dont 1 non-analysable en CGH+SNP-array) 1 isodisomie complète N = 14 CGH+SNP-array (4x180K SurePrint G3 CGH + SNP Cancer Agilent TM) 2 non interprétables (DLRS > 0,4) 14 négatifs 4 isodisomies : 3 complètes et 1 segmentaire (20q) N = 18 Cas index (CI) Père CI Mère Au total 27 négatifs 5 isodisomies : Fréquence 15,6 % N = 32 DLRS : Derivative Log Ratio Spread

Recherche patUPD20 dans cohorte PHP-Ib sporadique Critères d’inclusion: PHP-1b sporadique Cas index Anomalies diffuses de méthylation du locus GNAS (MS-MLPA) Pas de délétion/duplication du locus GNAS (MS-MLPA) Cohorte rétrospective 2001-2015 Qualité/Quantité d’ADN N = 34 qPCR SNP (36 SNPs sur le chromosome 20) Confirmation résultats CGH+SNP-array (mise au point technique) 14 négatifs (dont 1 non-analysable en CGH+SNP-array) 1 isodisomie complète N = 14 CGH+SNP-array (4x180K SurePrint G3 CGH + SNP Cancer Agilent TM) 2 non interprétables (DLRS > 0,4) 14 négatifs 4 isodisomies : 3 complètes et 1 segmentaire (20q) N = 18 Takatani et al., bone 2015 N = 23 avec 2 isodisomies 20q Fréquence 10% Cas index (CI) Père CI Mère Au total 27 négatifs 5 isodisomies : Fréquence 15,6 % N = 32 DLRS : Derivative Log Ratio Spread

Recherche patUPD20 dans cohorte PHP-Ib sporadique N = 32 cas index 5 patUPD20 isodisomie 27 négatifs 15,6% patUPD20 hétérodisomie? 8 trios 2 duos qPCR SNP (36 SNPs sur le chromosome 20) 9 négatifs 1 suspicion d’hétérodisomie ? non confirmée car ADN parternel non disponible Cas index (CI) Mère qPCR SNP : supicion d’hétérodisomie paternelle. Les points rouges ne correspondent pas à l’haplotype maternel.

Recherche patUPD20 dans cohorte PHP-Ib sporadique Faible effectif lié à l’absence d’ADN parental N = 32 cas index 5 patUPD20 isodisomie 27 négatifs 15,6% patUPD20 hétérodisomie? 8 trios 2 duos qPCR SNP (36 SNPs sur le chromosome 20) 9 négatifs 1 suspicion d’hétérodisomie ? non confirmée car ADN parternel non disponible Cas index (CI) Mère qPCR SNP : supicion d’hétérodisomie paternelle. Les points rouges ne correspondent pas à l’haplotype maternel.

Recherche patUPD20 dans cohorte PHP-Ib sporadique Syndrome d’Angelmann 3-5% patUPD15 (Jiang et al., AJHG1999) Syndrome de Beckwith Wiedemann 20% patUPD11p15 (Cooper et al., Genomics 2007) Diabète mellitus 41% patUPD6 (Doherty et al., Diabetologia 2013) Syndrome de Silver-Russell 5-10% matUPD7 (Eggermann et al., Hum Genet 1997) Syndrome de Prader Willi 20% matUPD15 (Mascari et al., NEJM 1992)

Profil de méthylation des PHP-1b sporadiques avec patUPD20 Moyenne % de méthylation des DMRs du locus GNAS NESP (%) AS (%) XLαs (%) AB (%) PHP-1b sporadique avec patUPD20 N = 5 96,8 0,75 PHP-1b sporadique sans patUPD20 N = 27 94 2,24 7,92 0,92 P non significatif Biais de l’étude : mosaïsme Dont 9 avec perte partielle de XL αs Hypothèse : Perte complète de méthylation d’XL αs : candidat pour la recherche de disomie paternelle du chromosome 20 ?

