Medfødt hypothyreose forårsaket av PAX8 genmutasjon

Skrevet av: Wakako Jo(1) Katsura Ishizu(1) Kenji Fujieda(2) og Toshihiro Tajima

(1)

1 = Department of Pediatrics, Hokkaido University School of Medicine, N15, W7, Sapporo, Hokkaido 060-8638, Japan 2 = Department of Pediatrics, School of Medicine, Asahikawa Medical College, 2-1-1-1 Midorigaoka Higashi, Asahikawa, Hokkaido 078-8510, Japan

Originalspråk: Engelsk

---

Abstrakt

Tap av funksjonsmutasjoner av PAX8-genet anses hovedsakelig å forårsake medfødt hypotyreose (CH) på grunn av thyreoideahypoplasi. Noen pasienter med PAX8-mutasjon har imidlertid vist skjoldbruskkjertel med en normal størrelse. Her rapporterer vi en CH-pasient forårsaket av en PAX8-mutasjon, som manifesterte seg som jodidtransportdefekt (ITD). Hypotyreose ble påvist ved neonatal screening og L-tyroksin-erstatning ble startet umiddelbart. Selv om I-scintigrafi (1, 2, 3) ved 5 års alder viste at skjoldbruskkjertelen var i normal posisjon og av liten størrelse, var jodfangsten hans lav. Forholdet mellom spytt/plasma radioaktivt jod var lavt. Han hadde ikke struma; laboratoriefunn antydet imidlertid at han hadde delvis ITD. Genanalyser viste at natrium/jodid symporter (NIS) genet var normalt; i stedet ble en mutasjon i PAX8-genet som forårsaket R31H-substitusjon identifisert. Denne rapporten viser at individer med defekt PAX8 kan ha delvis ITD, og dermed er genetisk analyse nyttig for differensialdiagnose.

1. Introduksjon

Medfødt hypotyreose (CH) er den vanligste medfødte endokrine lidelsen og forekommer ved 1 av 3000–4000 fødsler [1]. Årsakene til CH kan klassifiseres i to grupper: utviklingsdefekter i skjoldbruskkjertelen (skjoldbruskkjerteldysgenese) og medfødte feil i skjoldbruskhormonbiosyntesen (dyshormonogenese). Flere gener som er ansvarlige for skjoldbruskdysgenese er identifisert, slik som TSHβ-underenhet, TSH-reseptor, Gs α-subenheten, TTF-1, TTF-2, GLIS3 og PAX8 [2]. Blant dem er PAX8 en paret domene transkripsjonsfaktor og uttrykkes i den utviklende skjoldbruskkjertelen, nyrene og flere områder av sentralnervesystemet [3].

I tillegg til sin rolle i normal utvikling av skjoldbruskkjertelen, regulerer PAX8 ekspresjonen av gener som koder for tyroglobulin (TG), tyreoideaperoksidase (TPO) og natriumjodid-symporteren (NIS) ved å binde seg til deres promotorregioner gjennom dens 128-aminosyreparede domene [4, 5]. Til dags dato har flere mutasjoner av PAX8-genet blitt identifisert hos CH-pasienter [6–12]. De fleste av disse mutasjonene har forårsaket skjoldbruskdysgenese; noen pasienter med PAX8-mutasjon har imidlertid en normalt stor skjoldbruskkjertel [9, 10].

Jodidtransportdefekt (ITD) er en sjelden lidelse karakterisert ved manglende evne for skjoldbruskkjertelen til å opprettholde en konsentrasjonsforskjell av lett utskiftbart jod mellom plasma og skjoldbruskkjertelen. Diagnostiske kriterier for ITD inkluderer en variabel grad av CH og struma, lavt eller fraværende radiojodopptak, bestemt ved skjoldbruskkjertelscintigrafi, og lav jod spytt til plasma (S/P) ratio [13, 14]. Denne sykdommen er forårsaket av mutasjoner i NIS-genet [13–17].

Her rapporterer vi at en pasient med en PAX8-mutasjon viste lavt jodid S/P-forhold. PAX8-mutasjonen hos denne pasienten manifesterte seg som CH på grunn av ITD.

2. Saksrapport

Et mannlig spedbarn ble født etter fulltids svangerskap ved normal vaginal fødsel fra ikke-konsanguine foreldre. Fødselsvekten hans var 3342 g. Familiehistorien viste ingen sykdom i skjoldbruskkjertelen. Det var ingen unormale fysiske funn; Imidlertid var neonatal massescreening ved bruk av filterpapir positiv for medfødt hypotyreose i en alder av 6 dager, og et høyt nivå av TSH (62,8 mU/L, normal <10 mU/L). Pasienten ble henvist til vårt sykehus i en alder av 17 dager for videre utredning. På den tiden var kroppsvekten hans 3950 g. Fysisk undersøkelse viste ingen unormale funn inkludert struma.

