medgenМедицинская генетикаMedical Genetics2073-7998Publishing House «Genius Media» LLC10.25557/2073-7998.2024.12.44-57medgen-2586Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHМультилокусные нарушения в структуре болезней геномного импринтинга в Российской ФедерацииMultilocus imprinting disturbances in the structure of imprinting disorders in the Russian FederationПанченкоЕ. Г.PanchenkoE. G.

Панченко Елизавета Григорьевна

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1;117513, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1

Elizaveta G. Panchenko

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478; 1, Ostrovityanova st., Moscow, 117513

pangen1994@gmail.comСимоноваО. А.SimonovaO. A.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478

РешетниковаА. А.ReshetnikovaA. A.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478

ЕфремоваА. В.EfremovaA. V.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478

ЧесноковаГ. Г.ChesnokovaG. G.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478

СигинВ. О.SiginV. O.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478

АгееваФ. А.AgeevaF. A.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478

ВолодинИ. В.VolodinI. V.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478

НиколаеваА. Ф.NikolaevaA. F.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478

КазаковаС. А.KazakovaS. A.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478

МусатоваВ. В.MusatovaV. V.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478

НемцоваМ. В.NemtsovaM. V.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1; 119048, г. Москва, ул. Трубецкая, д. 8/2

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478; 8/2, Trubetskaya st., Moscow, 119048

ЗалетаевД. В.ZaletaevD. V.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478

СтрельниковВ. В.StrelnikovV. V.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1;117513, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1

1, Moskvorechie st., Moscow, 115478; 1, Ostrovityanova st., Moscow, 117513

ФГБНУ Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова; ФГАОУ ВО Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова МЗ РФРоссияResearch Centre for Medical Genetics; N.I. Pirogov Russian National Research Medical University of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationФГБНУ Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. БочковаРоссияResearch Centre for Medical GeneticsRussian FederationФГБНУ Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова; ФГАОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова МЗ РФ (Сеченовский Университет)РоссияResearch Centre for Medical Genetics; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)Russian Federation20242601202523124457Copyright © Панченко Е.Г., Симонова О.А., Решетникова А.А., Ефремова А.В., Чеснокова Г.Г., Сигин В.О., Агеева Ф.А., Володин И.В., Николаева А.Ф., Казакова С.А., Мусатова В.В., Немцова М.В., Залетаев Д.В., Стрельников В.В., 20252025Панченко Е.Г., Симонова О.А., Решетникова А.А., Ефремова А.В., Чеснокова Г.Г., Сигин В.О., Агеева Ф.А., Володин И.В., Николаева А.Ф., Казакова С.А., Мусатова В.В., Немцова М.В., Залетаев Д.В., Стрельников В.В.Panchenko E.G., Simonova O.A., Reshetnikova A.A., Efremova A.V., Chesnokova G.G., Sigin V.O., Ageeva F.A., Volodin I.V., Nikolaeva A.F., Kazakova S.A., Musatova V.V., Nemtsova M.V., Zaletaev D.V., Strelnikov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.medgen-journal.ru/jour/article/view/2586

