Análisis agregado de variantes en el exoma de pacientes con enfermedad de Meniere familiar e inicio precoz

Abstract

Introducción: La enfermedad de Meniere (EM) es una enfermedad rara del oído interno caracterizada por hipoacusia neurosensorial, vértigo episódico, y tinnitus. Aunque la mayoría de los casos de esta enfermedad son esporádicos, en el 6 al 9% de estos pacientes presentan agregación familiar, lo que sugiere una contribución genética en la EM. La EM es una enfermedad compleja, con una gran variabilidad en el fenotipo que se ve acompañada de heterogeneidad genética. Hasta la fecha, solo se han descrito variantes en familias individuales, no encontrándose replicación entre familias no relacionadas. Objetivos: Identificar los principales genes implicados en la EM familiar mediante secuenciación de exoma completo, así como demostrar un efecto agregado de variantes en determinados genes. Así mismo, se identificarán las principales rutas metabólicas implicadas y los resultados serán comparados con una serie de pacientes con EM esporádica. Métodos: Un total de 138 casos con EM (94 pacientes con EM familiar y 44 con EM esporádica) diagnosticados de acuerdo con los criterios definido por la Barany Society fueron seleccionados y secuenciados con el objetivo de buscar variantes raras. Las frecuencias alélicas de las variantes identificadas fueron anotadas para llevar a cabo análisis uni y multivariante. Las frecuencias alélicas en nuestro grupo de pacientes fueron comparadas con las frecuencias encontradas en bases de datos de referencia europeas y españolas. Se llevaron a cabo análisis de sobrerrepresentación para obtener las principales rutas y procesos biológicos afectados. Resultados: En un primer abordaje del trasfondo genético de la EM, se pudo observar que el 40% de los casos familiares y el 68% de los casos esporádicos portaban una variante nueva o ultrarara en un gen ya relacionado con hipoacusia neurosensorial. Analizando estos genes, identificamos un enriquecimiento de variantes en algunos de ellos, destacando sobre los demás el gen que codifica la proteína otogelina, OTOG. Se encontraron un total de 10 variantes en 15 familias no relacionadas. Estudiando la clínica de estos pacientes, se observó que podrían conformar un endofenotipo, caracterizado por hipoacusia pantonal con poca progresión. Finalmente, se llevó a cabo un análisis más general, incluyendo todos los genes codificantes. Los resultados de este análisis sugieren que existe una contribución poligénica y/o polialélica en la EM, siendo diferentes los genes involucrados en la forma familiar y esporádica. Basados en los resultados de estos análisis, se pudo determinar mediante un análisis de sobrerrepresentación que rutas como la guía de señalización axonal podría ser importantes en el desarrollo de la enfermedad. Conclusiones: En esta tesis doctoral se han definido los posibles principales genes y rutas candidatas para la EM familiar, encontrando a su vez una estructura genética diferente a la EM esporádica. Estos resultados podrían ser la base para futuros estudios genéticos y funcionales en la EM.

Introduction: Meniere’s disease (MD) is a rare inner ear disorder characterized by sensorineural hearing loss, episodic vertigo and tinnitus. Although most of MD patients are sporadic, familial aggregation is observed in 6-9% of these patients, suggesting a genetic contribution in MD. MD is a complex disease, showing phenotypic heterogeneity as well as genetic heterogeneity. To date, only variants in single families have been associated to familial MD, finding no replication in non-related families. Objectives: To identify the main genes involved in familial MD by whole exome sequencing, and to demonstrate an aggregate effect of variants in certain genes. Furthermore, the main biological processes and pathways will be analyzed, and the results will be compared with sporadic MD patients. Methods: A total of 138 MD patients (94 familial MD patients and 44 sporadic MD patients) diagnosed according to the criteria defined by the Barany Society were recruited and sequenced to look for rare variants. Minor allelic frequencies of identified variants were annotated to undertake a single rare variant and a gene burden analyses. Allelic frequencies were compared with the frequencies from European and Spanish reference datasets. Over-representation analyses were done to identify the main biological processes and pathways. Results: In a first approach of the genetic MD background, we identified that 40% of familial MD patients and 68% of sporadic MD patients carried, at least, a novel or ultrarare variant in a gene linked to sensorineural hearing loss. Analyzing these genes, enrichment of rare variants were identified in some of them, standing out the gene which encodes otogelin, OTOG. Ten variants were found in 15 nonrelated families. Studying the clinical information of these patients, an endophenotype characterized by flat hearing loss with no progression was observed. Finally, we analyzed all the genes within the human genome. The results obtained from this analysis suggest a polygenic and/or a polyallelic contributions in MD, being different the genes involved in familial and sporadic MD. Based on these results, pathways such as axon guidance were identified throughout an over-representation analysis as key pathways in MD. Conclusions: In this doctorate thesis, the main potential genes and pathways for familial MD have been defined, finding a differential genetic background between sporadic and familial MD. These results could be the basis for future genetic and functional studies on MD.