Mikrodeletions- och mikroduplikationssyndrom

Mikrodeletions- och mikroduplikationssyndrom orsakas av submikroskopiska förluster eller tillskott av kromosomsegment som förändrar dosen av en eller flera gener. Fenotypen spänner från asymtomatiskt bärarskap till svår multisystemsjukdom, vilket gör korrekt laboratorietolkning, syndromspecifik övervakning och genetisk vägledning centrala. Samma kopietalsvariant kan ge betydande intrafamiljär variation och laboratoriefyndet måste därför alltid värderas tillsammans med fenotyp, nedärvning och genomisk kontext.

Definition, avgränsning och nomenklatur

En mikrodeletion är en förlust och en mikroduplikation ett tillskott av ett kromosomsegment som vanligen inte kan identifieras med konventionell ljusmikroskopisk kromosomanalys. Varianterna utgör kopietalsvarianter, copy number variants, CNV, och omfattar ofta cirka 0,1–5 megabaser, Mb. De kan innehålla en enda doskänslig gen, men klassiska mikrodeletions- och mikroduplikationssyndrom omfattar flera intilliggande gener och benämns därför även contiguous gene-syndrom.

Gränsen 5 Mb är historisk och avspeglar upplösningen hos äldre cytogenetiska metoder, inte någon biologisk skiljelinje. En variant under 5 Mb kan ibland synas vid riktad kromosomanalys, medan större obalanser kan vara svårtolkade i bandfattiga preparat. Moderna rapporter bör därför i första hand beskriva typen av genomisk obalans, dess koordinater, storlek och geninnehåll snarare än att låta termen ”mikro” styra klassificeringen.

CNV:er ska skiljas från flera andra avvikelsetyper:

Enligt ISCN anges arrayfynd exempelvis principiellt som arr[GRCh38] 22q11.2(start_slut)x1 för en deletion och x3 för en duplikation hos en diploid individ. Referensgenomet, exempelvis GRCh37 eller GRCh38, måste anges eftersom koordinaterna skiljer sig mellan genomversionerna. Ett fullständigt svar bör dessutom innehålla cytogenetiskt band, koordinater, uppskattad storlek, kopietal, relevanta gener, klassificering och uppgift om analysens begränsningar.

Normal gendos och kopietalsvariation

För autosomala loci är grundläget två kopior, en maternell och en paternell. Kopietal två innebär dock inte nödvändigtvis lika uttryck från båda allelerna; uttrycket påverkas av vävnad, utvecklingsstadium, X-inaktivering, genomisk prägling och allelspecifik reglering. Det mänskliga genomet innehåller samtidigt många benigna deletioner och duplikationer. En CNV är därför inte sjukdomsorsakande enbart för att den är stor eller omfattar gener.

Vid haploinsufficiens räcker en fungerande genkopia inte för normal funktion. En heterozygot deletion sänker då genproduktens mängd under en biologiskt relevant tröskel. Triplosensitivitet innebär att tre funktionella kopior eller ett motsvarande ökat uttryck orsakar sjukdom. Effekten beror på bland annat proteinets roll i stökiometriska komplex, transkriptionsreglering, signalvägar och embryonal morfogenes.

Sjukdomsmekanismerna är fler än enkel dosminskning eller dosökning:

• en brytpunkt kan avbryta en gen och skapa funktionsförlust,
• regulatoriska element kan separeras från sin målgen,
• förändrad kromatinarkitektur kan ge positionseffekter på gener utanför CNV:n,
• en deletion kan blottlägga en recessiv patogen variant på den kvarvarande homologen,
• fusionstranskript kan i vissa rearrangemang uppstå vid brytpunkten,
• prägling kan göra föräldraursprunget avgörande för fenotypen.

Vid ett contiguous gene-syndrom uppstår fenotypen genom den kombinerade dosförändringen av flera gener. En kritisk gen kan förklara ett framträdande drag, såsom ELN vid supravalvulär aortastenos i Williams–Beurens syndrom, men förklarar sällan hela syndromet. Mikroduplikationen av samma intervall blir inte en strikt funktionell spegelbild: genuttrycket ökar inte alltid proportionellt med kopietalet, den extra kopian kan vara felorienterad eller felplacerad och kompensatorisk reglering kan dämpa eller omfördela effekten.

