BACKGROUND

 Primary pulmonary hypertension (PPH), resulting from occlusion of small pulmonary arteries, is a devastating condition. Mutations of the bone morphogenetic protein receptor type II gene (BMPR2), a component of the transforming growth factor beta (TGF-β) family which plays a key role in cell growth, have recently been identified as causing familial PPH. We have searched for BMPR2 gene mutations in sporadic PPH patients to determine whether the same genetic defect underlies the more common form of the disorder. 

METHODS

 We investigated 50 unrelated patients, with a clinical diagnosis of PPH and no identifiable family history of pulmonary hypertension, by direct sequencing of the entire coding region and intron/exon boundaries of the BMPR2 gene. DNA from available parent pairs (n=5) was used to assess the occurrence of spontaneous (de novo) mutations contributing to sporadic PPH. 

RESULTS

 We found a total of 11 different heterozygous germline mutations of theBMPR2 gene in 13 of the 50 PPH patients studied, including missense (n=3), nonsense (n=3), and frameshift (n=5) mutations each predicted to alter the cell signalling response to specific ligands. Parental analysis showed three occurrences of paternal transmission and two of de novo mutation of theBMPR2 gene in sporadic PPH. 

CONCLUSION

 The sporadic form of PPH is associated with germline mutations of the gene encoding the receptor protein BMPR-II in at least 26% of cases. A molecular classification of PPH, based upon the presence or absence ofBMPR2 mutations, has important implications for patient management and screening of relatives.

Most patients with familial primary pulmonary hypertension have defects in the gene for bone morphogenetic protein receptor II (BMPR2), a member of the transforming growth factor β (TGF-β) superfamily of receptors. Because patients with hereditary hemorrhagic telangiectasia may have lung disease that is indistinguishable from primary pulmonary hypertension, we investigated the genetic basis of lung disease in these patients.

Mutations in the type II receptor for bone morphogenetic protein (BMPR-II), a receptor member of the transforming growth factor-beta (TGF-beta) superfamily, underlie many familial and sporadic cases of primary pulmonary hypertension (PPH).Because the sites of expression of BMPR-II in the normal and hypertensive lung are unknown, we studied the cellular localization of BMPR-II and the related type I and II receptors for TGF-beta by immunohistochemistry in lung sections from patients undergoing heart-lung transplantation for PPH (n=11, including 3 familial cases) or secondary pulmonary hypertension (n=6) and from unused donor lungs (n=4). In situ hybridization was performed for BMPR-II mRNA. Patients were screened for the presence of mutations in BMPR2. In normal lungs, BMPR-II expression was prominent on vascular endothelium, with minimal expression in airway and arterial smooth muscle. In pulmonary hypertension cases, the intensity of BMPR-II immunostaining varied between lesions but involved endothelial and myofibroblast components. Image analysis confirmed that expression of BMPR-II was markedly reduced in the peripheral lung of PPH patients, especially in those harboring heterozygous BMPR2 mutations. A less marked reduction was also observed in patients with secondary pulmonary hypertension. In contrast, there was no difference in level of staining for TGF-betaRII or the endothelial marker CD31.The cellular localization of BMPR-II is consistent with a role in the formation of pulmonary vascular lesions in PPH, and reduced BMPR-II expression may contribute to the process of vascular obliteration in severe pulmonary hypertension.

Primary pulmonary hypertension (PPH) is a potentially lethal disorder, because the elevation of the pulmonary arterial pressure may result in right-heart failure. Histologically, the disorder is characterized by proliferation of pulmonary-artery smooth muscle and endothelial cells, by intimal hyperplasia, and by in situ thrombus formation. Heterozygous mutations within the bone morphogenetic protein type II receptor (BMPR-II) gene (BMPR2), of the transforming growth factor β (TGF-β) cell–signaling superfamily, have been identified in familial and sporadic cases of PPH. We report the molecular spectrum of BMPR2 mutations in 47 additional families with PPH and in three patients with sporadic PPH. Among the cohort of patients, we have identified 22 novel mutations, including 4 partial deletions, distributed throughout the BMPR2 gene. The majority (58%) of mutations are predicted to lead to a premature termination codon. We have also investigated the functional impact and genotype-phenotype relationships, to elucidate the mechanisms contributing to pathogenesis of this important vascular disease. In vitro expression analysis demonstrated loss of BMPR-II function for a number of the identified mutations. These data support the suggestion that haploinsufficiency represents the common molecular mechanism in PPH. Marked variability of the age at onset of disease was observed both within and between families. Taken together, these studies illustrate the considerable heterogeneity of BMPR2 mutations that cause PPH, and they strongly suggest that additional factors, genetic and/or environmental, may be required for the development of the clinical phenotype. Primary pulmonary hypertension (PPH) is a potentially lethal disorder, because the elevation of the pulmonary arterial pressure may result in right-heart failure. Histologically, the disorder is characterized by proliferation of pulmonary-artery smooth muscle and endothelial cells, by intimal hyperplasia, and by in situ thrombus formation. Heterozygous mutations within the bone morphogenetic protein type II receptor (BMPR-II) gene (BMPR2), of the transforming growth factor β (TGF-β) cell–signaling superfamily, have been identified in familial and sporadic cases of PPH. We report the molecular spectrum of BMPR2 mutations in 47 additional families with PPH and in three patients with sporadic PPH. Among the cohort of patients, we have identified 22 novel mutations, including 4 partial deletions, distributed throughout the BMPR2 gene. The majority (58%) of mutations are predicted to lead to a premature termination codon. We have also investigated the functional impact and genotype-phenotype relationships, to elucidate the mechanisms contributing to pathogenesis of this important vascular disease. In vitro expression analysis demonstrated loss of BMPR-II function for a number of the identified mutations. These data support the suggestion that haploinsufficiency represents the common molecular mechanism in PPH. Marked variability of the age at onset of disease was observed both within and between families. Taken together, these studies illustrate the considerable heterogeneity of BMPR2 mutations that cause PPH, and they strongly suggest that additional factors, genetic and/or environmental, may be required for the development of the clinical phenotype.