Combined pituitary hormone deficiency caused by PROP1 mutations: update 20 years post-discovery

ABSTRACT The first description of patients with combined pituitary hormone deficiencies (CPHD) caused by PROP1 mutations was made 20 years ago. Here we updated the clinical and genetic characteristics of patients with PROP1 mutations and summarized the phenotypes of 14 patients with 7 different pathogenic PROP1 mutations followed at the Hospital das Clínicas of the University of Sao Paulo. In addition to deficiencies in GH, TSH, PRL and gonadotropins some patients develop late ACTH deficiency. Therefore, patients with PROP1 mutations require permanent surveillance. On magnetic resonance imaging, the pituitary stalk is normal, and the posterior lobe is in the normal position. The anterior lobe in patients with PROP1 mutations is usually hypoplastic but may be normal or even enlarged. Bi-allelic PROP1 mutations are currently the most frequently recognized genetic cause of CPHD worldwide. PROP1 defects occur more frequently among offspring of consanguineous parents and familial cases, but they also occur in sporadic cases, especially in countries in which the prevalence of PROP1 mutations is relatively high. We classified all reported PROP1 variants described to date according to the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology (ACMG-AMP) guidelines: 29 were pathogenic, 2 were likely pathogenic, and 2 were of unknown significance. An expansion of the phenotype of patients with PROP1 mutations was observed since the first description 20 years ago: variable anterior pituitary size, different pathogenic mutations, and late development of ACTH deficiency. PROP1 mutations are the most common cause of autosomal recessive CPHD with a topic posterior pituitary lobe. Arch Endocrinol Metab. 2019;63(2):167-74

Análise molecular do gene HES1 em pacientes portadores de hipopituitarismo congênito / Molecular analysis of the HES1 gene in patients with congenital hypopituitarism

Estudos em modelos animais transgênicos possibilitaram o conhecimento de parte dos genes envolvidos na embriogênese hipofisária e da etiologia genética do hipopituitarismo em humanos. Entretanto, a etiologia da maior parte dos casos de hipopituitarismo congênito, principalmente os associados à neuro-hipófise ectópica (NE), ainda é pouco definida. Mutações no gene PROP1 são a causa genética mais comum de hipopituitarismo descritas até o momento, mas estão sempre associadas à neuro-hipófise tópica. Estudos destinados a esclarecer o mecanismo molecular da mutação do gene Prop1 em camundongos demonstraram a participação da via de sinalização Notch e de seus componentes, dentre eles, o gene Hes1. O HES1 é um gene que codifica um fator de transcrição que participa de estágios precoces do desenvolvimento hipofisário e está envolvido com a morfogênese da neuro-hipófise. A avaliação do camundongo com nocaute em homozigose deste gene acarreta uma hipoplasia da adeno-hipófise e ausência da neuro-hipófise; e sua expressão constitutiva está associada ao hipopituitarismo. Como a NE é um achado comum no hipopituitarismo congênito e o gene HES1 pode estar relacionado a sua fisiopatologia, a região codificadora do gene HES1 foi avaliada em 192 pacientes com hipopituitarismo congênito. A variante alélica c.578G > A (p.G193D) em heterozigose foi encontrada em um paciente com hipopituitarismo congênito associado à NE. A avaliação da predição in silico do efeito funcional da variante pela ferramenta MutationTaster sugere que a troca do aminoácido glicina, altamente conservado entre os mamíferos, por ácido aspártico, seja deletéria. No estudo da segregação familiar, quatro irmãos aparentemente normais apresentam a mesma variante, sendo que dois deles possuem alterações discretas na imagem da hipófise. Em conclusão, esta é uma nova variante alélica descrita no gene HES1, ausente em grandes bancos de dados e controles saudáveis da população brasileira, mas presente em irmãos não...

Studies of transgenic animal models have allowed for the discovery of genes involved in human pituitary embryogenesis and the genetic etiology of hypopituitarism. However, the genetic causes of most cases of congenital hypopituitarism, especially those associated with an ectopic posterior pituitary, remain poorly defined. Mutations in the gene PROP1 are the most common genetic causes of hypopituitarism described to date, and are always associated with an ectopic posterior pituitary. Studies to elucidate the molecular mechanisms of Prop1 mutations in mice have demonstrated the involvement of the Notch signaling pathway, including its downstream target Hes1. The HES1 gene encodes a transcription factor that participates in early stages of pituitary development and is involved in posterior pituitary morphogenesis. Hes1 knockout mice exhibit a hypoplastic anterior pituitary and absence of a posterior pituitary. Conversely, constitutive expression of Hes1 is associated with hypopituitarism. Since an ectopic posterior pituitary is commonly found in congenital hypopituitarism and the HES1 gene may be related to its pathophysiology, the coding region of gene HES1 was screened in 192 patients with congenital hypopituitarism. A heterozygous allelic variant c.578G >A (p.G193D) was identified in a patient with congenital hypopituitarism associated with an ectopic posterior pituitary. Assessment by MutationTaster, a bioinformatic tool for in silico prediction of functional effect of missense variants, suggests that substitution of glycine (a highly conserved amino acid in this position among mammals) for aspartic acid is deleterious. In the genetic study of family members, we identified four apparently normal siblings with the same variant, two of which have discrete changes in their pituitary MRI. In conclusion, we described a new allelic variant in the gene HES1, absent in large databases and healthy Brazilian controls, but present in the unaffected...

