Investigation of extreme skewing of X-chromosome inactivation in women with idiopathic intellectual disability as indicative of causal variants

A Deficiência Intelectual (DI) é uma condição que apresenta grande heterogeneidade clínica e etiológica, afetando aproximadamente 2-3% dos indivíduos da população mundial. Grande parte dos casos tem etiologia genética e em 40-60% dos casos a causa é desconhecida. A DI apresenta dimorfismo sexual, tendo uma frequência 30% superior em homens, podendo essa discrepância ser causada pelo fato de que são hemizigotos quanto a genes localizados no cromossomo X e, portanto, irão sempre manifestar a condição de herança recessiva. Outra hipótese associada seria o estado de mosaicismo funcional apresentado pelas mulheres em decorrência da inativação do cromossomo X, que pode minimizar a penetrância e expressividade de fenótipos com padrão dominante. A inativação do X é um fenômeno de compensação de dose gênica, no qual um dos cromossomos X de mulheres é inativado de maneira estocástica, resultando em níveis similares de expressão gênica entre ambos os sexos. Hipoteticamente, parte das pacientes com DI e desvio extremo de inativação do cromossomo X pode ser portadora de variantes deletérias no cromossomo X. Para investigar a hipótese de que o desvio extremo de inativação do cromossomo X é um fator indicativo de presença de variante patogênica no cromossomo X, foi analisado o padrão de inativação do X em um grupo de pacientes com DI da população brasileira e realizado sequenciamento de exoma completo em todas aquelas nas quais foi observado desvio extremo de inativação (90%). Foram avaliadas 194 mulheres afetadas por DI idiopática isolada (36%) ou sindrômica (64%), de grau leve a grave, sendo casos familiares (19%) ou esporádicos (81%). Das 194 mulheres, 136 foram informativas para a análise de inativação do X, permitindo estabelecer o padrão de inativação com base na metilação dos alelos do gene AR. Onze mulheres (8%) apresentaram desvio extremo ou total de inativação do cromossomo X (90%), sendo essa uma frequência de desvio significativamente maior do que aquela descrita em estudos prévios realizados em coorte de mulheres adultas da população geral. Em análise de exoma, variantes patogênicas foram identificadas em oito das 11 pacientes com desvio extremo ou total de inativação do X (73%), afetando sete diferentes genes associados a quadros clínicos com padrão de herança dominante. Quatro pacientes possuíam variantes mapeadas em genes do cromossomo X (DDX3X, WDR45, PDHA1) e quatro, em genes localizados em autossomos (KCNB1, CTNNB1, YY1, ANKRD11). Variantes patogênicas no gene DDX3X foram identificadas em duas pacientes. Um dos genes mapeados em autossomos (YY1) está diretamente associado ao processo de inativação do cromossomo X. Assim, confirmamos que a frequência de desvios extremos da inativação do cromossomo X em mulheres com DI é estatisticamente superior à da população geral de mulheres e que o desvio extremo ou total é fator indicativo de mutações patogênicas causais localizadas no cromossomo X ou em genes em autossomos associados à inativação. O papel das mutações detectadas nos demais genes autossômicos no desvio de inativação, se existente, permanece por ser investigado.Intellectual Disability (ID) is a condition with great clinical and causal heterogeneity, affecting approximately 2-3% of individuals in the world population, and having genetic and environmental etiology. However, in 40-60% of cases, the etiology of the condition is unknown. ID presents sexual dimorphism, with a frequency 30% higher in males, and this discrepancy may be caused by the fact that they are hemizygous for X- chromosome genes and will always manifest X-linked conditions; The state of functional mosaicism presented by women due to X-chromosome inactivation, can minimize penetrance and expressiveness of phenotypes with a dominant pattern. X chromosome inactivation is a gene dose compensation phenomenon, in which one of the X chromosomes in women is inactivated, resulting in similar levels of gene expression between men and women. Hypothetically, such extreme deviations of X-chromosome inactivation in women would be related to clinical pictures, including ID, caused by mutations in genes located on the X chromosome. To investigate this hypothesis, we analyzed the pattern of X chromosome inactivation in 194 women affected by isolated (36%) or syndromic (64%) idiopathic ID, mild to severe, familial (19%) or sporadic (81%), evaluated in the Genetic Counseling Service of the Human Genetics Laboratory of the Department of Genetics and Evolutionary Biology, Institute of Biosciences, University of São Paulo. Of the 194 women, 136 were informative for alleles in the AR locus, and had the X-inactivation pattern determined. Eleven women (8%) had extreme or complete X-chromosome inactivation deviation, this being a deviation frequency 90% significantly higher than that described in previous studies conducted in a cohort of adult women in the general population, at 3.6%, with a statistically relevant difference. Whole exome sequencing data were obtained for the 11 women with inactivation ratios 90%. Pathogenic or likely pathogenic variants were identified in seven genes in eight patients (73%). The genes had been previously associated with conditions having a dominant pattern of inheritance and affected women had been described. Four variants were mapped on X-chromosome genes (DDX3X, WDR45, PDHA1), and four variants on autosomal genes (KCNB1, CTNNB1, YY1, ANKRD11). The autosomal gene YY1 has a role in X-inactivation. We confirmed that the frequency of extreme or total X-inactivation skewing (>90%) is statistically higher among women with ID than in the female general population, and is indicative of causative X-chromosome mutations. The role of mutations in most autosomal genes, if any, in the detected skewing remains to be investigated