Μοριακή ανάλυση της πολυδακτυλίας: συσχέτιση με κλινικά και εργαστηριακά ευρήματα

Abstract

Introduction: Polydactyly is the most common congenital anomaly of the limbs and is characterized by marked morphological and genetic heterogeneity. Limb development depends on the coordinated interaction of the SHH, BMP, WNT, and HOX signaling pathways, as well as cilia/IFT systems, while disruptions in these mechanisms may result in the formation of supernumerary digits. The present doctoral thesis aims to investigate the molecular background of different types of polydactyly and to correlate molecular findings with clinical and laboratory characteristics. Materials and Methods: A total of 49 patients with various forms of hand and foot polydactyly were studied. Among them, 10 patients without associated anomalies in other organ systems were selected for genetic analysis using Next Generation Sequencing (NGS), based on predefined criteria. These patients were classified into four phenotypic groups: preaxial hand polydactyly (thumb duplication),complex hand phenotypes (synpolydactyly and triphalangeal thumb), postaxial hand polydactyly and postaxial foot polydactyly. Clinical data regarding medical history, surgical management, and postoperative outcome were systematically recorded. Peripheral blood samples were collected, and genomic DNA was isolated. Genetic analysis was performed using a targeted panel of 481 genes, and variant interpretation was conducted according to ACMG/AMP guidelines, incorporating data from the ClinVar and HGMD databases. Results: A total of 51 genetic variants were identified in 46 genes, including 2 pathogenic variants, 1 likely pathogenic variant, and 48 variants of uncertain clinical significance (VUS). Among these, 12 were novel variants not previously reported in genetic databases. Group 1 – Preaxial hand polydactyly (thumb duplication) in 4 patients: 16 variants in 14 genes, including CEP290, RPGRIP1, TMEM216, NIPBL, and TWIST1, confirming the role of SHH–HOX axis dysregulation. Group 2 – Complex hand phenotypes (synpolydactyly and triphalangeal thumb) in 2 patients:15 variants in 13 genes, including pathogenic variants in DDX11 and a likely pathogenic variant in UBE3B, suggesting a combined involvement of cohesin dysfunction and ciliary abnormalities. Group 3 – Postaxial hand polydactyly in 2 patients: 10 variants in 10 genes, such as DYNC2H1,IFT172, and NOTCH1, indicative of mild ciliary dysfunction. Group 4 – Postaxial foot polydactyly in 2 patients: 10 variants in 9 genes, including BBS5, EVC2, and BMPR1B, compatible with mild ciliopathy-related phenotypes. Surgical correction was successful in all cases, with varying degrees of complexity and staging, potentially related to different combinations of underlying genetic variants. Conclusions: The present study demonstrates that even non-syndromic forms of polydactyly arise from polygenic dysregulation of critical developmental pathways. Ciliary function and the transcriptional networks SHH–HOX–BMP–cohesin act synergistically, resulting in substantial phenotypic heterogeneity. This dissertation is particularly novel for the Greek population, as todate no comparable systematic molecular analysis of polydactyly using Next Generation Sequencing technology has been published in a Greek cohort. Known pathogenic variants previously associated with polydactyly were identified and confirmed, while simultaneously 12 novel variants were detected, thereby expanding the spectrum of known molecular alterations. In addition, a significant number of variants of uncertain significance (VUS) were identified which, despite requiring further functional investigation, exhibit shared molecular and functional characteristics, suggesting involvement in related developmental mechanisms. The study seeks to integrate heterogeneous genetic findings into a unified interpretative framework based on the disruption of shared morphogenetic pathways, offering a more comprehensive approach to genotype–phenotype correlation. The incorporation of molecular analysis into clinical classification enhances diagnostic and prognostic accuracy and lays the foundation for a future pathogenetic classification of congenital limb anomalies.