Hipopituitarismo congénito: experiencia en 23 casos / Congenital hypopituitarism: report of 23 cases

Background: Congenital hypopituitarism is an uncommon cause of hypophyseal insufficiency It is less common than growth hormone deficiency which has an incidence of 1:4.000 to 1:8.000 Uve newborns. Early diagnosis ofthis condition is important to prevent impairment of cognitive function, poor growth and alterations in metabolic profile in these patients. Aim: To report 23 patients diagnosed with congenital hypopituitarism. Material and methods: Retrospective review of clinical records of 23 patients (12 males) with congenital hypopituitarism, diagnosed during a 21 years period. In a group of 16 patients a molecular study was performed searching for mutations in HESX1, PROP-1 or POUF-1. Results: Short stature was the most frequent sign at the first evaluation, followed by neonatal hypoglycemia and presence of nistagmus, strabismus, atrophic optic nerve or malformations in the middle Une showed in CNS imaging, suggesting septo-optic-dysplasia. All male patients diagnosed during neonatal period, exhibited micropenis. CNS images showed isolated hypophyseal hypoplasia or associated to an ectopic neurohypophysis in most patients. No patient in the subgroup subjected to molecular analysis had any of the mutations in the searched genes. Conclusions: The diagnosis of hypopituitarism must be based on clinical grounds, speciaUy when hypoglycemia, prolonged jaundice, micropenis or midline alterations are found in the neonatal period.

Molecular analysis of PROP1, PIT1, HESX1, LHX3, and LHX4 shows high frequency of PROP1 mutations in patients with familial forms of combined pituitary hormone deficiency

Combined Pituitary Hormone Deficiency (CPHD) is a prevalent disease in Neuroendocrinology services. The genetic form of CPHD may originate from mutations in pituitary transcription factor (PTF) genes and the pituitary image in these cases may give a clue of what PTF is most probably mutated: defects in LHX4 are usually associated with ectopic posterior pituitary (EPP); defects in LHX3, PIT1, and PROP1, with normally placed posterior pituitary (NPPP); HESX1 mutations are associated with both. OBJECTIVE: To identify mutations in PTF genes in patients with idiopathic hypopituitarism followed in our service, based on the presence or absence of EPP on sellar MRI. METHODS: Forty patients with idiopathic hypopituitarism (36 families, 9 consanguineous), followed in the Neuroendocrinology Outpatient Clinic of UNIFESP, Brazil, were submitted to sequencing analyses of PTF genes as follows: LHX3, HESX1, PIT1, and PROP1 were sequenced in patients with NPPP (26/40) and HESX1 and LHX4 in patients with EPP (14/40). RESULTS: We identified only PROP1 mutations in 9 out of 26 patients with CPHD and NPPP (35 percent). Since eight of them came from 4 consanguineous families, the prevalence of PROP1 mutations was higher when only consanguineous families were considered (44 percent, 4/9). At the end of the study, we decided to sequence PROP1 in patients with EPP, just to confirm that they were not candidates for PROP1 mutations. No patients with EPP had PROP1 or other PTF mutations. CONCLUSIONS: Patients with idiopathic CPHD and NPPP, born from consanguineous parents, are the strong candidates for PROP1 mutations. Other developmental gene(s) may be involved in the genesis of idiopathic hypopituitarism associated with EPP.

Deficiência Combinada de Hormônios Hipofisários (DCHH) é uma doença prevalente em todos os serviços de Neuroendocrinologia. A DCHH de origem genética pode resultar de mutações nos genes de fatores de transcrição hipofisários (FTH), e a ressonância magnética (RM) de sela desses pacientes pode indicar qual FTH tem maior probabilidade de estar mutado: mutações no LHX4 estão geralmente associadas a neuro-hipófise ectópica (NHE); mutações no LHX3, PIT1 e PROP1, a neuro-hipófise tópica (NHT); mutações no HESX1 podem estar associadas a NHE e NHT. OBJETIVO: Identificar mutações nos FTH em pacientes acompanhados em nosso serviço, portadores de hipopituitarismo idiopático, selecionando os genes a serem estudados de acordo com a presença ou ausência de NHE à RM sela. MÉTODOS: Os genes dos FTH foram seqüenciados em 40 pacientes com hipopituitarismo idiopático (36 famílias, 9 consangüíneas), acompanhados na unidade de Neuroendocrinologia da UNIFESP, SP, Brasil: LHX3, HESX1, PIT1 e PROP1 foram seqüenciados nos pacientes com NHT (26/40) e HESX1 e LHX4, nos pacientes com NHE (14/40). RESULTADOS: Somente mutações PROP1 foram identificadas em 9 de 26 pacientes (35 por cento) com NHT, 8 deles provenientes de 4 famílias consangüíneas (4/9, 44 por cento). Uma vez que mutações no PROP1 foram tão freqüentes, decidimos, ao final do estudo, seqüenciá-lo também nos pacientes com NHE. Nenhum paciente com NHE apresentou mutações no PROP1 ou em outro FTH. CONCLUSÃO: Mutações no gene PROP1 foram encontradas em 22,5 por cento (9/40) de todos os pacientes, em 35 por cento (9/26) dos pacientes com NHT e em 44 por cento (4/9) se considerarmos somente as famílias consangüíneas. Portanto, pacientes com DCHH idiopática e NHT, provenientes de famílias de pais consangüíneos, são os melhores candidatos a mutações PROP1.

