Genetic background and genotype-phenotype associations in inherited cardiomyopathies

Inherited cardiomyopathies are a diverse group of diseases that affect the structure and function of the heart muscle. Cardiomyopathies are divided to subgroups based on the ventricular function and morphology. The main subtypes of cardiomyopathy are dilated (DCM), hypertrophic (HCM), restrictive (RCM), and arrhythmogenic cardiomyopathy (ACM). The genetic etiology associated with cardiomyopathies is broad. Overlap in the clinical presentation and genetic causes has been observed between different subtypes of cardiomyopathies. In major part of the patients the etiology is estimated to be genetic, and in most of the cardiomyopathies, the inheritance pattern is autosomal dominant. With modern sequencing technologies, a molecular diagnosis is typically obtained in 20-50% of patients. This thesis set out to provide insights to the genetic etiology of inherited DCM and HCM as well as the clinical characteristics associated with DSP cardiomyopathy in Finnish families. Studies I and II were retrospective reviews of patients with suspected inherited cardiomyopathy who had undergone genetic panel testing at Blueprint Genetics laboratory. Both studies aimed to evaluate the yield of genetic testing, outline the variant distribution, and determine the factors that may contribute to the diagnostic yield. In study I, the results of genetic testing were evaluated in 1,376 patients with suspected HCM, 26.8% of them had a diagnostic variant. Majority of the variants were observed in genes encoding the proteins of the sarcomere but interestingly 4.3% of the variants were observed in RASopathy genes. A younger age at diagnosis, a family history of cardiomyopathy, a higher maximum wall thickness, the absence of hypertension, and an implantable cardioverter-defibrillator (ICD) were observed to independently increase the likelihood of obtaining a molecular diagnosis. In study II, 2,088 patients with suspected inherited DCM underwent genetic testing and a diagnostic variant was identified in 24.6%. In most of the diagnostic tests, a truncating TTN variant was observed. Lower age at diagnosis, positive family history, arrhythmias at rest, paroxysmal atrial fibrillation, implanted ICD, and the absence of LBBB were observed to independently associate with a molecular diagnosis. Studies III and IV aimed to explore the phenotype related to a possible Finnish founder variant DSP c.6310delA p.(Thr2104Glnfs*12). In study III altogether 32 individuals from 10 families with suspected DSP cardiomyopathy were evaluated, 17 of them were heterozygous for the DSP variant. In study IV, 34 participants from nine families with suspected DSP cardiomyopathy were evaluated, 29 of them were heterozygous for the variant. The studies demonstrated an incomplete penetrance and variable cardiac phenotype that was preceded by cutaneous features including curly hair and palmoplantar keratoderma. In cardiac magnetic resonance imaging, increased trabeculation and circular subepicardial late gadolinium enhancement (LGE) were observed only in patients carrying the DSP variant. For majority of the affected heterozygotes, left ventricular dilatation and/or dysfunction were the leading phenotypic features, but some also presented with right ventricular ACM. Although in minority, for some patients the first presentation of the disease was ventricular arrhythmia or sudden cardiac death. In study V, homozygous truncating GCOM1/MYZAP variants were identified in two Finnish families with history of cardiomyopathy. The study included two index patients and their relatives. Two homozygous truncating variants, each in a different family, were identified using whole exome sequencing. All individuals homozygous for the variants had cardiomyopathy. The leading clinical feature was heart failure, but some suffered sudden cardiac death at young age. The heterozygous family members did not fulfill any cardiomyopathy criteria.Perinnölliset sydänlihassairaudet eli kardiomyopatiat ovat monimuotoinen ryhmä sairauksia, jotka vaikuttavat sydänlihaksen rakenteeseen ja toimintaan. Kardiomyopatiat voidaan jakaa alaryhmiin kammioiden toiminnan ja morfologian perusteella. Kardiomyopatioiden tärkeimmät