Εισαγωγή: Η πολυδακτυλία αποτελεί τη συχνότερη συγγενή ανωμαλία των άκρων και χαρακτηρίζεται απόποικίλη μορφολογική και γενετική ετερογένεια. Η ανάπτυξη του άκρου εξαρτάται από την αλληλεπίδραση των μονοπατιών SHH, BMP, WNT, HOX και των cilia/IFT συστημάτων, ενώ διαταραχές σε αυτά οδηγούν σε ανάπτυξη υπεράριθμων δακτύλων. Η παρούσα διατριβή στοχεύει στη διερεύνηση του μοριακού υποβάθρου διαφορετικών τύπων πολυδακτυλίας και συσχέτισή τους με κλινικοεργαστηριακά χαρακτηριστικά. Υλικό και Μέθοδος: Μελετήθηκαν 49 ασθενείς με διάφορους τύπους πολυδακτυλίας χεριού και ποδιού. Από αυτούς επιλέχθηκαν 10 ασθενείς χωρίς συνυπάρχουσες ανωμαλίες από άλλα συστήματα για γονιδιακή ανάλυση με Next Generation Sequencing (NGS) βάσει κριτηριών. Οι ανωτέρω ασθενείς κατατάχθηκαν σε 4 φαινοτυπικές ομάδες: προαξονική πολυδακτυλία χεριού (αντίχειρα) ,σύνθετοι φαινότυποι χεριού (συνπολυδακτύλια- τριφαλλαγγικός αντίχειρας) , μεταξονική πολυδακτυλία χεριού και μεταξονική πολυδακτυλία ποδιού. Παράλληλα, καταχωρήθηκαν στοιχεία του ιστορικού, της χειρουργικής αντιμετώπισης και της μετεγχειρητικής τους πορείας.Έγινε λήψη δείγματος αίματος και απομόνωση DNA. Η ανάλυση έγινε με πάνελ 481 γονιδίων και η αξιολόγηση των μεταλλαγών έγινε σύμφωνα με τις οδηγίες ACMG/AMP και τις βάσεις ClinVar και HGMD. Αποτελέσματα: Εντοπίστηκαν συνολικά 51 γονιδιακές παραλλαγές σε 46 γονίδια, εκ των οποίων 2 παθογόνες, 1 πιθανώς παθογόνος και 48 αδιευκρίνιστης κλινικής σημασίας (VUS). Από τις ανωτέρω, οι 12 είναι νέες παραλλαγές που δεν έχουν περιγραφεί σε βάσεις γενετικών δεδομένων. Ομάδα 1 – Προαξονική πολυδακτυλία χεριού (διπλασιασμός αντίχειρα) σε 4 ασθενείς: 16 παραλλαγές σε 14 γονίδια όπως τα CEP290, RPGRIP1, TMEM216, NIPBL και TWIST1, επιβεβαιώνοντας τον ρόλο της απορρύθμισης του άξονα SHH–HOX. Ομάδα 2 – Σύνθετοι φαινότυποι χεριού (συνπολυδακτυλία- τριφαλαγγικός αντίχειρας) σε 2 ασθενείς: 15 παραλλαγές σε 13 γονίδια, μεταξύ των οποίων παθογόνες στο DDX11 και πιθανώς παθογόνος στο UBE3B γονίδιο, υποδηλώνοντας συνδυασμό δυσλειτουργιών cohesin και cilia (κροσσών). Ομάδα 3 – Μεταξονική πολυδακτυλία χεριού σε 2 ασθενείς: 10 παραλλαγές σε 10 γονίδια, όπως τα DYNC2H1, IFT172 και NOTCH1, ενδεικτικές ήπιας κροσσωτής δυσλειτουργίας. Ομάδα 4 – Μεταξονική πολυδακτυλία ποδιού σε 2 ασθενείς: 10 παραλλαγές σε 9 γονίδια, όπως τα BBS5, EVC2 και BMPR1B, συμβατές με ήπιες μορφές κροσσωτής δυσλειτουργίας (ciliopathy).Η χειρουργική αποκατάσταση υπήρξε επιτυχής σε όλες τις περιπτώσεις, με ποικίλα στάδια και πολυπλοκότητα αντιμετώπισης ενδεχομένως σχετιζόμενη με διαφορετικούς συνδυασμούς γονιδιακών μεταλλαγών. Συμπεράσματα: Η παρούσα μελέτη καταδεικνύει ότι ακόμη και οι μη συνδρομικές μορφές πολυδακτυλίας προκύπτουν από πολυγονιδιακή απορρύθμιση κρίσιμων αναπτυξιακών μονοπατιών. Η λειτουργία των κροσσών (cilia) και οι μεταγραφικοί μηχανισμοί SHH–HOX–BMP–cohesin δρουν συνεργικά, παράγοντας σημαντική φαινοτυπική ετερογένεια. Η διατριβή παρουσιάζει ιδιαίτερη πρωτοτυπία για τον ελληνικό πληθυσμό, καθώς μέχρι σήμερα δεν έχει δημοσιευθεί αντίστοιχη συστηματική μοριακή ανάλυση πολυδακτυλίας σε ελληνικό δείγμα ασθενών με τη χρήση τεχνολογίας Next Generation Sequencing. Ανιχνεύθηκαν και επιβεβαιώθηκαν γνωστές παθογόνες παραλλαγές που έχουν ήδη συσχετιστεί με την πολυδακτυλία, ενώ ταυτόχρονα ταυτοποιήθηκαν 12 νέες παραλλαγές, εμπλουτίζοντας το φάσμα των γνωστών μοριακών αλλοιώσεων. Επιπλέον, αναδείχθηκε σημαντικός αριθμός παραλλαγών αδιευκρίνιστης κλινικής σημασίας (VUS), οι οποίες παρά την ανάγκη περαιτέρω λειτουργικής διερεύνησης, παρουσιάζουν κοινά μοριακά και λειτουργικά χαρακτηριστικά, υποδηλώνοντας συμμετοχή σε συναφείς αναπτυξιακούς μηχανισμούς. Η μελέτη επιχειρεί την ενοποίηση των διάσπαρτων γενετικών ευρημάτων σε ένα κοινό ερμηνευτικό πλαίσιο βασισμένο στη διαταραχή κοινών μορφογενετικών μονοπατιών, προσφέροντας μια πιο ολοκληρωμένη προσέγγιση της συσχέτισης γονότυπου–φαινότυπου. Η ενσωμάτωση της μοριακής ανάλυσης στην κλινική ταξινόμηση βελτιώνει τη διαγνωστική και προγνωστική ακρίβεια και θέτει τις βάσεις για μελλοντική παθογενετική ταξινόμηση των συγγενών ανωμαλιών των άκρων.