Mono and biallelic variants in HCN2 cause severe neurodevelopmental disorders
Clara Houdayer
,
a Marie Phillips
,
Marie Chabbert
(1)
,
Jennifer Bourreau
(1)
,
Reza Maroofian
(2)
,
Henry Houlden
(2)
,
Kay Richards
,
Nebal Waill Saadi
,
Eliška Dad’ová
,
Patrick van Bogaert
(3, 4)
,
Mailys Rupin
(5)
,
Boris Keren
(6)
,
Perrine Charles
(6)
,
Thomas Smol
(7)
,
Audrey Riquet
(8)
,
Lynn Pais
(9)
,
Anne O’donnell-Luria
,
Grace Vannoy
(10)
,
Allan Bayat
,
Rikke Møller
(11, 12)
,
Kern Olofsson
,
Rami Abou Jamra
,
Steffen Syrbe
,
Majed Dasouki
,
Laurie Seaver
,
Jennifer Sullivan
,
Vandana Shashi
,
Fowzan Alkuraya
,
Alexis Poss
,
J Edward Spence
,
Rhonda Schnur
,
Ian Forster
,
Chaseley Mckenzie
,
Cas Simons
,
Min Wang
,
Penny Snell
,
Kavitha Kothur
,
Michael Buckley
,
Tony Roscioli
,
Noha Elserafy
,
Benjamin Dauriat
,
Vincent Procaccio
,
Daniel Henrion
,
Guy Lenaers
(1, 13)
,
Estelle Colin
,
Nienke Verbeek
,
Koen van Gassen
,
Claire Legendre
,
Dominique Bonneau
,
Christopher Reid
,
Katherine Howell
,
Alban Ziegler
,
Christian Legros
1
MITOVASC -
MitoVasc - Physiopathologie Cardiovasculaire et Mitochondriale
2 UCL - University College of London [London]
3 LARIS - Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes
4 Service de chirurgie pédiatrique [CHU Angers]
5 IGDR - Institut de Génétique et Développement de Rennes
6 CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
7 Service de Génétique Médicale [Lille]
8 RADEME - Maladies RAres du DEveloppement embryonnaire et du MEtabolisme : du Phénotype au Génotype et à la Fonction - ULR 7364
9 Metabolism Initiative and Program in Medical and Population Genetics
10 Radboud University Medical Center [Nijmegen]
11 The Danish Epilepsy Centre Filadelfia [Dianalund, Denmark]
12 SDU - University of Southern Denmark
13 Service de Neurologie, CHU d'Angers
2 UCL - University College of London [London]
3 LARIS - Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes
4 Service de chirurgie pédiatrique [CHU Angers]
5 IGDR - Institut de Génétique et Développement de Rennes
6 CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
7 Service de Génétique Médicale [Lille]
8 RADEME - Maladies RAres du DEveloppement embryonnaire et du MEtabolisme : du Phénotype au Génotype et à la Fonction - ULR 7364
9 Metabolism Initiative and Program in Medical and Population Genetics
10 Radboud University Medical Center [Nijmegen]
11 The Danish Epilepsy Centre Filadelfia [Dianalund, Denmark]
12 SDU - University of Southern Denmark
13 Service de Neurologie, CHU d'Angers
Clara Houdayer
- Fonction : Auteur
a Marie Phillips
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430151
- ORCID : 0000-0002-3638-2077
Marie Chabbert
- Fonction : Auteur
- PersonId : 178069
- IdHAL : marie-chabbert
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Reza Maroofian
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430152
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Henry Houlden
- Fonction : Auteur
- PersonId : 763785
- ORCID : 0000-0002-2866-7777
Kay Richards
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430153
- ORCID : 0000-0002-5707-9448
Nebal Waill Saadi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430154
- ORCID : 0000-0001-7523-6833
Eliška Dad’ová
- Fonction : Auteur
Patrick van Bogaert
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1224763
- ORCID : 0000-0002-2820-0376
Boris Keren
- Fonction : Auteur
- PersonId : 764775
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Perrine Charles
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1364656
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Thomas Smol
- Fonction : Auteur
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Audrey Riquet
- Fonction : Auteur
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Lynn Pais
- Fonction : Auteur
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Anne O’donnell-Luria
- Fonction : Auteur
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Grace Vannoy
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430157
- ORCID : 0000-0003-1257-9702
Allan Bayat
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1362847
- ORCID : 0000-0002-3522-9767
Rikke Møller
- Fonction : Auteur
- PersonId : 792528
- ORCID : 0000-0002-9664-1448
Kern Olofsson
- Fonction : Auteur
Rami Abou Jamra
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1261806
- ORCID : 0000-0002-1542-1399
Steffen Syrbe
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1338437
- ORCID : 0000-0003-2543-4844
Majed Dasouki
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430158
- ORCID : 0000-0003-2770-3948
Laurie Seaver
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430159