Uppkomstmekanismer och genomisk arkitektur

Återkommande CNV:er uppkommer ofta genom icke-allel homolog rekombination, NAHR. Mekanismen förutsätter vanligen flankerande low-copy repeats, LCR, eller segmentella duplikationer med ungefär 95–99,5 % sekvensidentitet. Under meiosen kan en LCR på den ena kromatiden felpara med en icke-allel motsvarighet. Rekombination mellan de felställda sekvenserna leder då till olika kopietal i de rekombinanta produkterna.

Vid interkromatid eller interkromosomal NAHR får den ena produkten en deletion av det mellanliggande segmentet och den reciproka produkten en duplikation. Eftersom rekombinationen återkommer mellan samma LCR-block får patienter ofta likartade brytpunkter och variantstorlekar. De vanliga deletionerna vid 22q11.2 och 7q11.23 är typiska exempel. Om LCR-segmenten ligger i omvänd orientering kan rekombination i stället predisponera för inversion.

Icke-återkommande rearrangemang har mer varierande brytpunkter och storlekar. Vid non-homologous end joining, NHEJ, ligeras dubbelsträngsbrott utan krav på omfattande sekvenshomologi. Microhomology-mediated end joining, MMEJ, använder korta överlappande sekvenser. Replikationsbaserade mekanismer som fork stalling and template switching, FoSTeS, och microhomology-mediated break-induced replication, MMBIR, innebär att en stannad eller kollapsad replikationsgaffel byter mall. Resultatet kan bli deletioner, duplikationer, triplikationer och komplexa kombinationer av segment i olika orientering.

Genomisk instabilitet gynnas av täta segmentella duplikationer, repetitiva eller AT-rika sekvenser, sekundärstrukturer och fragila loci där replikationen är svår att slutföra. Vanliga inversionspolymorfier kan ändra orienteringen mellan LCR-block och därmed påverka risken för NAHR; 17q21.31-regionen är ett välkänt exempel på en arkitektur där en inversion haplotyp predisponerar för deletion.

De flesta konstitutionella CNV:er uppkommer under gametogenesen, men de kan också bildas efter befruktningen. En tidig postzygotisk händelse ger mosaicism med två eller flera cellinjer. Andelen avvikande celler kan skilja sig mellan blod, hud, buccalepitel, gonader och andra organ. Ett normalt blodprov utesluter därför inte en vävnadsbegränsad CNV, och låggradig mosaicism kan ligga under analysmetodens detektionsgräns.

Genotyp–fenotyprelation, penetrans och variabel expressivitet

Fenotypens svårighetsgrad bestäms inte enbart av antalet förlorade eller duplicerade baspar. Avgörande är vilka doskänsliga gener och regulatoriska element som ingår, om en brytpunkt avbryter en gen och om rearrangemanget påverkar närliggande kromatindomäner. Större deletioner tenderar att omfatta fler gener och kan ge bredare sjukdomsbild, men en liten deletion av en starkt haploinsufficient gen kan vara mer kliniskt betydelsefull än en stor benign CNV.

Penetrans anger andelen bärare som utvecklar en definierad fenotyp, medan expressivitet beskriver hur fenotypen varierar bland dem som är påverkade. Flera återkommande CNV:er, bland annat vid 15q13.3, 16p11.2, 17q12 och duplikationer vid 22q11.2, har reducerad penetrans. En variant kan därför nedärvas från en till synes frisk eller endast lindrigt påverkad förälder utan att vara benign. Omvänt bevisar de novo-uppkomst inte ensam att varianten förklarar hela patientens sjukdomsbild.

Variationen påverkas av kön, prägling, genetisk bakgrund, miljö och sekundära genetiska fynd. En deletion kan blottlägga en recessiv variant på den kvarvarande allelen. En ytterligare patogen variant i en annan neurodevelopmentell gen kan förstärka fenotypen. Könsspecifika trösklar för neuropsykiatrisk sjukdom och skillnader i remittering kan också påverka observerade patientserier.

