ADCA-DN綜合征基因檢測(cè)結(jié)果

外顯子組捕獲和測(cè)序是在散發(fā)的意大利病例加上他未受影響的父母，以及來自瑞典和美國(guó)的兩個(gè)由多個(gè)成員組成的家系進(jìn)行的。每個(gè)家系中有兩個(gè)患者。對(duì)于每個(gè)樣本，在 HiSeq 2000 系統(tǒng)上對(duì)流通池的 0.33 條泳道進(jìn)行測(cè)序，平均每個(gè)樣本生成 8.77 Gb 的序列。96.5% 的基因序列可以定位參考基因組 (hg19)，平均 80.2% 基因測(cè)序序列定位到外顯子組基因編碼序列。平均讀取深度為 108，其中 88% 至 91.5% 的目標(biāo)區(qū)域至少覆蓋了 20 次。使用 Burrows-Wheeler 比對(duì) (BWA) (v 0.5.9) 進(jìn)行讀取比對(duì)并使用 SAMtools 通過基因解碼分析流程識(shí)別單核苷酸錯(cuò)義、無義、剪接位點(diǎn)、終止和移碼變異以及小的插入和缺失 (indel) (v 0.1.7)，從而獲得受檢者的基因突變列表?；蚪獯a對(duì)這些變異進(jìn)行過濾、篩選，以排除 dbSNP-132中平均雜合性大于 0.02基因突變位點(diǎn)、來自其他無關(guān)疾病患者的 507 個(gè)對(duì)照外顯子組和 1000 基因組數(shù)據(jù)（2011 年 5 月發(fā)布）中的變異。

使用這種策略，基因解碼發(fā)現(xiàn)瑞典家庭的兩個(gè)同為患者的兄弟姐妹共有 77 個(gè)個(gè)人獨(dú)特性變異，而美國(guó)家系的兩個(gè)表親共有 30個(gè)體獨(dú)特性變異 個(gè)。在意大利先證者中，致病基因鑒定基因解碼確定了兩個(gè)被確定為從頭發(fā)生的錯(cuò)義變異。在所有五個(gè)患者中，共同發(fā)生的突變只有一個(gè)基因DNMT1 (MIM 126375) 。該基因突變?cè)谝獯罄±惺切掳l(fā)突變。Sanger測(cè)序證實(shí)了de novo意大利病例中的突變 p.Ala570Val (RefSeq NM_001130823.1: c.1709G>A)， 在自瑞典家譜的四個(gè)可用的患者的數(shù)據(jù)中的p.Val606Phe (NM_001130823.1: c.1816C>A)突變，以及來自美國(guó)家系的兩個(gè)可用病例樣本中的 p.Ala570Val (NM_001130823.1: c.1709G>A)，都與疾病的發(fā)生存在共分離現(xiàn)象。

完成外顯子組測(cè)序后，確定了一個(gè)額外的 ADCA-DN 家族，其中有四個(gè)已知的患者（圖 1）。先證者DNMT1外顯子 21 的 Sanger 測(cè)序在DNMT1的同一區(qū)域鑒定出第三個(gè)突變 p.Gly605Ala (RefSeq NM_001130823.1: c.1814C>G) 。有趣的是，所有三個(gè)突變都位于DNMT1蛋白內(nèi)非常接近的空間位置（圖 1）。使用 PolyPhen2 和 SIFT 評(píng)估了這些蛋白質(zhì)變體的功能后果（所有突變都改變了在所有已檢查的物種中的氨基酸），并且基因突變經(jīng)過基因解碼預(yù)測(cè)為具有破壞性。這些結(jié)果確定DNMT1為ADCA-DN 的致病基因。

ADCA-DN基因檢測(cè)為什么可以避免后代及后胎再次患?。?/h2>

圖1：ADCA-DN綜合征的遺傳圖譜：常染色體顯性遺傳在家族中的示例

四個(gè)具有常染色體顯性共濟(jì)失調(diào)、耳聾和嗜睡癥 (ADCA-DN) 的親屬中的DNMT1突變。( A ) 美國(guó)病例。( B ) Melberg等人先前報(bào)道的瑞典病例。( C ) 具有從頭突變的意大利家系。( D ) 第二個(gè)意大利家系病例。對(duì)于致病基因鑒定基因解碼測(cè)試基因組 DNA 序列突變的每個(gè)受試者的氨基酸變化，無論是全外顯子組測(cè)序或 Sanger 測(cè)序。每個(gè)受試者在研究時(shí)的年齡，或死亡年齡，都標(biāo)在每個(gè)符號(hào)旁邊。黑色符號(hào)表示是患者，白色表示在研究時(shí)未受影響。星號(hào)表示僅患有發(fā)作性睡病的受檢者，如嗜睡和 MSLT 陽性以及三個(gè)入睡 REM 期所證明的那樣。有關(guān)各種癥狀的表型和典型發(fā)病年齡的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱表 1.
 