- ORCID : 0000-0001-9136-101X
Jennifer Sullivan
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1385170
- ORCID : 0000-0002-8782-2183
Vandana Shashi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 820021
- ORCID : 0000-0002-5011-7501
Fowzan Alkuraya
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1253785
- ORCID : 0000-0003-4158-341X
Alexis Poss
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430160
- ORCID : 0000-0003-2903-3423
J Edward Spence
- Fonction : Auteur
Rhonda Schnur
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430161
- ORCID : 0000-0002-7779-1512
Ian Forster
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430162
- ORCID : 0000-0003-3087-9952
Chaseley Mckenzie
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430163
- ORCID : 0000-0001-9022-5702
Cas Simons
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1298372
- ORCID : 0000-0003-3147-8042
Min Wang
- Fonction : Auteur
Penny Snell
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430164
- ORCID : 0000-0002-9821-5282
Kavitha Kothur
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430165
- ORCID : 0000-0002-0109-8877
Michael Buckley
- Fonction : Auteur
Tony Roscioli
- Fonction : Auteur
Noha Elserafy
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430166
- ORCID : 0000-0002-5598-6677
Benjamin Dauriat
- Fonction : Auteur
Vincent Procaccio
- Fonction : Auteur
Daniel Henrion
- Fonction : Auteur
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Guy Lenaers
- Fonction : Auteur
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Estelle Colin
- Fonction : Auteur
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Nienke Verbeek
- Fonction : Auteur
Koen van Gassen
- Fonction : Auteur
Claire Legendre
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1430167
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Dominique Bonneau
- Fonction : Auteur
Christopher Reid
- Fonction : Auteur
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Katherine Howell
- Fonction : Auteur
Alban Ziegler
- Fonction : Auteur
Christian Legros
- Fonction : Auteur
- PersonId : 991897
- IdHAL : christian-legros18081966
- ORCID : 0000-0002-3346-7059
Résumé
Abstract Hyperpolarization activated Cyclic Nucleotide (HCN) gated channels are crucial for various neurophysiological functions, including learning and sensory functions, and their dysfunction are responsible for brain disorders, such as epilepsy. To date, HCN2 variants have only been associated with mild epilepsy and recently, one monoallelic missense variant has been linked to developmental and epileptic encephalopathy. Here, we expand the phenotypic spectrum of HCN2- related disorders by describing twenty-one additional individuals from fifteen unrelated families carrying HCN2 variants. Seventeen individuals had developmental delay/intellectual disability (DD/ID), two had borderline DD/ID, and one had borderline DD. Ten individuals had epilepsy with DD/ID, with median age of onset of 10 months, and one had epilepsy with normal development. Molecular diagnosis identified thirteen different pathogenic HCN2 variants, including eleven missense variants affecting highly conserved amino acids, one frameshift variant, and one in-frame deletion. Seven variants were monoallelic of which five occurred de novo, one was not maternally inherited, one was inherited from a father with mild learning disabilities, and one was of unknown inheritance. The remaining six variants were biallelic, with four homozygous and two compound heterozygous variants. Functional studies using two-electrode voltage-clamp recordings in Xenopus laevis oocytes were performed on three monoallelic variants, p.(Arg324His), p.(Ala363Val), and p.(Met374Leu), and three biallelic variants, p.(Leu377His), p.(Pro493Leu) and p.(Gly587Asp). The p.(Arg324His) variant induced a strong increase of HCN2 conductance, while p.(Ala363Val) and p.(Met374Leu) displayed dominant negative effects, leading to a partial loss of HCN2 channel function. By confocal imaging, we found that the p.(Leu377His), p.(Pro493Leu) and p.(Gly587Asp) pathogenic variants impaired membrane trafficking, resulting in a complete loss of HCN2 elicited currents in Xenopus oocytes. Structural 3D-analysis in depolarized and hyperpolarized states of HCN2 channels, revealed that the pathogenic variants p.(His205Gln), p.(Ser409Leu), p.(Arg324Cys), p.(Asn369Ser) and p.(Gly460Asp) modify molecular interactions altering HCN2 function. Taken together, our data broadens the clinical spectrum associated with HCN2 variants, and disclose that HCN2 is involved in developmental encephalopathy with or without epilepsy.