Contexto: A puberdade precoce central (PPC) decorre da reativação do eixo hipotálamo-hipófise-gonadal (HHG), e é considerada familial quando acomete mais de um membro da mesma família. O reconhecimento desta condição herdada aumentou após a identificação da PPC autossômica dominante com transmissão paterna causada por mutações nos genes MKRN3 e DLK1. Recentemente, variantes raras no gene MECP2 foram identificadas em crianças com PPC familial e esporádica. Embora os mecanismos pelos quais o MKRN3 regula o início da puberdade tenham sido parcialmente elucidados nos últimos anos, o papel do DLK1 e do MECP2 na regulação puberal ainda não é compreendido. Apesar do grande número de famílias com transmissão materna da PPC reportadas, as bases genéticas dessa forma herdada de PPC permanecem desconhecidas. Objetivos: Calcular a prevalência e determinar os modos de herança da PPC familial em uma grande coorte multiétnica; comparar características clínica e hormonais, bem como resposta ao tratamento com análogos de GnRH (aGnRH), em crianças com modos distintos de transmissão da PPC familial; investigar as bases genéticas da PPC familial e elucidar os mecanismos pelos quais MKRN3, DLK1 e MECP2 influenciam o início da puberdade. Métodos: Avaliação retrospectiva de 586 crianças com diagnóstico de PPC foi realizada. Pacientes com PPC familial (n= 276) foram submetidos à caracterização clínica e genética. A avaliação genética incluiu a análise de dados de 204 pacientes submetidos ao sequenciamento dos genes MKRN3 e DLK1 e 118 indivíduos (provenientes de 58 famílias) submetidos ao sequenciamento paralelo em larga escala. Estudos funcionais foram realizados em camundongos do tipo selvagem (WT), nocaute global de Dlk1 (Dlk1-KO) e nocaute específico de Dlk1 no sistema nervoso central (Dlk1-cKO). Avaliação da expressão hipotalâmica dos genes Mkrn3, Dlk1 e Mecp2 foi realizada em camundongos WT machos e fêmeas com idades pós-natais (PN) 10, 15, 22, 30 e 60 dias; por meio da quantificação das concentrações de mRNA (Mkrn3, Dlk1 e Mecp2) e proteína (Mkrn3 e Dlk1) no hipotálamo médio-basal e área pré-óptica. Dlk1 sérico circulante foi mensurado e comparado entre machos e fêmeas WT de diferentes idades (PN10 a 60), entre fêmeas WT em diferentes estágios de maturação puberal e entre camundongos Dlk1-KO e Dlk1-cKO. Resultados: A prevalência da PPC familial foi estimada em 22%. Os modos de transmissão materna e paterna foram os mais frequentes (39 e 38%, respectivamente), seguidos pelos modos de transmissão indeterminada (19%) e simultaneamente materna e paterna (4%). A análise dos heredogramas de famílias com transmissão materna sugeriu herança autossômica dominante com maior penetrância no sexo feminino. As características clínicas e hormonais, bem como a resposta ao tratamento com aGnRH, foram similares entre os pacientes com diferentes formas de transmissão da PPC familial. Mutações causadoras de perda de função (inativadoras) do MKRN3 foram a causa mais prevalente de PPC familial, seguidas pelas mutações inativadoras do DLK1, ambas afetando exclusivamente famílias com transmissão paterna. Variantes raras de significado incerto foram identificadas em famílias com PPC de transmissão materna. A expressão hipotalâmica dos genes Mkrn3 e Mecp2 se reduziu em camundongos machos e fêmeas entre a infância e a idade adulta, enquanto a expressão hipotalâmica do Dlk1 aumentou no mesmo período. Por outro lado, as concentrações séricas de Dlk1 se reduziram com a progressão da idade e a maturação puberal dos camundongos WT. Camundongos Dlk1-KO tiveram concentrações séricas de Dlk1 indetectáveis ou muito baixas, enquanto camundongos Dlk1-cKO tiveram concentrações similares ou maiores que os controles. Conclusões: A PPC familial foi prevalente em nosso estudo, com uma frequência similar de transmissão materna e paterna. Mutações inativadoras dos genes MKRN3 e DLK1 foram as principais causas de PPC familial com transmissão paterna. Nenhuma causa monogênica definitiva foi associada à PPC de transmissão materna. A redução da expressão hipotalâmica dos genes Mkrn3 e Mecp2 antes do início da puberdade em camundongos sugere que esses fatores atuem como inibidores do eixo HHG. O papel do Dlk1 permanece ainda incerto, mas os achados atuais sugerem um papel da sua forma circulante periférica na inibição puberal

