Damaging variants in FOXI3 cause microtia and craniofacial microsomia

Abstract

Purpose: Craniofacial microsomia (CFM) represents a spectrum of craniofacial malformations, ranging from isolated microtia with or without aural atresia to underdevelopment of the mandible, maxilla, orbit, facial soft tissue, and/or facial nerve. The genetic causes of CFM remain largely unknown.

Methods: We performed genome sequencing and linkage analysis in patients and families with microtia and CFM of unknown genetic etiology. The functional consequences of damaging missense variants were evaluated through expression of wild-type and mutant proteins in vitro.

Results: We studied a 5-generation kindred with microtia, identifying a missense variant in FOXI3 (p.Arg236Trp) as the cause of disease (logarithm of the odds = 3.33). We subsequently identified 6 individuals from 3 additional kindreds with microtia-CFM spectrum phenotypes harboring damaging variants in FOXI3, a regulator of ectodermal and neural crest development. Missense variants in the nuclear localization sequence were identified in cases with isolated microtia with aural atresia and found to affect subcellular localization of FOXI3. Loss of function variants were found in patients with microtia and mandibular hypoplasia (CFM), suggesting dosage sensitivity of FOXI3.

Conclusion: Damaging variants in FOXI3 are the second most frequent genetic cause of CFM, causing 1% of all cases, including 13% of familial cases in our cohort.

Objetivo: La microsomía craneofacial (CFM) representa un espectro de malformaciones craneofaciales, que van desde la microtia aislada con o sin atresia aural hasta el subdesarrollo de la mandíbula, el maxilar, la órbita, el tejido blando facial y/o el nervio facial. Las causas genéticas de CFM siguen siendo en gran parte desconocidas.

Métodos: Realizamos secuenciación del genoma y análisis de ligamiento en pacientes y familias con microtia y CFM de etiología genética desconocida. Las consecuencias funcionales de dañar las variantes sin sentido se evaluaron a través de la expresión de proteínas de tipo salvaje y mutantes in vitro.

Resultados: Estudiamos una familia de 5 generaciones con microtia, identificando una variante sin sentido en FOXI3 (p.Arg236Trp) como la causa de la enfermedad (logaritmo de las probabilidades = 3,33). Posteriormente, identificamos a 6 individuos de 3 familias adicionales con fenotipos del espectro microtia-CFM que albergan variantes dañinas en FOXI3 , un regulador del desarrollo ectodérmico y de la cresta neural. Se identificaron variantes sin sentido en la secuencia de localización nuclear en casos con microtia aislada con atresia aural y se encontró que afectaban la localización subcelular de FOXI3. Se encontraron variantes de pérdida de función en pacientes con microtia e hipoplasia mandibular (CFM), lo que sugiere sensibilidad a la dosis de FOXI3 .

Conclusión: Las variantes dañinas en FOXI3 son la segunda causa genética más frecuente de CFM y causan el 1 % de todos los casos, incluido el 13 % de los casos familiares en nuestra cohorte.