Болезни геномного импринтинга (БГИ) являются следствием нарушений механизма геномного импринтинга, регулирующего экспрессию гомологичных аллелей генов различного родительского происхождения в импринтированных районах хромосом. Для отдельно взятой БГИ характерна аномалия метилирования в пределах специфичного для нее импринтированного района. Для мультилокусных нарушений импринтинга (MLID) характерны аномалии метилирования в нескольких импринтированных районах. Для БГИ установлены четыре класса молекулярно-генетических изменений: делеции/дупликации, однородительские дисомии, эпимутации и мутации в импринтированных генах. MLID выявляются чаще среди пациентов с эпимутациями. Причинами MLID являются патогенные варианты в генах, кодирующих ооцитарные и зиготические факторы развития эмбриона, таких как NLRP2, NLRP5, NLRP7, KHDC3L, OOEP, PADI6, TLE6, UHRF1, ZFP57, ARID4A, ZAR1, ZFP42, ZNF445, TRIM28, участвующих в жизненном цикле импринтинга. Наличие таких вариантов в семье пациента с MLID существенно увеличивает риск репродуктивных потерь и рождения детей с БГИ и MLID в отличие от однолокусной эпимутации в пределах одного импринтированного хромосомного района, что делает важным дообследование на MLID пациентов с однолокусной эпимутацией. В ходе исследования проведена метилчувствительная мультиплексная лигаза-зависимая амплификация зондов районов 6q24.2; 7q32.2; 11p15.5; 14q32.2; 15q11.2; 19q13.43; 20q13.32 (МЧ-MLPA MLID) на 209 образцах ДНК пациентов обоих полов. В выборке пациентов с ранее подтвержденными диагнозами БГИ без CNVs (113 образцов) ранее полученные результаты были подтверждены в 113 случаях, дополнительно удалось выявить MLID в 7 (6,2%) случаях. При сравнении спектра БГИ в выборках пациентов с ранее выявленными БГИ без CNVs и впервые выявленными БГИ показан рост выявляемости синдрома Темпл с 1 (0,9%) до 5 случаев (15,2%) с использованием МЧ-MLPA MLID. В выборке с ранее не подтвержденными диагнозами БГИ (25 образцов) удалось не только молекулярно-генетически подтвердить клинические диагнозы в 6 (24,0%) случаях, но и выявить аномалии метилирования, отличные от предполагаемых клинических диагнозов, в 2 (8,0%) случаях, а также MLID в 4 случаях (16,0%). В группе пациентов, впервые направленных на диагностику БГИ (56 образцов) молекулярно-генетически были подтверждены клинические диагнозы в 17 (30,4%) случаях, выявлены другие молекулярные нарушения в 3 (5,4%) случаях, MLID выявлены в 1 случае (1,8%). По результатам оценки фенотипа пациентов с MLID показано, что фенотипические признаки MLID могут совпадать с признаками известных БГИ, частично перекрываться с признаками отдельных известных БГИ и быть неспецифичными, что затрудняет клиническую диагностику. В ходе полногеномного исследования пациента с ТНСД-MLID был выявлен ранее не описанный гомозиготный вариант NM_001109809.4.8(ZFP57): c.115delG (p.Val39fs), который согласно критериям ACMG был расценен как вероятно патогенный (PVS1+PM2). Родители являются гетерозиготными носителями варианта, что определяет риск повторного деторождения с ТНСД-MLID в 25%. По результатам исследования предложен алгоритм диагностики БГИ, где МЧ-MLPA MLID является тестом первой линии.   

Imprinting disorders (ImpDis) are a consequence of violations of the mechanism of genomic imprinting, which regulates the expression of homologous alleles of genes of different parental origin in imprinted regions of chromosomes. A solitary ImpDis is characterized by a methylation anomaly within its specific imprinted region. Multilocus imprinting disturbances (MLID) are characterized by methylation abnormalities in several imprinted regions. Four classes of molecular anomalies have been established for ImpDis: deletions/duplications, uniparental disomies, epimutations, and mutations in imprinted genes. MLID are detected more often among patients with epimutations. The causes of MLID are pathogenic variants in genes encoding oocytic and zygotic factors of embryo development, such as NLRP2, NLRP5, NLRP7, KHDC3L, OOEP, PADI6, TLE6, UHRF1, ZFP57, ARID4A, ZAR1, ZNF445, TRIM28, involved in the life cycle of imprinting. The presence of causative variants in MLID-associated genes in the family of a patient with MLID significantly increases the risk of reproductive losses and the birth of children with ImpDis and MLID, as opposed to single-locus epimutation within one imprinted chromosomal region, which makes it important to follow-up on MLID among patients with single-locus epimutation. In the research, methylation-specific multiplex ligation-dependent probe amplification of regions 6q24.2; 7q32.2; 11p15.5; 14q32.2; 15q11.2; 19q13.43; 20q13.32 (MS-MLPA MLID) was applied to 209 DNA samples of patients both sexes. In a group of patients with previously confirmed ImpDis without CNVs (113 samples), previous results were confirmed in 113 cases, and MLID were additionally detected in 7 (6.2%) cases. The comparison of ImpDis’s spectrum between samples with previously confirmed ImpDis without CNVs and newly identified diagnosis shows an increase in the detection of the Temple syndrome from 1 (0.9%) case to 5 (15.2%) cases using МS-MLPA MLID. Among group of patients with previously unconfirmed diagnoses (25 samples), not only have we successfully confirmed diagnoses with molecular genetics in 6 (24.0%) cases, but also, we have identified methylation abnormalities different from the expected clinical syndromes in 2 (8.0%) cases, and MLID in 4 cases (16.0%). In the group of patients newly referred for the diagnosis (56 samples), clinical diagnoses were confirmed by molecular genetics in 17 (30.4%) cases, different molecular disorders were detected in 3 (5.4%) cases, MLID were detected in 1 case (1.8%). Based on the results of the assessment of the phenotype of patients with MLID, it is shown, that the phenotypic signs of MLID may coincide with the signs of known ImpDis, partially overlap with the signs of some known ImpDis and can be non-specific, which makes clinical diagnosis difficult. During the whole-genome analysis of patient with TNDM-MLID, previously undescribed homozygous variant NM_001109809.4.8(ZFP57): c.115delG (p.Val39fs) has been revealed and assessed as likely pathogenic (PVS1+PM2) according to ACMG criteria. Both parents are heterozygous carriers, which determines the risk of rebirth of a child with TNDM-MLID at 25%. Based on the results of the research, the algorithm for the diagnosis of ImpDis has been proposed, with MS-MLPA MLID as first-line test.