Context: Central precocious puberty (CPP) results from the reactivation of the hypothalamic-pituitary-gonadal (HPG) axis and is considered familial when it affects more than one family member. The recognition of this inherited condition increased after the identification of autosomal dominant CPP with paternal transmission caused by mutations in the MKRN3 and DLK1 genes. Recently, rare variants in the MECP2 gene were identified in children with familial and sporadic CPP. While the mechanisms by which MKRN3 regulates puberty onset have been partially elucidated in recent years, the manner by which DLK1 and MECP2 influence pubertal timing have not been determined. Despite the large number of families with maternal transmission of CPP reported, its genetic basis remains unknown. Objectives: To characterize the inheritance and estimate the prevalence of familial CPP in a large multiethnic cohort; to compare clinical and hormonal features, as well as treatment response to GnRH analogs (GnRHa), in children with distinct modes of transmission; to investigate the genetic basis of familial CPP; and to investigate the mechanism by which MKRN3, DLK1and MECP2 influences pubertal onset. Methods: We retrospectively studied 586 children with a diagnosis of CPP. Patients with familial CPP (n=276) were selected for clinical and genetic analysis. The genetic evaluation included analysis of data from 204 patients who underwent sequencing of the MKRN3 and DLK1 genes and 118 individuals (from 58 families) who underwent large-scale parallel sequencing. Functional studies were performed in wild-type (WT), global Dlk1 knockout (Dlk1-KO) and specific central nervous system Dlk1 knockout (Dlk1-cKO) mice. Hypothalamic expression of the Mkrn3, Dlk1 and Mecp2 genes was analyzed in male and female WT mice with postnatal ages (PN) 10, 15, 22, 30 and 60 days by mRNA (Mkrn3, Dlk1 and Mecp2) and protein (Mkrn3 and Dlk1) quantification in the medium-basal hypothalamus and pre-optic area. Circulating serum Dlk1 was measured and compared among WT males and females of different ages (PN10 to 60), as well as WT females at different stages of pubertal maturation, and between Dlk1-KO and Dlk1-cKO mice. Results: The prevalence of familial CPP was estimated at 22%. The maternal and paternal modes of transmission were the most frequent (39 and 38%, respectively), followed by the undetermined (19%) and simultaneously maternal and paternal (4%) forms of transmission. Pedigree analyses of families with maternal transmission suggested an autosomal dominant inheritance with greater penetrance in females. Clinical and hormonal features, as well as treatment response to GnRHa, were similar among patients with different forms of transmission of familial CPP. MKRN3 loss-of-function mutations were the most prevalent cause of familial CPP, followed by DLK1 loss-of-function mutations, both affecting exclusively families with paternal transmission. Rare variants of uncertain significance were identified in CPP families with maternal transmission. A decrease in Mkrn3 and Mecp2 hypothalamic expression, and an increase in Dlk1 expression, was seen in male and female mice toward adulthood. Conversely, circulating Dlk1 levels decreased with progression of age and pubertal maturation in WT mice. Dlk1-KO mice had undetectable or extremely low serum Dlk1 levels, while Dlk1-cKO mice had similar or higher serum Dlk1 levels than controls. Conclusions: Familial CCP was prevalent in our study, with a similar frequency of maternal and paternal transmission. MKRN3 and DLK1 loss-of-function mutations were the major causes of familial CPP with paternal transmission. No definitive monogenic cause was associated with maternally transmitted CCP. The reduction in hypothalamic expression of the Mkrn3 and Mecp2 genes before pubertal onset in mice suggests that these factors may inhibit the HPG axis. The role of Dlk1 remains unclear, but current findings suggest a role for its peripheral circulating form in pubertal inhibition