Mosaicism kan ge lindrig eller organbegränsad sjukdom, men sambandet mellan variantandel i blod och klinisk svårighetsgrad är ofta svagt. Kopietalet kan därför sällan användas för en exakt individuell prognos av kognition, språk, epilepsi eller missbildningsrisk. Genetisk information bör formuleras som sannolikheter och fenotypspektrum, inte som ett deterministiskt besked.

Kliniska indikationer och differentialdiagnostik

Kromosomal kopietalsanalys är särskilt motiverad vid oförklarad global utvecklingsförsening, intellektuell funktionsnedsättning eller multipla medfödda missbildningar. Misstanken stärks när flera organsystem är involverade eller när neurodevelopmentell avvikelse förekommer tillsammans med dysmorfa drag, avvikande tillväxt eller neurologiska symtom.

Vanliga indikationer är:

• autism eller uttalad tal- och språkstörning,
• epilepsi, hypotoni eller motorisk koordinationsstörning,
• mikrocefali, makrocefali, kortvuxenhet eller avvikande viktutveckling,
• medfödda hjärt-, njur-, genital- eller CNS-anomalier,
• gomspalt, velofaryngeal insufficiens eller kombinerad hörsel- och utvecklingsavvikelse,
• neonatal matningsproblematik eller multiorgansjukdom utan fastställd genes.

Prenatalt kan strukturella ultraljudsavvikelser, särskilt kombinationer av hjärtfel, njuranomali, tillväxtavvikelse eller CNS-missbildning, motivera invasiv provtagning och mikroarray. Återkommande graviditetsförluster, tidigare barn med kromosomal obalans eller familjehistoria med intellektuell funktionsnedsättning kan tala för en parental balanserad rearrangering eller ärftlig CNV.

Differentialdiagnostiken omfattar monogen sjukdom, imprintingdefekt, metabol sjukdom, mitokondriell sjukdom, teratogen exponering och icke-genetiska orsaker till utvecklingsavvikelse. En balanserad translokation eller inversion kan ge sjukdom genom genavbrott trots normalt kopietal. Normalt mikroarrayresultat avslutar därför inte utredningen när den kliniska misstanken om genetisk sjukdom kvarstår; exom- eller genomsekvensering och ibland karyotypning kan då behövas.

Laboratoriediagnostik och metodernas felkällor

Kromosomal mikroarray, CMA, är en central metod för genomomfattande CNV-detektion. Klinisk upplösning är ofta omkring 50–100 kb men varierar med probtäthet, region och laboratoriets validering. Vid oförklarad utvecklingsavvikelse eller multipla missbildningar är det diagnostiska utbytet cirka 15–20 %, jämfört med ungefär 3 % för konventionell karyotypning.

Array-CGH jämför patientens och referensens hybridiseringssignal. SNP-array analyserar i stället allelspecifika signalmönster och kan därför påvisa avsaknad av heterozygositet, misstänkt uniparental disomi eller vissa former av triploidi och mosaicism. Ingen arraytyp visar rutinmässigt var en extra kopia är placerad eller om den ligger i direkt, inverterad eller insatt orientering.

Riktad FISH, MLPA eller kvantitativ PCR kan verifiera ett fynd och användas för familjeanalys. FISH kan dessutom avgöra om en duplikation är tandemställd, insatt på annan kromosom eller del av en strukturell rearrangering, förutsatt lämplig probuppsättning. Vid misstänkt låggradig mosaicism kan analys av många interfascellkärnor vara värdefull.

Felkälla är bland annat bristande probtäckning i repetitiva, centromernära och segmentellt duplicerade regioner. Låggradig mosaicism kan missas, och polyploidi utan relativ kopietalsskillnad kan vara svår att identifiera med array-CGH. Exombaserad CNV-analys har sämre känslighet i ojämnt täckta exoner, medan kortläsningsbaserad genomsekvensering kan ha svårt att lösa LCR-medierade brytpunkter. Långläsningssekvensering och optisk genomkartläggning kan klargöra komplexa strukturer men ersätter ännu inte alla etablerade metoder.