Biokjemisk evaluering viste at serum-TSH-nivået var 202,7 mU/L, tyroksin, 91,3 nmol/L, og trijodtyronin, 1,88 nmol/L (tabell 1). Han ble behandlet med levotyroksin (L-T4) på den tiden. I en alder av 5 år gjennomgikk han 123I scintigrafi etter avsluttet L-T4-behandling i en måned. Selv om 123I-scintigrafi viste en normalt lokalisert skjoldbruskkjertel, var hans 1-, 3- og 24-timers 123I-opptaksverdier henholdsvis 4,8 %, 5,8 % og 2,9 % (normalområde, 10 %–30 %). 123I S/P-forhold etter 2 og 4 timer var henholdsvis 4,5 og 3,8 (normal >20) (tabell 1). Han hadde ikke struma; diagnosen hans ble imidlertid ansett for å være delvis ITD basert på lavt opptak av jodid i thyreoidea og lavt S/P-forhold. Pasienten er i dag 23 år gammel, og han har ikke utviklet struma under oppfølgingen.

Tabell 1 Laboratoriefunn hos pasienten:

Verdier av filterpapir ved neonatal screening:

TSH (mU/L) (normalområde 0.1~10) 62.8

Verdier på tidspunktet for den første evalueringen (Serum):

17 dager gammel

TSH (mU/L) (normalområde 0.34~3.5) 202.7

T4 (nmol/L) (normalområde 59.2~161.2) 91.2

T3 (nmol/L) (normalområde 1.22~2.76) 1.88

I thyroid skann ved 1t, 3t, 24 t 4.8, 5.8, 2.9

Spytt/Serum ratio ved 2 t og 4 t 4.5, 3.8

Skjoldkjertelskanning ble utført i en alder av 5 år.

3. Metode

Etter å ha innhentet skriftlig samtykke fra pasienten og pasientens forelder, ble genomisk DNA ekstrahert fra perifere blodlymfocytter. NIS- og PAX8-genene ble amplifisert ved polymerasekjedereaksjon (PCR) i henhold til tidligere beskrevne metoder [6, 17].

Etter PCR-amplifisering ble de amplifiserte produktene utsatt for direkte sekvensering.

4. Resultat

Analyse av NIS-genet avslørte ingen nukleotidendringer i den kodende regionen eller i ekson-intron-grensene. Ved analyse av PAX8-genet identifiserte vi pasienten som var heterozygot for en arginin (CGC)-til-histidin (CAC) substitusjon ved kodon 31 (R31H), som tidligere ble rapportert hos en pasient med CH [6] (Figur 1).

(A)

(B)

5. Diskusjon

I denne studien rapporterte vi en japansk pasient med R31H-substitusjon i PAX8-proteinet. Siden argininen ved Residue 31 er lokalisert i det parede domenet i PAX8-proteinet og er bevart blant arter, antas denne aminosyresubstitusjonen å svekke dens DNA-bindende aktivitet, noe som resulterer i tap av funksjon. Det er av interesse at en mutasjon ved denne Residuen tidligere ble funnet hos en italiensk pasient og en japansk pasient [6, 7].

Disse to pasientene ble diagnostisert med thyreoideahypoplasi som bestemt ved ultralydundersøkelse. Vi identifiserte også R31H hos en annen japansk CH-pasient som hadde hypoplastisk skjoldbruskkjertel (upubliserte data). For å avgjøre hvorvidt substitusjon av denne argininen er hyppig blant japanske pasienter med CH, er ytterligere analyse nødvendig.

Defekte mutasjoner av PAX8-genet har blitt ansett for å hovedsakelig forårsake thyreoideahypoplasi. Imidlertid har klinisk heterogenitet blitt observert blant pasienter og til og med i samme familie [9, 10]. En pasient som hadde S54G-substitusjon i PAX8-proteinet hadde organisasjonsdefekt og en normal størrelse skjoldbruskkjertelen [10].