alatyypit ovat dilatoiva (DCM), hypertrofinen (HCM), restriktiivinen (RCM) ja arytmogeeninen kardiomyopatia (ACM). Kardiomyopatioiden geneettinen etiologia on laaja ja kardiomyopatioiden eri alaryhmien välillä on havaittu päällekkäisyyttä sekä kliinisessä kuvassa että geneettisessä taustassa. Suurella osalla potilaista taudin syyn arvioidaan olevan perinnöllinen ja suurimmalla osalla tauti periytyy autosomaalisesti vallitsevasti. Nykyaikaisilla sekvensointimenetelmillä taudin aiheuttava geenivariantti löydetään tyypillisesti 20–50 %:lla potilaista. Tämän väitöskirjan tarkoituksena oli tutkia perinnöllisen DCM:n ja HCM:n geneettisestä taustaa sekä kuvata DSP-kardiomyopatian kliinistä ilmenemistä suomalaisissa perheissä. Osatyöt I ja II olivat retrospektiivisiä katsauksia potilaista, joilla epäiltiin perinnöllistä kardiomyopatiaa ja joille oli tehty geenipaneelitutkimus Blueprint Genetics -laboratoriossa. Molemmissa osatöissä pyrittiin arvioimaan sitä, mistä geeneistä tautia aiheuttavia geenivirheitä löytyy. Lisäksi arvioitiin sitä, kuinka suurella osalla potilaista voidaan löytää sairauden taustalta geenivirhe, sekä mitkä tekijät voivat vaikuttaa geneettisen diagnoosin saavuttamiseen. Osatyössä I geenipaneelitestauksen tuloksia arvioitiin 1376 potilaalla, joilla oli kliininen epäily perinnöllisestä HCM:stä, heistä 26,8 % sai geneettisen diagnoosin. Suurin osa varianteista havaittiin geeneissä, jotka koodaavat sarkomeerin proteiineja, lisäksi havaittiin, että 4,3 % oli variantti RASopatia-geeneissä. Geneettisen diagnoosin saamisen todennäköisyyttä lisäsivät nuori ikä kardiomyopatian diagnoosihetkellä, kardiomyopatian esiintyminen suvussa, suuri sydämen seinämäpaksuus, verenpainetaudin puuttuminen sekä se, jos potilaalle oli asennettu rytmihäiriötahdistin. Osatyössä II geenipaneelitestauksen tuloksia arvioitiin 2088 potilaalla, joilla oli kliininen epäily perinnöllisestä DCM:stä, heistä 24,6 % sai geneettisen diagnoosin. Suurimmalla osalla geneettisen diagnoosin saaneista löydettiin trunkoiva eli tynkäproteiinin muodostukseen johtava TTN variantti. Geneettisen diagnoosin saamisen todennäköisyyttä lisäsivät kardiomyopatian esiintyminen suvussa, nuori ikä kardiomyopatian diagnoosihetkellä, kohtauksittaisen eteisvärinän esiintyminen, levossa esiintyvät rytmihäiriöt, vasemman haarakatkoksen puuttuminen sekä se, jos potilaalle oli asennettu rytmihäiriötahdistin. Osatöissä III ja IV pyrittiin selvittämään mahdolliseen suomalaiseen perustajavarianttiin DSP c.6310delA p.(Thr2104Glnfs*12) liittyvää ilmiasua. Osatyössä III arvioitiin yhteensä 32 henkilöä 10 perheestä, joilla epäiltiin DSP-kardiomyopatiaa, heistä 17 oli heterotsygoottisia tutkitun DSP-variantin suhteen. Osatyössä IV arvioitiin 34 osallistujaa yhdeksästä perheestä, joilla epäiltiin DSP-kardiomyopatiaa, heistä 29 oli heterotsygoottisia variantin suhteen. Osatyöt III ja IV osoittivat DSP-variantin ilmentyvän epätäydellisesti, sekä varianttiin liittyvän vaihtelevan sydämen fenotyypin, jota edelsivät iho-oireet, mukaan lukien kiharat hiukset ja palmoplantaarinen keratoderma. Sydämen magneettikuvauksessa havaittiin lisääntynyttä trabekulaatiota eli vasemman kammion sisäpinnan rakenteiden paksuuntumista sekä sirkulaarista subepikardiaalista jälkitehostumaa (LGE) vain potilailla, jotka kantoivat DSP-varianttia. Suurimmalla osalla heterotsygooteista vasemman kammion laajentuminen ja/tai toimintahäiriö olivat sairauden johtavat kliiniset piirteet, mutta joillakin esiintyi myös oikean kammion arytmogeenista kardiomyopatiaa. Pienellä osalla potilaista sairauden ensimmäinen ilmentymä oli kammioperäinen rytmihäiriö tai sydänperäinen äkkikuolema. Osatyössä V kaksi homotsygoottista trunkoivaa GCOM1/MYZAP-varianttia havaittiin kahdessa suomalaisessa perheessä, joissa oli esiintynyt kardiomyopatiaa. Tutkimukseen osallistui kaksi indeksipotilasta ja heidän perheenjäseniään. Kaksi homotsygoottista trunkoivaa varianttia, kukin eri perheessä, tunnistettiin käyttämällä koko eksomin sekvensointia (WES). Kaikki, jotka kantoivat variantteja homotsygoottisena, sairastuivat kardiomyopatiaan. Johtava kliininen ilmentymä oli sydämen vajaatoiminta, mutta jotkut kuolivat äkillisesti nuorella iällä. Kardiomyopatiaa ei havaittu potilailla, jotka kantoivat varianttia heterotsygoottisena