Profil de méthylation des PHP-1b sporadiques avec patUPD20 Moyenne % de méthylation des DMRs du locus GNAS NESP (%) AS (%) XLαs (%) AB (%) PHP-1b sporadique avec patUPD20 N = 5 96,8 0,75 PHP-1b sporadique sans patUPD20 N = 27 94 2,24 7,92 0,92 P non significatif Biais de l’étude : mosaïsme Dont 9 avec perte partielle de XL αs Hypothèse : Perte complète de méthylation d’XL αs : candidat pour la recherche de disomie paternelle du chromosome 20 ? Cliniquement, pas de différence significative entre les PHP-1b sporadiques avec ou sans disomie du locus GNAS

Qu’en est-il de la disomie uniparentale maternelle du chromosome 20 (matUPD20)? Quel phénotype? Quel profil de méthylation?

Phénotype de la disomie uniparentale maternelle du chromosome 20 Patient 1 Patient 2 Patient 3 Type UPD Isodisomie Marqueur du 20 Hétéro et isodisomie Age au diagnostic 1,5 ans 4 ans 3 mois + 3 semaines Méthode Caryotype, marqueurs microsatellites SNParray Age maternel 33,5 ans 45 ans 39 ans Dysmorphie faciale + Développement psychomoteur Retard psychomoteur Hypotonie néonatale N Mensurations naissance Poids au 15ème percentile RCIU 8ème mois de grossesse RCIU 3ème trimestre Retard de croissance Poids -5DS ; Taille -5DS ; PC -0,5 DS Poids -3 DS ; Taille -2,5 DS ; PC -1,5 DS Poids -3 DS ; Taille -3 DS ; PC -1DS Difficultés alimentaires Gastrostomie depuis l'âge de 3 mois NEDC pendant 3 mois Gastrostomie à 10 mois Traitement par GH - 11 mois 7 mois 3 ans + 5 mois 3 mois + 3 semaines 14 mois

Phénotype de la disomie uniparentale maternelle du chromosome 20 et revue de la littérature Type UPD hétéro- et isodisomie hétérodisomie isodisomie Hétéro- et isodisomie Age au diagnostic 4 ans 16 mois 17 mois 9ans 8 ans 5 ans 6 ans 12 ans 9 ans 3 mois Méthode Caryotype, marqueurs microsatel-lites Caryotype, SNParray Marqueurs microsatel-lites SNParray SN array Marqueurs microsatel-lites, SNParray SNP array Age maternel 40 ans 41 ans 39 ans 38 ans 43 ans 37 ans 42 ans 30 ans Dysmorphie faciale - + Face triangulaire Dolichocé-phalie, rétrognatie Développement psychomoteur N Retard pschomot-eur Hypotonie, déficit moteur hypotonie Hypotonie, retard moteur Anomalies squelettiques Clinodactylie Scoliose 1 orteil bifide Clinodacty-lie Clinodactylie, syndactilie 2-3 Retard de croissance Difficultés alimentaires +/NEDC +/NEDC jusqu’à 3 ans +/NEDC 9 mois-2ans +/NEDC 22 mois – 4 ans +/NEDC 1 an- 4 ans +/NEDC jusque 5 ans Traitement par GH ND Marqueur surnuméraire = duplication 20p Mulchandani et al., Genetics in Medecine, 2015 Izumi et al., AJMG A, 2014 Eggermann et al., J med genet, 2001 Chudoba et al., EJHG, 1999

Phénotype de la disomie uniparentale maternelle du chromosome 20 et revue de la littérature Type UPD hétéro- et isodisomie hétérodisomie isodisomie Hétéro- et isodisomie Age au diagnostic 4 ans 16 mois 17 mois 9ans 8 ans 5 ans 6 ans 12 ans 9 ans 3 mois Méthode Caryotype, marqueurs microsatel-lites Caryotype, SNParray Marqueurs microsatel-lites SNParray SN array Marqueurs microsatel-lites, SNParray SNP array Age maternel 40 ans 41 ans 39 ans 38 ans 43 ans 37 ans 42 ans 30 ans Dysmorphie faciale - + Face triangulaire Dolichocé-phalie, rétrognatie Développement psychomoteur N Retard pschomot-eur Hypotonie, déficit moteur hypotonie Hypotonie, retard moteur Anomalies squelettiques Clinodactylie Scoliose 1 orteil bifide Clinodacty-lie Clinodactylie, syndactilie 2-3 Retard de croissance Difficultés alimentaires NEDC NEDC jusqu’à 3 ans NEDC 9 mois-2ans NEDC 22 mois – 4 ans NEDC 1 an- 4 ans NEDC jusque 5 ans Traitement par GH Marqueur surnuméraire = duplication 20p Mulchandani et al., Genetics in Medecine, 2015 Izumi et al., AJMG A, 2014 Eggermann et al., J med genet, 2001 Chudoba et al., EJHG, 1999