Padronização da técnica de extração de DNA de células de mucosa oral com NaCl: aplicação no estudo do gene PROP1 / Standardization of DNA extraction with NaCl from oral mucosa cells: application in PROP1 gene study

A extração de DNA de leucócitos periféricos é o meio de obtenção de DNA mais amplamente utilizado. Entretanto, a coleta de células a partir de swab oral, geralmente utilizada em medicina forense, é útil para obtenção de amostras de DNA de recém-nascidos, crianças e de pacientes que vivem em locais onde a coleta e o envio da amostra de sangue não é factível. Nosso objetivo foi padronizar a técnica de extração de DNA a partir de swab de células de mucosa oral utilizando NaCl, comparando-a com a extração pelo kit comercial. Para testar a qualidade do DNA, amplificamos os 3 éxons do gene PROP1 de 12 pacientes com hipopituitarismo hipofisário em DNA extraído simultaneamente de células da mucosa oral e de sangue periférico. A amplificação de fragmentos maiores foi testada em DNA de mucosa oral de indivíduos normais utilizando-se primers do éxon 10 do gene do FSHR (1000pb) e do gene CYP21A2 (1200pb). Ambos os métodos resultaram em DNA de boa qualidade, permitindo o estudo molecular. O método por NaCl mostrou-se mais rápido e barato, resultando em maior quantidade de DNA quando comparado ao kit comercial. Nos pacientes com hipopituitarismo, identificamos a mutação delAG301-302 em 6 pacientes, 4 em homozigose (33 por cento) e 2 em heterozigose (16 por cento), e a mutação G51A em heterozigose em uma paciente. Em conclusão, padronizamos a técnica de extração de DNA de células de swab oral com NaCl que, quando comparada à extração com kit comercial, apresentou menor custo e maior rapidez, indicando ser esta uma forma confiável de obtenção de DNA para estudos genéticos.

Estudo do gene LHX4 em pacientes com hipopituitarismo associado a neuro-hipófise ectópica / Molecular analysis of the LHX4 gene in hypopituitary patients with ectopic posterior pituitary lobe

O fenótipo dos pacientes com mutação do LHX4 em humanos é caracterizado por hipopituitarismo associado a neuro-hipófise ectópica. O objetivo do estudo é verificar a presença de mutações no LHX4 em 63 pacientes com o citado fenótipo. Os pacientes foram submetidos à avaliação hormonal e por imagem através de ressonância magnética. A análise molecular incluiu amplificação do gene por PCR, sequenciamento automático direto e uso de enzima de restrição. Encontramos deficiência hipofisária múltipla em 81 por cento dos pacientes. A neuro-hipófise foi localizada na eminência média em 35 por cento dos pacientes com haste visualizada e em 33 por cento dos pacientes sem haste visualizada. Identificamos 5 novas variações alélicas e três delas caracterizamos como polimorfismos. Concluímos que mutações no LHX4 são causas raras de hipopituitarismo / LHX4 gene mutation phenotype is characterized by hypopituitarism associated to ectopic posterior pituitary lobe (EPL). To investigate clinical characteristics and LHX4 mutations in 63 patients with this phenotype, evaluation of pituitary function, imaging and molecular analysis of LHX4 using PCR, automatic sequencing and restriction enzyme were performed. Combined pituitary hormone deficiency was found in 81 per cent of patients. The EPL was located at median eminence in 35 per cent of patients with visualized pituitary stalk and in 33 per cent of patients without visualized pituitary stalk. We found five new allelic variations, three of them characterized as new polymorphisms without clear relationship to the phenotype. LHX4 gene mutations remain rare causes of hypopituitarism associated to EPL...

Hipoglicemia secundaria a hipopituitarismo congénito / Hypoglycemia secundary a congenital hipopituitarism

La hipoglicemia es la manifestación inicial de los pacientes con hipopituitarismo congénito, especialmente en el período neonatal, en la mayoría de los casos se asocia a defectos en la línea media, sin déficid pondoestatural al momento del nacimiento, ni en los primeros meses de vida. Se presenta el caso de lactante mayor con hipoglicemia y convulsiones generalizadas, sin alteraciones al examen físico. El perfil endocrinológico reportó insuficiencia hipofisiaria