Varianttolkning och svarshantering

CNV:er klassificeras i fem huvudkategorier: benign, sannolikt benign, variant av oklar signifikans, sannolikt patogen och patogen. Klassificeringen gäller evidensen för variantens sjukdomsbetydelse, inte patientens kliniska svårighetsgrad. En patogen variant kan ha låg penetrans, och en variant av oklar signifikans, VUS, är inte liktydig med sannolik sjukdomsorsak.

Bedömningen integrerar:

• överlapp med etablerade syndromregioner,
• evidens för haploinsufficiens eller triplosensitivitet,
• populationsfrekvens och variation hos kontroller,
• variantens storlek, geninnehåll och brytpunkter,
• fenotypisk överensstämmelse,
• de novo-status och segregation i familjen,
• publicerade fall och funktionella data.

ClinGen används för kuraterad evidens om doskänsliga gener och regioner. DECIPHER sammanställer genomiska varianter och fenotyper hos patienter, medan populationsdatabaser hjälper till att identifiera vanliga benigna CNV:er. Databasöverlapp måste värderas kritiskt: två CNV:er i samma cytogenetiska band kan ha olika brytpunkter och klinisk betydelse.

Föräldraprov är ofta avgörande. Ett de novo-fynd stärker patogenitetsbedömningen, medan nedärvning från en opåverkad förälder kan tala för reducerad penetrans, variabel expressivitet eller benignitet beroende på region. Riktad verifiering behövs när fyndet ligger nära metodens detektionsgräns, när mosaicism misstänks eller när strukturen påverkar återupprepningsrisken.

Stora CNV:er är inte automatiskt patogena, och små CNV:er är inte automatiskt benigna. Svaret bör tydligt skilja laboratoriets klassificering från graden av fenotypförklaring. Möjliga incidentella fynd, släktskapsinformation, långa homozygotiregioner och framtida omklassificering ska hanteras enligt informerat samtycke och lokala riktlinjer. Kliniskt relevanta VUS kan behöva omvärderas när nya data tillkommer.

Prenatal diagnostik och screening

Vid invasiv prenatal diagnostik kan CMA utföras på korionvilli eller amniocyter. Metoden ger högre upplösning än karyotypning och kan identifiera submikroskopiska obalanser även när kromosombilden är normal. Den extra diagnostiska nyttan är störst vid strukturella ultraljudsavvikelser, men analysen kan också ge VUS eller CNV:er med reducerad penetrans och osäker prognos.

Korionvilliprov representerar huvudsakligen placenta. Confined placental mosaicism kan därför ge ett fynd som inte föreligger, eller föreligger i annan omfattning, hos fostret. Vid osäkert mosaikfynd kan amniocentes behövas. Maternell cellkontamination måste beaktas, särskilt vid prov med liten mängd foster- eller placentavävnad.

Cellfritt DNA-test, cfDNA/NIPT, är screening och inte diagnostik. Prestandan för mikrodeletioner påverkas av variantstorlek, fetal fraktion, placentamosaicism och maternella CNV:er. Ett positivt screeningresultat, inklusive misstänkt 22q11.2-deletion, ska bekräftas med korionvilliprov eller amniocentes och diagnostisk analys. Ett negativt resultat utesluter varken mikrodeletion eller mikroduplikation och får inte ersätta invasiv diagnostik när ultraljud eller familjehistoria ger stark misstanke.

Kliniskt betydelsefulla återkommande mikrodeletioner

Återkommande deletioner har ofta LCR-medierade brytpunkter och ett reproducerbart kärnspektrum, men ingen enskild klinisk manifestation förekommer hos samtliga bärare.

Vid 22q11.2-deletionssyndrom stör TBX1-haploinsufficiens utvecklingen av faryngealbågarna. Följden kan bli truncus arteriosus, tetralogi av Fallot, avbruten aortabåge, aortabågsanomali, velofaryngeal insufficiens, hypoparatyreoidism med hypokalcemi och varierande T-cellsbrist på grund av tymushypoplasi. Under uppväxten tillkommer ofta inlärningssvårigheter, ångest, ADHD eller autismdrag; i ungdoms- och vuxenålder finns en tydligt ökad psykosrisk.