Profil de méthylation des matUPD20 Moyenne % de méthylation des DMRs du locus GNAS NESP (%) AS (%) XLαs (%) A/B (%) matUPD20 N = 3 97,5 98,2 96,8

Profil de méthylation des matUPD20 Moyenne % de méthylation des DMRs du locus GNAS NESP (%) AS (%) XLαs (%) A/B (%) matUPD20 N = 3 97,5 98,2 96,8 Profil de méthylation en miroir de la disomie paternelle du locus GNAS

Profil de méthylation des matUPD20 Moyenne % de méthylation des DMRs du locus GNAS NESP (%) AS (%) XLαs (%) A/B (%) matUPD20 N = 3 97,5 98,2 96,8 Profil de méthylation en miroir de la disomie paternelle du locus GNAS

Locus GNAS et croissance Cattanach BM et Kirk M, Nature 1985

Locus GNAS et croissance Cattanach BM et Kirk M, nature 1985

Locus GNAS et croissance

Locus GNAS et croissance Allèle maternel muté Perte d’expression - Gsα - NESP55 Allèle paternel muté - A/B - XLαs Exon 1 de l’allèle paternel muté Perte d’expression - Gsα Exon 2-exon 13 e l’allèle paternel muté - A/B - XLαs

Locus GNAS et croissance Normal Absence d’expression paternelle Expression Croissance fœtale (placentaire?) et postnatale Expression maternelle Atteinte de l’allèle paternel Expression paternelle Expression bi-allélique Normal exon 2-13 (+)/+ Gsα Normale + exon 2-13 A/B + exon 2-13 XL αs PPHP/POH Mutation paternelle exon 2-13 + Gsα - exon 2-13 A/B - exon 2-13 XL αs + matUPD20 exon 2-13 Gsα - exon 2-13 A/B - exon 2-13 XL αs Confirmation du rôle de XL αs dans la croissance et les difficultés alimentaires chez l’Homme

Locus GNAS et croissance Modèle murin comparable Normal Absence d’expression paternelle Expression Croissance fœtale (placentaire?) et postnatale Expression maternelle Atteinte de l’allèle paternel Expression paternelle Expression bi-allélique Normal exon 2-13 (+)/+ Gsα Normale + exon 2-13 A/B + exon 2-13 XL αs PPHP/POH Mutation paternelle exon 2-13 + Gsα - exon 2-13 A/B - exon 2-13 XL αs + matUPD20 exon 2-13 Gsα - exon 2-13 A/B - exon 2-13 XL αs Confirmation du rôle de XL αs dans la croissance et les difficultés alimentaires chez l’Homme

Conclusion patUPD 20 matUPD 20 Phénotype clinique PHP-Ib sporadique Retard de croissance pré- et postnatal (+/- PC conservé) avec difficultés alimentaires Locus GNAS Anomalies diffuses de méthylation du locus GNAS de profil paternel Anomalies diffuses de méthylation du locus GNAS de profil maternel Implications cliniques Cause fréquente de PHP-1b sporadique Conseil génétique rassurant A évoquer devant un syndrome de Silver-Russell négatif Fréquence de la matUPD20 dans les RCIU non-syndromiques? Conseil génétique rassurant

MERCI POUR VOTRE ATTENTION Service de génétique, CHU Caen Pr KOTTLER Marie-Laure Dr RICHARD Nicolas Dr DECAMP Matthieu Dr PLESSIS Ghislaine Dr GERARD Marion Dr GRUCHY Nicolas BALLANDONNE Céline COUDRAY Nadia BREHIN Anne-Claire Les techniciennes Unité INSERM 1075 CHU Caen Pr DENISE Pierre Service de génétique clinique, CHI Poissy Dr ROUME Joëlle Dr DARD Rodolphe Service de génétique clinique, CHRU Lille Dr VINCENT-DELORME Catherine APHP - Hôpital d'Enfants Armand-Trousseau Dr NETCHINE Irène Dr CHANTOT-BASTARAUD Sandrine LES CLINICIENS +++