Siden PAX8 spiller en kritisk rolle i TPO-ekspresjon under utvikling av skjoldbruskkjertelen [2, 4], kan nedsatt TPO-genekspresjon på grunn av PAX8-dysfunksjon ha ført til organisasjonsfeil hos den pasienten. I denne sammenhengen kan det være mulig at NIS-ekspresjon påvirkes av mutasjoner av PAX8-genet, fordi et PAX8-bindingssted ble funnet i forsterkerregionen langt oppstrøms til det humane NIS-genet og PAX8 var nødvendig for aktivering av NIS-genekspresjon i skjoldbruskkjertelen [18].

Som nevnt tidligere er kjennetegnene til ITD markant redusert eller fraværende thyreoidalt opptak av radiojodid og redusert jodid S/P-forhold. Fravær av opptak av jodid i skjoldbruskkjertelen er et typisk trekk ved skjoldbrusk-agenese, og derfor er diagnosen feilaktig tildelt noen pasienter med jodidfangstdefekt, spesielt når struma ikke var tilstede. Szinnai et al. [14] oppsummerte de kliniske egenskapene, laboratoriefunnene og mutasjonene til NIS-genet hos pasienter med ITD.

Blant disse 31 pasientene varierte radiojodidopptaket fra <1 % til 4,8 % og jodid S/P-forholdet varierte fra 0,94 til 5,2. Når det gjelder struma, utviklet 18 pasienter struma og diagnosen ble stilt ved en median alder på 11 år. Hos vår pasient var verdien av radiojodidopptak høyere enn hos tidligere rapporterte pasienter. Jodid S/P-forholdet hos vår pasient var imidlertid lavt. Et jodid S/P-forhold i nærheten av 1 anses å være konsekvensen av fullstendig ITD mens et jodid S/P-forhold på opptil 20 anses å representere delvis ITD [13]. Derfor spekulerte vi i utgangspunktet at årsaken til CH hos pasienten vår var delvis ITD på grunn av defekt NIS.

Sekvensanalyse viste imidlertid at NIS-genet var normalt; i stedet ble det funnet en mutasjon som forårsaker R31H i PAX8-proteinet. Som nevnt tidligere, er PAX8-genuttrykk under fosterperioden observert i den utviklende skjoldbruskkjertelen og nyrene under menneskelig utvikling [3]; dets uttrykk i spyttkjertler er imidlertid ikke undersøkt. Det er fristende å spekulere i at PAX8 kommer til uttrykk og forsterker NIS-genuttrykk under embryogenese i menneskelige spyttkjertler på samme måte som i skjoldbruskkjertelen. Dermed kan PAX8-mutasjon svekke NIS-funksjonen ikke bare i skjoldbruskkjertelen, men også i spyttkjertlene. Denne muligheten må utredes nærmere.

Avslutningsvis rapporterte vi en pasient med en mutasjon som forårsaket R31H-substitusjon i PAX8-proteinet, som manifesterte seg som delvis ITD.

Referanser

1. D. A. Fisher, J. H. Dussault, T. P. Foley Jr. et al., “Screening for congenital hypothyroidismml: results of screening one million North American infants,” Journal of Pediatrics, vol. 94, no. 5, pp. 700–705, 1979. View at: Google Scholar

2. G. Van Vliet, “Development of the thyroid gland: lessons from congenitally hypothyroid mice and men,” Clinical Genetics, vol. 63, no. 6, pp. 445–455, 2003. View at: Publisher Site | Google Scholar

3. A. Poleev, H. Fickenscher, S. Mundlos et al., “PAX8, a human paired box gene: isolation and expression in developing thyroid, kidney and Wilms' tumors,” Development, vol. 116, no. 3, pp. 611–623, 1992. View at: Google Scholar

4. M. Zannini, H. Francis-Lang, D. Plachov, and R. Di Lauro, “Pax-8, a paired domain-containing protein, binds to a sequence overlapping the recognition site of a homeodomain and activates transcription from two thyroid-specific promoters,” Molecular and Cellular Biology, vol. 12, no. 9, pp. 4230–4241, 1992. View at: Google Scholar

5. M. Ohno, M. Zannini, O. Levy, N. Carrasco, and R. Di Lauro, “The paired-domain transcription factor Pax8 binds to the upstream enhancer of the rat sodium/iodide symporter gene and participates in both thyroid-specific and cyclic-AMP-dependent transcription,” Molecular and Cellular Biology, vol. 19, no. 3, pp. 2051–2060, 1999. View at: Google Scholar

6. P. E. Macchia, P. Lapi, H. Krude et al., “PAX8 mutations associated with congenital hypothyroidism caused by thyroid dysgenesis,”Nature Genetics, vol. 19, no. 1, pp. 83–86, 1998. View at: Publisher Site | Google Scholar

