Molecular genetics of Meckel syndrome : Ciliary genes are defective in MKS

Meckel syndrome (MKS, MIM 249000) is a severe developmental disorder that leads to death already in utero or shortly after birth. MKS diagnosis can be established by a careful ultrasound examination already at 11-14 weeks of gestation. The main features of MKS are occipital meningoencephalocele, cystic kidney dysplasia and fibrotic changes of the liver. In addition, polydactyly is frequently reported in the cases. The aim of the study was to characterize the molecular and functional defects in MKS. In this study we were able to identify two major MKS mutations in Finnish population, which cover over 90% of the cases. The first mutation is a 29 bp intronic deletion in the MKS1 gene (c.1483-7_35del) that is found in 70% of the families and the second is a C>T substitution in the coding region of CC2D2A (c.1762C>T), that is found in 20% of the MKS families. Both of these mutations result in abnormal splicing. The discovery of the disease genes has revealed that MKS is caused by primary cilia dysfunction. MKS1 gene has a conserved B9 domain, and it is found in the predicted ciliary proteome. CC2D2A protein is also found in the predicted ciliary proteome and it has a Ca2+ binding domain. The number of genes behind MKS has increased rapidly in the past years and to date, mutations have been identified in five genes (MKS1, TMEM67/MKS3, CEP290/MKS4, RPGRIP1L/MKS5 and CC2D2A/MKS6). Identification of the disease genes mutations has also revealed that MKS is an allelic disorder with other syndromes with overlapping phenotypes. Disorders that are caused by primary cilia dysfunction are collectively known as ciliopathies. Sequence analysis of all the known MKS genes in Finnish and non-Finnish families available to us, where the mutation was still unknown, revealed mutations in 14 out of the 30 families included in the study. When we collected all the reported mutations in MKS genes in different syndromes we could see that there was clearly a genotype-syndrome correlation between the mutations and the syndromes, since the same pair of mutations has never been reported in different syndromes. The basic molecular events behind MKS will not only give us information of this syndrome, but also significant novel information on early fetal development in general.

Meckelin oireyhtymä (MKS) on peittyvästi periytyvä monioireinen sairaus, joka johtaa kuolemaan jo sikiökaudella tai pian syntymän jälkeen. Taudin keskeisimmät löydökset ovat suuret rakkulaiset munuaiset, fibroottiset muutokset maksassa ja keskushermoston sulkeutumishäiriö. Näitä löydöksiä pidetäänkin diagnoosin vähimmäisvaatimuksina. Lisäksi ylimääräiset sormet ja varpaat ovat tyypillinen löydös MKS-tapauksissa. MKS voidaan todeta luotettavasti ultraäänikuvauksessa jo 11. - 14. raskausviikolla. Tässä tutkimuksessa löydettiin kaksi Meckelin oireyhtymää aiheuttavaa geenivirhettä suomalaisväestössä. Ensimmäinen suomalainen valtamutaatio on MKS1-geenissä ja se selittää taudin 70 %:ssa suomalaisperheistä. Toinen valtamutaatio suomalaisväestössä löydettiin CC2D2A-geenistä (MKS6). Tämä mutaatio selittää taudin esiintymisen 20 %:lla MKS-perheistä. Nämä kaksi tunnistettua valtamutaatiota aiheuttavat Meckelin oireyhtymän yli 90 %:ssa suomalaisista MKS-tapauksista, mikä mahdollistaa taudille luotettavan DNA-pohjaisen diagnostiikan, jota voidaan käyttää yhdessä ultraäänikuvauksen kanssa. Meckelin oireyhtymää aiheuttavien geenivirheiden löytyminen on tuonut tietoa myös aineenvaihduntareiteistä, jotka ovat häiriintyneet taudissa, sillä MKS1-geenin koodaamassa proteiinissa on B9-domeeni, joka yhdistää sen toiminnan solun värekarvojen eli cilioiden toimintaan. CC2D2A-geenin koodaamassa proteiinissa on kalsiumia (Ca2+) sitova domeeni ja myös tämän proteiinintoiminta liittyy cilioihin. Tällä hetkellä MKS:ää aiheuttavia geenivirheitä on maailmanlaajuisesti löydetty viidestä eri geenistä. Tunnettujen MKS-geenien tutkiminen sellaisissa suomalaisissa ja ulkomaalaisissa MKS-tapauksissa, joissa ei ollut MKS1- tai MKS6-geenien valtamutaatioita paljasti useita uusia mutaatioita neljästä tunnetusta MKS-geenistä. Tautigeenien tunnistaminen on paljastunut, että MKS-geenien virheet aiheuttavat myös muita oireyhtymiä, joissa on samankaltaisia löydöksiä kuin Meckelin oireyhtymässä. Tauteja, jotka aiheutuvat primaaricilioiden toimintahäiriöstä kutsutaan yleisesti ciliopatioiksi. Geenivirheiden ja molekyylitaustan selvittäminen ei ole tuonut pelkästään tietoa tutkittavasta oireyhtymästä, vaan se on tuonut mukanaan myös uutta ja arvokasta tietoa sikiön kehityksestä sekä cilioiden toiminnasta ja merkityksestä yleensä.