болезни геномного импринтингамультилокусные нарушения импринтингаДНК-диагностикаметилчувствительная MLPAimprinting disordersmultilocus imprinting disturbancesDNA diagnosticsMS-MLPAРабота выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России для ФГБНУ МГНЦ.The study was carried out according to the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation for the Research Centre for Medical Genetics.ReferencesMackay D.J.G., Gazdagh G., Monk D. et al. Multi-locus imprinting disturbance (MLID): interim joint statement for clinical and molecular diagnosis. Clin Epigenet. 2024; 16: 99. https://doi.org/10.1186/s13148-024-01713-y.Mackay D.J.G., Gazdagh G., Monk D. et al. Multi-locus imprinting disturbance (MLID): interim joint statement for clinical and molecular diagnosis. Clin Epigenet. 2024; 16: 99. https://doi.org/10.1186/s13148-024-01713-y.Elbracht M., Binder G., Hiort O., et al. Clinical spectrum and management of imprinting disorders. Medizinische Genetik. 2020;32(4):321-334. https://doi.org/10.1515/medgen-2020-2044.Elbracht M., Binder G., Hiort O., et al. Clinical spectrum and management of imprinting disorders. Medizinische Genetik. 2020;32(4):321-334. https://doi.org/10.1515/medgen-2020-2044.Khatib H., Zaitoun I., Kim ES. Comparative analysis of sequence characteristics of imprinted genes in human, mouse, and cattle. Mamm Genome. 2007; 18: 538–547. https://doi.org/10.1007/s00335-007-9039-z/Khatib H., Zaitoun I., Kim ES. Comparative analysis of sequence characteristics of imprinted genes in human, mouse, and cattle. Mamm Genome. 2007; 18: 538–547. https://doi.org/10.1007/s00335-007-9039-z/Stelzer Y., Sagi I., Yanuka O., et al. The noncoding RNA IPW regulates the imprinted DLK1-DIO3 locus in an induced pluripotent stem cell model of Prader-Willi syndrome. Nat Genet. 2014;46(6):551-7. doi: 10.1038/ng.2968.Stelzer Y., Sagi I., Yanuka O., et al. The noncoding RNA IPW regulates the imprinted DLK1-DIO3 locus in an induced pluripotent stem cell model of Prader-Willi syndrome. Nat Genet. 2014;46(6):551-7. doi: 10.1038/ng.2968.Eggermann T., Yapici E., Bliek J. et al. Trans-acting genetic variants causing multilocus imprinting disturbance (MLID): common mechanisms and consequences. Clin Epigenet. 2022;14:41. doi: 10.1186/s13148-022-01259-x.Eggermann T., Yapici E., Bliek J. et al. Trans-acting genetic variants causing multilocus imprinting disturbance (MLID): common mechanisms and consequences. Clin Epigenet. 2022;14:41. doi: 10.1186/s13148-022-01259-x.Sazhenova E.A., Lebedev I.N. Epigenetic mosaicism in genomic imprinting disorders. Russian Journal of Genetics. 2019;55(10):1196-1207. Doi: 10.1134/S1022795419100119.Sazhenova E.A., Lebedev I.N. Epigenetic mosaicism in genomic imprinting disorders. Russian Journal of Genetics. 2019;55(10):1196-1207. Doi: 10.1134/S1022795419100119.Zaletaev D.V., Nemtsova M.V., Strelnikov V.V. Epigenetic Regulation Disturbances on Gene Expression in Imprinting Diseases. Molecular Biology. 2022;56(1):1-28. doi: 10.1134/S0026893321050149.Zaletaev D.V., Nemtsova M.V., Strelnikov V.V. Epigenetic Regulation Disturbances on Gene Expression in Imprinting Diseases. Molecular Biology. 2022;56(1):1-28. doi: 10.1134/S0026893321050149.Bilo L., Ochoa E., Lee S. et al. Molecular characterisation of 36 multilocus imprinting disturbance (MLID) patients: a comprehensive approach. Clin Epigenet. 2023; 15: 35. https://doi.org/10.1186/s13148-023-01453-5.Bilo L., Ochoa E., Lee S. et al. Molecular characterisation of 36 multilocus imprinting disturbance (MLID) patients: a comprehensive approach. Clin Epigenet. 