Williams–Beurens syndrom orsakas vanligen av en deletion på 7q11.23. ELN-haploinsufficiens ger supravalvulär aortastenos och kan även medföra stenoser i andra artärer samt hypertoni. Hyperkalcemi och hyperkalciuri förekommer, särskilt tidigt i livet. Den neurokognitiva profilen innefattar ofta relativ verbal och social styrka i förhållande till visuospatial förmåga, men graden av intellektuell påverkan varierar.

Smith–Magenis syndrom beror vanligen på en 17p11.2-deletion som omfattar RAI1. Typiskt ses utvecklingsförsening, uttalad sömn–vakenhetsstörning, beteendeproblem och stereotypier eller självskadande handlingar. Hörsel, syn, skolios, tyreoideafunktion och vikt behöver följas.

17q12-deletion bör misstänkas vid kombinationen njurmissbildning eller tubulointerstitiell njursjukdom, tidigt debuterande diabetes och neurodevelopmentell avvikelse. HNF1B förklarar en stor del av njur- och diabetesfenotypen, medan andra gener bidrar till det bredare syndromet.

Imprintingberoende deletioner i 15q11–q13

I 15q11–q13 uttrycks vissa gener beroende på om kromosomsegmentet är nedärvt från fadern eller modern. En deletion av samma anatomiska intervall kan därför ge två helt olika syndrom. Kopietalsanalys behöver kompletteras med metoder som visar föräldraspecifikt metyleringsmönster.

Vid Prader–Willis syndrom saknas funktionellt uttryck av paternellt uttryckta gener i regionen. Orsaken kan vara paternal deletion, maternell uniparental disomi eller imprintingdefekt. Neonatalt ses uttalad hypotoni, svag sugförmåga och dålig viktuppgång. Senare utvecklas hyperfagi med risk för svår obesitas, och hypogonadism, kortvuxenhet, sömnapné, skolios och beteendeproblematik är vanliga.

Vid Angelmans syndrom saknas maternellt UBE3A-uttryck i hjärnan, där den paternella allelen normalt är nedreglerad i relevanta neuron. Orsaken kan vara maternell deletion, patogen variant i UBE3A, paternal uniparental disomi eller imprintingdefekt. Fenotypen präglas av svår utvecklings- och talstörning, ataxi, epilepsi, mikrocefali hos en del och karakteristiskt beteende med frekventa leenden eller skratt.

Metyleringsanalys identifierar det avvikande imprintingmönstret vid de flesta fall av Prader–Willi och Angelman men skiljer inte ensam mellan deletion, uniparental disomi och imprintingdefekt. Kompletterande CNV-analys, polymorfimarkörer och vid Angelman ibland UBE3A-sekvensering krävs för etiologisk diagnos. Mekanismen är avgörande för återupprepningsrisken och därmed för genetisk vägledning.

Kliniskt betydelsefulla mikroduplikationer

Reciproka mikroduplikationer kan uppkomma genom samma NAHR-händelse som deletionerna. De har ofta lägre eller mer ofullständig penetrans, och en större andel identifieras hos lindrigt påverkade eller kliniskt odiagnostiserade föräldrar. Neurodevelopmentella och psykiatriska manifestationer dominerar ofta, men medfödda missbildningar kan förekomma.

7q11.23-duplikation är inte en enkel motsats till Williams–Beurens syndrom. Social ångest, språkstörning och autismdrag kan vara framträdande, men den individuella profilen varierar. På motsvarande sätt har 22q11.2-duplikation ett brett spektrum från asymtomatiskt bärarskap till intellektuell funktionsnedsättning och multipla missbildningar.

Vid proximal 16p11.2-CNV ses en statistisk dosrelation för huvudomfång och vikt: deletion är associerad med tendens till makrocefali och obesitas, medan duplikation oftare är associerad med mikrocefali och låg vikt. Överlappningen är emellertid stor, och varken viktutveckling, kognition eller autism kan förutsägas säkert utifrån kopietalet. Klinisk bedömning och longitudinell uppföljning förblir nödvändiga.

