Analysis of PTPN11 variants identified in pediatric patients diagnosed with Noonan syndrome

Abstract

[EN] Germline PTPN11 mutations drive Noonan syndrome (NS) and related RASopathies through dysregulated SHP2 function. However, the functional consequences of many of them remain poorly characterized. In this study, ten PTPN11 variants from 18 pediatric patients, including 14 diagnosed with NS and 4 with Noonan syndrome with multiple lentigines (NSML), are characterized integrating clinical data with multi-platform functional analyses. Bioinformatics analysis of ClinVar and COSMIC datasets revealed mutational hotspots concentrated in the N-SH2 regulatory and PTP catalytic domains, mirroring pathogenic variant distributions. Clinical characterization uncovered distinct genotype-phenotype correlations: variants in exons 3, 8, and 13 (c.172A>G, c.922A>G, c.1471C>A) associated with severe growth impairment and cardiac defects, while exon 12 variants (c.1403C>T) showed preserved cognition. Stable cell line models using HEK293T and NIH/3T3, revealed consistent variant-specific impacts on SHP2 protein levels and downstream signaling. Variants c.172A>G and c.922A>G induced ERK hyperactivation despite differential SHP2 expression, while c.1282G>A showed paradoxical high expression with impaired signaling. We also identified and validated the pathogenicity of a novel variant (c.1432A>G) causing thrombocytopenia and hepatosplenomegaly, expanding known oncologic risks beyond JMML. Nine of the ten variants under study exhibited gain-of-function properties, while only the NSML-linked c.1403C>T variant showed loss-of-function characteristics based on the results obtained. Transient in ovo overexpression had no major impact on chicken embryo early development, aligning with human data suggesting minimal embryonic effects. Our findings establish novel structure-function relationships in SHP2, clarify molecular mechanisms underlying phenotypic variability, and demonstrate the necessity of functional validation for variants of uncertain significance, particularly at non-canonical sites. This study establishes a framework for classifying PTPN11 variants based on their molecular and clinical effects, enabling personalized management of NS and NSML.

[ES] Mutaciones germinales de PTPN11 se relacionan con síndrome de Noonan (NS) y otras RASopatías a través de la desregulación de SHP2. Sin embargo, las consecuencias funcionales de muchas de ellas siguen poco caracterizadas. En este estudio, diez variantes de PTPN11 de 18 pacientes, incluyendo 14 con NS y 4 con NS con múltiples lentigos (NSML), se caracterizan integrando datos clínicos y análisis funcionales. Los análisis bioinformáticos de ClinVar y COSMIC revelaron hotspots mutacionales en los dominios regulador N-SH2 y catalítico PTP, reflejando la distribución de variantes patogénicas. La caracterización clínica mostró correlaciones genotipo-fenotipo: variantes en exones 3, 8 y 13 (c.172A>G, c.922A>G, c.1471C>A) se asocian a alteraciones graves del crecimiento y defectos cardíacos, mientras que variantes en exón 12 (c.1403C>T) mostraron cognición preservada. Modelos celulares estables en HEK293T y NIH/3T3 revelaron impacto consistentes y diferenciales para cada variante en los niveles de SHP2 y la señalización. Las variantes c.172A>G y c.922A>G indujeron hiperactivación de ERK a pesar de expresión diferencial de SHP2, mientras que c.1282G>A mostró expresión elevada y señalización deficiente. Se identificó y validó la patogenicidad de una variante nueva (c.1432A>G) asociada a trombocitopenia y hepatoesplenomegalia, ampliando los riesgos oncológicos más allá de JMML. Nueve variantes exhibieron ganancia de función, mientras que solo la asociada a NSML (c.1403C>T) mostró pérdida de función. La sobreexpresión transitoria in ovo no impactó significativamente el desarrollo temprano del embrión de pollo, concordando con datos humanos que sugieren efectos embrionarios mínimos. Nuestros resultados establecen nuevas relaciones estructura-función en SHP2, aclaran mecanismos moleculares detrás de la variabilidad fenotípica y destacan la necesidad de validar funcionalmente variantes de significado incierto, especialmente en sitios no canónicos. Este estudio ofrece un marco para clasificar variantes de PTPN11 según sus efectos moleculares y clínicos, facilitando una gestión personalizada de NS y NSML.