7. M. Komatsu, T. Takahashi, I. Takahashi, M. Nakamura, and G. Takada, “Thyroid dysgenesis caused by PAX8 mutation: the hypermutability with CpG dinucleotides at codon 31,” Journal of Pediatrics, vol. 139, no. 4, pp. 597–599, 2001. View at: Publisher Site | Google Scholar

8. T. Congdon, L. Q. Nguyen, C. R. Nogueira, R. L. Habiby, G. Medeiros-Neto, and P. Kopp, “A novel mutation (Q40P) in PAX8 associated with congenital hypothyroidism and thyroid hypoplasia: evidence for phenotypic variability in mother and child,” The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, vol. 86, no. 8, pp. 3962–3967, 2001. View at: Publisher Site | Google Scholar

9. L. de Sanctis, A. Corrias, D. Romagnolo et al., “Familial PAX8 small deletion (c.989_992delACCC) associated with extreme phenotype variability,” The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, vol. 89, no. 11, pp. 5669–5674, 2004. View at: Publisher Site | Google Scholar

10. L. Meeus, B. Gilbert, C. Rydlewski et al., “Characterization of a novel loss of function mutation of PAX8 in a familial case of congenital hypothyroidism with in-place, normal-sized thyroid,” The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, vol. 89, no. 9, pp. 4285–4291, 2004. View at: Publisher Site | Google Scholar

11. M. Tonacchera, M. E. Banco, L. Montanelli et al., “Genetic analysis of the PAX8 gene in children with congenital hypothyroidism and dysgenetic or eutopic thyroid glands: identification of a novel sequence variant,” Clinical Endocrinology, vol. 67, no. 1, pp. 34–40, 2007. View at: Publisher Site | Google Scholar

12. S. A. Esperante, C. M. Rivolta, L. Miravalle et al., “Identification and characterization of four PAX8 rare sequence variants (p.T225M, p.L233L, p.G336S and p.A439A) in patients with congenital hypothyroidism and dysgenetic thyroid glands,” Clinical Endocrinology, vol. 68, no. 5, pp. 828–835, 2008. View at: Publisher Site | Google Scholar

13. J. Pohlenz and S. Refetoff, “Mutations in the sodium/iodide symporter (NIS) gene as a cause for iodide transport defects and congenital hypothyroidism,” Biochimie, vol. 81, no. 5, pp. 469–476, 1999. View at: Publisher Site | Google Scholar

14. G. Szinnai, S. Kosugi, C. Derrien et al., “Extending the clinical heterogeneity of iodide transport defect (ITD): a novel mutation R124H of the sodium/iodide symporter gene and review of genotype-phenotype correlations in ITD,” The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, vol. 91, no. 4, pp. 1199–1204, 2006. View at: Publisher Site | Google Scholar

15. H. Fujiwara, K. Tatsumi, K. Miki et al., “Congenital hypothyroidism caused by a mutation in the Na+/l-symporter,” Nature Genetics, vol. 17, no. 1, pp. 124–125, 1997. View at: Google Scholar

16. J. Pohlenz, I. M. Rosenthal, R. E. Weiss, S. M. Jhiang, C. Burant, and S. Refetoff, “Congenital hypothyroidism due to mutations in the sodium/iodide symporter. Identification of a nonsense mutation producing a downstream cryptic 3′ splice site,” Journal of Clinical Investigation, vol. 101, no. 5, pp. 1028–1035, 1998. View at: Google Scholar

17. S. Kosugi, Y. Sato, A. Matsuda et al., “High prevalence of T354P sodium/iodide symporter gene mutation in Japanese patients with iodide transport defect who have heterogeneous clinical pictures,” The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, vol. 83, no. 11, pp. 4123–4129, 1998. View at: Google Scholar

18. K. Taki, T. Kogai, Y. Kanamoto, J. M. Hershman, and G. A. Brent, “A thyroid-specific far-upstream enhancer in the human sodium/iodide symporter gene requires Pax-8 binding and cyclic adenosine 3′,5′-monophosphate response element-like sequence binding proteins for full activity and is differentially regulated in normal and thyroid cancer cells,” Molecular Endocrinology, vol. 16, no. 10, pp. 2266–2282, 2002. View at: Publisher Site | Google Scholar

Received 22 Jun 2009 Accepted 20 Sept 2009 Published 09 Dec 2009

Case Report | Open Access

Volume 2010 | Article ID 619013 | https://doi.org/10.4061/2010/619013