Syndromspecifik utredning, behandling och livslång uppföljning

Efter ett patogent eller sannolikt patogent fynd bör en fenotypstyrd basutredning kartlägga organ som ofta påverkas vid genomiska syndrom. Undersökningen anpassas till ålder, symtom och specifik CNV; alla bärare behöver inte alla undersökningar.

En praktisk basbedömning kan omfatta:

• ekokardiografi och blodtryck vid relevant hjärt- eller kärlrisk,
• njurultraljud, kreatinin, elektrolyter och urinanalys,
• bedömning av gomfunktion, tal, hörsel och syn,
• längd, vikt, huvudomfång, nutrition och pubertetsutveckling,
• kalcium, fosfat, tyreoideaprover och övrig riktad endokrinologi,
• immunstatus inför vaccinationsbeslut vid misstänkt tymus- eller T-cellsdefekt,
• neurologisk bedömning och EEG vid anfallsmisstanke,
• bedömning av sömn, andning, beteende och psykisk hälsa.

Behandlingen är symtomatisk eftersom kopietalsförändringen inte kan korrigeras med etablerad klinisk behandling. Hjärtfel, gomspalt och andra missbildningar handläggs kirurgiskt när indicerat. Hypokalcemi, tyreoidearubbning, diabetes och epilepsi behandlas enligt etablerade principer, men hänsyn måste tas till syndromspecifika risker. Vid immunbrist krävs infektions- och vaccinationsplanering; levande vaccin kan behöva skjutas upp tills immunfunktionen är bedömd.

Tidiga habiliteringsinsatser, fysioterapi, arbetsterapi, logopedi och alternativ eller kompletterande kommunikation kan förbättra funktion och delaktighet. Neuropsykiatriska tillstånd och ångest, depression eller psykos ska diagnostiseras och behandlas aktivt. Övergången till vuxensjukvård bör vara strukturerad och omfatta medicinska risker, sexualitet, reproduktion, boende, utbildning, arbete och beslutsstöd. Uppföljningen behöver vara livslång eftersom endokrina, metabola och psykiatriska komplikationer kan debutera efter barndomen.

Ärftlighet, återupprepningsrisk och genetisk vägledning

Majoriteten av kliniskt tydliga återkommande patogena CNV:er uppkommer de novo, men andelen är lokusberoende och lägre för varianter med reducerad penetrans. Om en individ bär en autosomalt dominant deletion eller duplikation är transmissionsrisken vanligen 50 % vid varje graviditet. Detta innebär inte att barnet får samma fenotypiska svårighetsgrad som föräldern.

Föräldraanalys behövs för att skilja de novo-uppkomst från nedärvning och för att upptäcka mosaicism eller en strukturell rearrangering. Vid ett till synes de novo-fynd är återupprepningsrisken låg men inte noll eftersom gonadal mosaicism kan förekomma. En balanserad translokation eller inversion hos en förälder kan medföra betydligt högre risk för obalanserade könsceller, och då krävs strukturell kromosomanalys utöver riktad kopietalsanalys.

Reproduktiva alternativ kan omfatta naturlig graviditet med korionvilliprov eller amniocentes, preimplantatorisk genetisk testning och användning av donerade könsceller. PGT-SR är relevant vid strukturella rearrangemang, medan lokusspecifik PGT-M i vissa sammanhang kan användas för en känd familjär CNV. Metodvalet avgörs av variantens struktur, laboratoriets tekniska möjligheter och parets önskemål.

Genetisk vägledning ska vara icke-direktiv och tydligt förklara penetrans, variabel expressivitet och analysens prognostiska begränsningar. Samtycket bör omfatta möjligheten till VUS, incidentella fynd och släktskapsrelevant information. Särskilt prenatalt måste familjen förstå att ett säkert genetiskt fynd inte alltid möjliggör en säker bedömning av framtida kognition, beteende eller behov av stöd.

Källor

• Microdeletion syndrome
• Category:Microdeletion syndrome
• Microdeletion syndrome
• Bild: Patients with 17q12 microdeletion syndrome.jpeg — Clissold RL, Shaw-Smith C, Turnpenny P, Bunce B, Bockenhauer D, Kerecuk L, Waller S, Bowman P, Ford T, Ellard S, Hatters, CC BY 4.0