2023; 15: 35. https://doi.org/10.1186/s13148-023-01453-5.Javadi A., Shamaei M,. Mohammadi Ziazi L., et al. Qualification study of two genomic DNA extraction methods in different clinical samples. Tanaffos. 2014;13(4):41-47.Javadi A., Shamaei M,. Mohammadi Ziazi L., et al. Qualification study of two genomic DNA extraction methods in different clinical samples. Tanaffos. 2014;13(4):41-47.Moelans C.B., Atanesyan L., Savola S.P., van Diest P.J. Methylation-Specific Multiplex Ligation-Dependent Probe Amplification (MS-MLPA). Methods Mol Biol. 2018;1708:537-549. doi: 10.1007/978-1-4939-7481-8_27.Moelans C.B., Atanesyan L., Savola S.P., van Diest P.J. Methylation-Specific Multiplex Ligation-Dependent Probe Amplification (MS-MLPA). Methods Mol Biol. 2018;1708:537-549. doi: 10.1007/978-1-4939-7481-8_27.Brioude F., Kalish J., Mussa A. et al. Clinical and molecular diagnosis, screening and management of Beckwith–Wiedemann syndrome: an international consensus statement. Nat Rev Endocrinol. 2018; 14: 229–249. https://doi.org/10.1038/nrendo.2017.166.Brioude F., Kalish J., Mussa A. et al. Clinical and molecular diagnosis, screening and management of Beckwith–Wiedemann syndrome: an international consensus statement. Nat Rev Endocrinol. 2018; 14: 229–249. https://doi.org/10.1038/nrendo.2017.166.Williams C.A., Beaudet A.L., Clayton-Smith J., et al. Angelman syndrome 2005: updated consensus for diagnostic criteria. Am J Med Genet A. 2006;140(5):413-8. doi: 10.1002/ajmg.a.31074.Williams C.A., Beaudet A.L., Clayton-Smith J., et al. Angelman syndrome 2005: updated consensus for diagnostic criteria. Am J Med Genet A. 2006;140(5):413-8. doi: 10.1002/ajmg.a.31074.Wakeling E.L., Brioude F., Lokulo-Sodipe O., et al. Diagnosis and management of Silver-Russell syndrome: first international consensus statement. Nat Rev Endocrinol. 2017;13(2):105-124. doi: 10.1038/nrendo.2016.138.Wakeling E.L., Brioude F., Lokulo-Sodipe O., et al. Diagnosis and management of Silver-Russell syndrome: first international consensus statement. Nat Rev Endocrinol. 2017;13(2):105-124. doi: 10.1038/nrendo.2016.138.Hokken-Koelega A.C., van der Steen M., Boguszewski M.C. et al. International consensus guideline on small for gestational age: etiology and management from infancy to early adulthood. Endocrine Reviews. 2023;44(3):539–565. doi: 10.1210/endrev/bnad002.Hokken-Koelega A.C., van der Steen M., Boguszewski M.C. et al. International consensus guideline on small for gestational age: etiology and management from infancy to early adulthood. Endocrine Reviews. 2023;44(3):539–565. doi: 10.1210/endrev/bnad002.Ioannides Y., Lokulo-Sodipe K., Mackay D.J., et al. Temple syndrome: improving the recognition of an underdiagnosed chromosome 14 imprinting disorder: an analysis of 51 published cases. J Med Genet. 2014;51(8):495-501. doi: 10.1136/jmedgenet-2014-102396.Ioannides Y., Lokulo-Sodipe K., Mackay D.J., et al. Temple syndrome: improving the recognition of an underdiagnosed chromosome 14 imprinting disorder: an analysis of 51 published cases. J Med Genet. 2014;51(8):495-501. doi: 10.1136/jmedgenet-2014-102396.Prasasya R., Grotheer K.V., Siracusa L.D., Bartolomei M.S. Temple syndrome and Kagami-Ogata syndrome: clinical presentations, genotypes, models and mechanisms. Hum Mol Genet. 2020;29(R1):R107-R116. doi: 10.1093/hmg/ddaa133.Prasasya R., Grotheer K.V., Siracusa L.D., Bartolomei M.S. Temple syndrome and Kagami-Ogata syndrome: clinical presentations, genotypes, models and mechanisms. Hum Mol Genet. 