Primer estudio genotipo-fenotipo en el síndrome de TBX4: mutaciones de ganancia de función causantes de enfermedad pulmonar

El gen TBX4 codifica para un factor de transcripción de la familia de los T-Box que ha sido estudiado detalladamente en el contexto de la embriogénesis, especialmente por su rol durante el desarrollo de la pelvis y las extremidades inferiores. TBX4 se expresa durante el desarrollo temprano del mesénquima pulmonar, donde con TBX5 media en la activación del Factor de Crecimiento de Fibroblastos 10 (FGF10). La señalización por la ruta de FGF10 es crítica en el proceso ramificación durante la morfogénesis, ya que marca los lugares donde se produce la gemación para formar los precursores de los bronquios (Bellusci et al., 1997). A través de experimentos de Knock-Down y Knock-Out, sabemos que TBX4 y TBX5 son cruciales en estos procesos, resultando en defectos pulmonares (Arora et al., 2021).

Las mutaciones en TBX4 son la segunda mayor causa de Hipertensión Arterial Pulmonar (HAP, ORPHA:182090) en edad pediátrica (Welch et al., 2020), aunque también se pueden encontrar en casos de enfermedades pulmonares del desarrollo (Karolak et al., 2019), y malformaciones esqueléticas como el caso del Síndrome de Rótula Pequeña (ORPHA: 1509)(Bongers et al., 2004). Sin embargo, todavía no se sabe cómo las mutaciones en TBX4 producen fenotipos tan distintos. Teniendo en cuenta que la mayoría de las mutaciones que encontramos en estos casos son de cambio de marco de lectura, sin sentido o microdeleciones cromosómicas (17q23.2), todo apunta a que la pérdida de función de TBX4 debería ser el mecanismo principal, aunque resulta curioso, que se hayan descrito más de un 30% de variantes de cambio de sentido, siendo la mayor parte de ellas, variantes de significado incierto (VUS).

Teniendo esto en cuenta, diseñamos un sistema para analizar funcionalmente todas las variantes de cambio de sentido descritas en TBX4 (Prapa et al., 2022). Para ello, combinamos plásmidos reporteros de luciferasa con una región promotora diseñada para la unión de TBX4 y plásmidos de sobreexpresión de TBX4 a los que introducimos por mutagénesis dirigida las mutaciones a estudiar. Esta aproximación nos permitió descubrir que las mutaciones de cambio de sentido en TBX4 pueden ser patogénicas por pérdida de función o por ganancia de función. Combinando nuestros datos funcionales con un análisis estructural, nos dimos cuenta de que las mutaciones de pérdida de función ocurrían mayormente en aminoácidos de regiones que interactúan directamente con el ADN o que son críticas para mantener dichas regiones de unión, mientras que las de ganancia ocurren en las zonas externas de la proteína, donde las interacciones proteína-proteína son clave.

Usando nuestros estudios funcionales, pudimos reclasificar todas las variantes acorde al American College of Medical Genetics. Tras ello, hicimos asociaciones genotipo-fenotipo detectando que las mutaciones de ganancia de función están presentes en mayor medida en pacientes en edad adulta, mientras que las de pérdida de función son mayoritarias en enfermedades en edad pediátrica o perinatal. Además, pudimos analizar por primera vez la información clínica y la supervivencia de los pacientes de HAP portadores de mutaciones en TBX4, nuestro principal hallazgo en este sentido es que estos pacientes tienen mejor supervivencia a 10 años y una peor función pulmonar que los pacientes con mutaciones en BMPR2 (el gen principal en la HAP) o aquellos donde no encontramos variantes en genes causales.

En conclusión, demostramos que el síndrome de TBX4 no es estrictamente el resultado de una haploinsuficiencia, sino que también puede ser causado por una ganancia de función. Además, la localización de las mutaciones en TBX4 pueden explicar las diferencias en los fenotipos.

Referencia: Prapa M, et al. First genotype-phenotype study in TBX4 syndrome: gain-of-function mutations causative for lung disease. medRxiv 2022;2022.02.06.22270467. doi: http://dx.doi.org/10.1101/2022.02.06.22270467

Bibliografía:

Arora R, et al. Multiple roles and interactions of Tbx4 and Tbx5 in development of the respiratory system. PLoS Genet. 2012;8(8):e1002866. doi: 10.1371/journal.pgen.1002866.

Bellusci S, et al. Fibroblast growth factor 10 (FGF10) and branching morphogenesis in the embryonic mouse lung. Development. 1997 Dec;124(23):4867-78.

Bongers EM, et al. Mutations in the human TBX4 gene cause small patella syndrome. Am J Hum Genet. 2004 Jun;74(6):1239-48. doi: 10.1086/421331.

Karolak JA, et al. Complex Compound Inheritance of Lethal Lung Developmental Disorders Due to Disruption of the TBX-FGF Pathway. Am J Hum Genet. 2019 Feb 7;104(2):213-228. doi: 10.1016/j.ajhg.2018.12.010.

Welch CL, Chung WK. Genetics and Genomics of Pediatric Pulmonary Arterial Hypertension. Genes (Basel). 2020 Oct 16;11(10):1213. doi: 10.3390/genes11101213.

Por Mauro Lago Docampo y Diana Valverde. CINBIO, Universidade de Vigo

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Imagen: Combinando nuestros datos funcionales con un análisis estructural, nos dimos cuenta de que las mutaciones de pérdida de función ocurrían mayormente en aminoácidos de regiones que interactúan directamente con el ADN o que son críticas para mantener dichas regiones de unión. Imagen: Prapa M, et al. First genotype-phenotype study in TBX4 syndrome: gain-of-function mutations causative for lung disease. medRxiv 2022;2022.02.06.22270467. doi: http://dx.doi.org/10.1101/2022.02.06.22270467