Characterization of a new epileptic syndrome due to PCDH19 gene mutation

Objective: PCDH19-related epilepsy is an epileptic syndrome, arising within the first three years of life and characterized by clustered and fever-induced seizures. In most of cases it is associated with Intellectual Disability (ID) and autistic features. Aim of this study is to analyze a large Italian population with PCDH19-related epilepsy in order to better define the epileptic phenotype, identify genotype-phenotype correlation, predicting factors for outcome, and markers for differential diagnosis with Dravet Syndrome (DS). The unusual, gender reversed X-chromosome inheritance of PCDH19-FE led also to speculate that genes with different expression between the two sexes may play a role in the pathogenesis and that AKR1C1-3 genes, could be dysregulated, thus resulting in allopegnanolone reduced blood levels. Methods: We retrospectively collected genetic, clinical and EEG data of 61 patients affected by PCDH19-related Epilepsy, coming from 15 Italian hospitals. We stratified patients into two groups according the outcome. We analysed the following variables: mutation type, age at onset, age at study, seizure type, occurrence of status epilepticus, EEG abnormalities, cognitive and behavioural disorders. ROC curve analysis was performed in order to discriminate the age at which seizures could decrease in frequency. A group of 15 patients with PCDH19-related epilepsy were compared with 19 patients with DS. Comparisons were performed with Fisher's exact test or Student's t-test. In order to ascertain allopregnanolone deficiency, we performed a prospective case-control study. We enrolled 12 patients affected by PCDH19-related epilepsy and 15 controls, age-and sex-matched. Controls were recruited among subjects evaluated for praecox puberty or hyperandrogenism. In both groups blood samples were taken at basal (T0) and 60 min after (ACTH) administration (T1). Quantitative analysis of neuroactive steroids in serum was performed by liquid chromatography-electrospray tandem mass spectrometry. Results: At last follow-up (median 12 years; range 1.9-42.1), 13 patients (21.3%) had monthlyweekly seizures, 78.7% annual seizures/clusters or less frequent. Twelve patients (19.7%) were seizure-free since > 2 years. ROC analysis showed a significant decreasing of seizure frequency after the age of 10.5 years (sensitivity 81.0%; specificity 70.0%). Thirty-six patients (59.0%) had ID and behavioral disturbances. ID was moderate-severe in almost half of them. Autistic spectrum disorder was present in 31 patients. An earlier age at epilepsy onset resulted the only predictor factor for ID (p=0.05) and autistic spectrum disorder (p<0.014). Conversely, age at onset was not a predictor factor for seizure outcome (p<0.214). Epilepsy onset was earlier in DS (5.0+2.1 vs 11.2+7.0 months; p<0.05). The second seizure/cluster occurred after a longer latency in PCDH19- related epilepsy rather than in DS (10.1+13.6 vs 2.2+2.1 months; p<0.05). All neuroactive steroids resulted down produced in patients with PCDH19-related epilepsy rather than controls and this data was confirmed after ACTH stimulus. Conclusions: We found that an earlier age at epilepsy onset is linked with a significant risk for ID and autistic spectrum disorder. The decreasing of seizure frequency after the age of 10.5 years supports the hypothesis of a down-regulation of neurosteroid-metabolizing enzymes and allopregnanolone deficiency in PCDH19-related epilepsy. We also documented a down regulation of all steroidogenesis in PCDH19-related epilepsy. Particularly we found allopregnanolone and pregnenolone sulfate deficiency. Allopregnanolone is a GABA-A receptor modulator influencing the neuronal excitability, thus representing a realistic therapeutic target for PCDH19-related epilepsy. We failed to identify any genotype-phenotype correlation considering the site and type of PCDH19 mutations. We were able to find out some distinctive features, which could address the diagnosis towards DS or PCDH19-related epilepsy, since first manifestation. These considerations suggest to definitively considering PCDH19 gene as cause of a proper epileptic phenotype.

Razionale e Obiettivi: Lo spettro clinico dell’epilessia dovuta a mutazione del gene PCDH19 è molto variabile, essendo riportati sia pazienti con epilessia farmacoresistente, disabilità intellettuale (ID) e disturbo dello spettro autistico (ASD) sia pazienti con buon controllo delle crisi e normale sviluppo cognitivo. Scopo di questo studio analizzare un’ampia popolazione di pazienti con mutazione PCDH19 al fine di definire il fenotipo elettro-clinico, la correlazione genotipo-fenotipo, definire l’outcome a lungo termine e identificare i fattori prognostici, e gli aspetti clinici importanti per la diagnosi differenziale con la sindrome di Dravet (DS). La tramissione x-linked, ha permesso di ipotizzare una differente espressione genica dei geni che codificano per gli enzimi AKR1C1-3, coinvolti nel metabolismo degli steroidi, con conseguente riduzione dei livelli plasmatici di allopregnanolone e questo studio si propone si verificare tale ipotesi mediante misurazione dei neurosteroidi nelle pazienticon mutazione PCDH19. Metodi: Sono stati retrospettivamente collezionati i dati genetici, clinici ed EEG di 61 pazienti con epilessia dovuta a mutazione del gene PCDH19, provenienti da 15 centri italiani. I pazienti sono stati divisi in due gruppi a seconda dell’outcome e sono state analizzate le seguenti variabili: mutazione, età di esordio, età al follow-up, tipo di crisi, occorrenza di stato epilettico, anomalie EEG. La ROC analisi è stata utilizzata per verificare la presenza di una eventuale età di riduzione della frequenza delle crisi. 15 pazienti con mutazione PCDH19 sono stati confrontati con 19 pazienti con DS Fisher's exact test o Student's t-test. Per verificare la riduzione di allopregnanolone, è stato condotto uno studio caso-controllo prospettico (12 pazienti-15 controlli). L’analisi dei neurosteroidi è stata effettuata sia in condizioni basali che dopo stimolo con ACTH, mediante spettroscopia. Risultati: All’ultimo follow-up (mediana 12 anni; range 1.9-42.1), 13 pazienti (21,3%) avevano crisi settimanali, mensili, 78,8% crisi annuali, e 12 pazienti (19.7%) erano seizure-free da almeno 2 anni. La curva ROC ha mostrato una riduzione delle crisi dopo 10.5 anni (sensibilità 81.0%; specificità 70.0%). 36 pazienti avevano ID, 31 pazienti ASD. L’ètà d’esordio dell’epilessia più precoce è risultata l’unico fattore predittivo di ID (p=0.05) e ASD (p<0.014). Al contrario non sono stati identificati fattori predittivi dell’outcome dell’epilessia. L’età di esordio più precoce è risultata essere un fattore clinico utile per la diagnosi differenziale con la DS (5.0+2.1 vs 11.2+7.0 mesi; p<0.05) così come la latenza tra la prima e la seconda crisi (10.1+13.6 vs 2.2+2.1 mesi; p<0.05). Dall’analisi dei livelli plasmatici dei neurosteroidi è risultata una ridotta produzione nei pazienti rispetto ai controlli, confermata anche dopo il test con ACTH. Conclusioni: Questo studio ha premesso di identificare l’età di esodio precoce quale indicatore prognostico di un outcome peggiore caratterizzato da epilessia farmacoresistente e disabilità cognitiva. La riduzione della frequenza delle crisi con la pubertà ben correla con l’ipotesi della down-regulation dei neurosteroidi che è stata confermata con l’analisi dei livelli plasmatici. Questo risultato apre a nuove possibilità terapeutiche, essendo i neurosteroidi e in particolare l’allopregnanolone un modulatore allosterico del recettore GABA-A e quindi modulatore dell’eccitabilità neuronale.