2020;29(R1):R107-R116. doi: 10.1093/hmg/ddaa133.Gillessen-Kaesbach G., Albrecht B., Eggermann T., et al. Molecular and clinical studies in 8 patients with Temple syndrome. Clin Genet. 2018;93(6):1179-1188. doi: 10.1111/cge.13244.Gillessen-Kaesbach G., Albrecht B., Eggermann T., et al. Molecular and clinical studies in 8 patients with Temple syndrome. Clin Genet. 2018;93(6):1179-1188. doi: 10.1111/cge.13244.Eggermann T., Kraft F., Kloth K., et al. Heterogeneous phenotypes in families with duplications of the paternal allele within the imprinting center 1 (H19/IGF2:TSS-DMR) in 11p15.5. Clin Genet. 2020;98(4):418-419. doi: 10.1111/cge.13820.Eggermann T., Kraft F., Kloth K., et al. Heterogeneous phenotypes in families with duplications of the paternal allele within the imprinting center 1 (H19/IGF2:TSS-DMR) in 11p15.5. Clin Genet. 2020;98(4):418-419. doi: 10.1111/cge.13820.Greeley S.A.W, Polak M., Njølstad P.R. et al. ISPAD Clinical Practice Consensus Guidelines 2022: The diagnosis and management of monogenic diabetes in children and adolescents. Pediatr Diabetes. 2022;23(8):1188-1211. doi: 10.1111/pedi.13426 (19).Greeley S.A.W, Polak M., Njølstad P.R. et al. ISPAD Clinical Practice Consensus Guidelines 2022: The diagnosis and management of monogenic diabetes in children and adolescents. Pediatr Diabetes. 2022;23(8):1188-1211. doi: 10.1111/pedi.13426 (19).Docherty L.E., Kabwama S., Lehmann A., et al. Clinical presentation of 6q24 transient neonatal diabetes mellitus (6q24 TNDM) and genotype-phenotype correlation in an international cohort of patients. Diabetologia. 2013;56(4):758-62. doi: 10.1007/s00125-013-2832-1.Docherty L.E., Kabwama S., Lehmann A., et al. Clinical presentation of 6q24 transient neonatal diabetes mellitus (6q24 TNDM) and genotype-phenotype correlation in an international cohort of patients. Diabetologia. 2013;56(4):758-62. doi: 10.1007/s00125-013-2832-1.Mackay D.J., Callaway J.L., Marks S.M., et al. Hypomethylation of multiple imprinted loci in individuals with transient neonatal diabetes is associated with mutations in ZFP57. Nat Genet. 2008;40(8):949-51. doi: 10.1038/ng.187.Mackay D.J., Callaway J.L., Marks S.M., et al. Hypomethylation of multiple imprinted loci in individuals with transient neonatal diabetes is associated with mutations in ZFP57. Nat Genet. 2008;40(8):949-51. doi: 10.1038/ng.187.Зубкова Н.А., Колодкина А.А., Макрецкая Н.А., и др. Клиническая и молекулярно-генетическая характеристика 3 семейных случаев гонадотропинзависимого преждевременного полового развития, обусловленного мутациями в гене MKRN3. Проблемы Эндокринологии. 2021;67(3):55-61. https://doi.org/10.14341/probl12745Zubkova N.A., Kolodkina A.A., Makretskaya N.A., et al. Klinicheskaya i molekulyarno-geneticheskaya kharakteristika 3 semeynykh sluchayev gonadotropinzavisimogo prezhdevremennogo polovogo razvitiya, obuslovlennogo mutatsiyami v gene MKRN3 [Clinical and molecular genetic features of 3 family cases of the central precocious puberty, due to MKRN3 gene defects]. Problemy Endokrinologii [Problems of Endocrinology]. 2021;67(3):55-61. (In Russ.) https://doi.org/10.14341/probl12745Eggermann T. Human Reproduction and Disturbed Genomic Imprinting. Genes (Basel). 2024;15(2):163. doi: 10.3390/genes15020163.Eggermann T. Human Reproduction and Disturbed Genomic Imprinting. Genes (Basel). 2024;15(2):163. doi: 10.3390/genes15020163.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.