ADCA-DN綜合征的致病基因鑒定基因解碼：靶向定位基因檢測(cè)的科學(xué)依據(jù)

根據(jù)《人體基因序列變化及其疾病表征》，DNMT1是一種在人體內(nèi)各種組織廣泛表達(dá)的 DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶，在發(fā)育過程中維持甲基化模式，并通過直接結(jié)合HDAC2 (MIM 605164)來介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄抑制。優(yōu)先底物是半甲基化的 CpG 島，表明酶活性對(duì)于抑制各種有絲分裂后細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄活性至關(guān)重要。

佳學(xué)基因病案集中的三個(gè)突變位于蛋白質(zhì)的外顯子 21 中，突變改變?cè)谒屑棺祫?dòng)物中高度保守的氨基酸（圖 2）。 根據(jù)《人體組成蛋白的結(jié)構(gòu)功能與基序列的相關(guān)性》，對(duì)于先前發(fā)表的遺傳性感覺和自主神經(jīng)病 I 型 HSAN1 突變，突變位于復(fù)制點(diǎn)靶向序列結(jié)構(gòu)域 (RFTS)，位于蛋白質(zhì)的 N 末端區(qū)域內(nèi)。值得注意的是，該突變兩側(cè)是 p.Asp564，一種對(duì) RTFS 結(jié)構(gòu)域與催化結(jié)構(gòu)域相互作用至關(guān)重要的氨基酸，以及一系列不可或缺的三種苯丙氨酸（RTFS-CXXC 接頭中的 Phe644、Phe647、Phe648）縮小 DNA 結(jié)合口袋的入口并將 RTFS 結(jié)構(gòu)域錨定到 DNA 結(jié)合口袋 。值得注意的是，晶體結(jié)構(gòu)表明野生型 p.Gly605、p.Val606 和 p.Ala570 在覆蓋蛋白質(zhì) DNA 結(jié)合溝的鉸鏈中在空間上相互面對(duì)（圖 2）。因此，該病例的突變很可能會(huì)影響 DNA 結(jié)合識(shí)別或與DNMT1 – HDAC2復(fù)合物中其他蛋白質(zhì)的相互作用，從而在某些情況下造成 CpG 甲基化不足和基因沉默。

進(jìn)一步證實(shí)該突變的致病性還來自最近發(fā)表的一個(gè)基因解碼研究，研究稱其他DNMT1突變（p.Asp490Glu、p.Pro491Tyr、p.Tyr495Cys）均位于DNMT1外顯子 20的不同區(qū)域（圖 2）。導(dǎo)致遺傳性感覺喪失并伴有癡呆和聽力喪失 ( HSAN1 , MIM 614116)。在 HSAN1 中，感覺神經(jīng)病和耳聾是最先出現(xiàn)的癥狀，隨后僅在部分病例中出現(xiàn)伴有小腦性共濟(jì)失調(diào)的癡呆。嗜睡癥在 HSAN1 中沒有報(bào)告，盡管它可能是一個(gè)容易被的一個(gè)更輕微的癥狀。在 ADCA-DN 病例中，雖然遺傳性感覺喪失是一種臨床表現(xiàn)，但它是一種在病程后期出現(xiàn)的次要特征，首先表現(xiàn)為發(fā)作性睡病，然后是猝倒和耳聾，隨后很快出現(xiàn)共濟(jì)失調(diào)（表1).

DNMT1內(nèi)的不同突變?nèi)绾萎a(chǎn)生不同的遲發(fā)表型，并優(yōu)先靶向選定的群體神經(jīng)元，如hypocretin細(xì)胞或浦肯野細(xì)胞？一種可能是DNMT1通過 CpG 甲基化引起的基因沉默抵消了某些基因的過度表達(dá)，導(dǎo)致中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的某些神經(jīng)元隨著衰老而發(fā)生不需要的細(xì)胞聚集體的積累。這是患者腦脊液中為什么會(huì)出現(xiàn)tau 蛋白水平升高和癡呆癥。關(guān)于共濟(jì)失調(diào)，佳學(xué)基因解碼的研究表明，減數(shù)分裂期間DNMT1活性的喪失會(huì)增加SCA1 (MIM 164400)中的 CAG 重復(fù)的增加。佳學(xué)基因病案集中病例經(jīng)過了典型測(cè)試SCA1、2、3、…6（MIM 146600、183090、109150 和 183086）重復(fù)（數(shù)據(jù)未顯示）并發(fā)現(xiàn)基體重復(fù)數(shù)正常。在小腦發(fā)育過程中，重復(fù)數(shù)增加仍可能發(fā)生在體細(xì)胞水平，或者通過重復(fù)附近的甲基化抑制SCA基因可能會(huì)促進(jìn)共濟(jì)失調(diào)蛋白聚集。

在個(gè)別病例中，發(fā)作性睡病/hypocretin缺乏癥是一種與 HLA-DQB1*06:02 (∼99%) 密切相關(guān)的散發(fā)性疾病。還發(fā)現(xiàn)了與 T 細(xì)胞受體 α ( TCRA , MIM 186880) 多態(tài)性的次級(jí)關(guān)聯(lián)并獨(dú)立復(fù)制，表明hypocretin細(xì)胞失去自身免疫介導(dǎo)。基因解碼的研究還表明冬季上呼吸道感染或 H1N1 疫苗接種是關(guān)鍵的環(huán)境觸發(fā)因素)。在 ADCA-DN 中，一種可能是hypocretin細(xì)胞異常容易受到DNMT1缺失引起的神經(jīng)變性的影響以及由此產(chǎn)生的 DNA 低甲基化。在這種情況下，該機(jī)制不會(huì)是自身免疫的。另一種解釋可能涉及DNMT1和 DNA 甲基化在 ADCA-DN 家族自身免疫反應(yīng)背景下調(diào)節(jié)各種免疫細(xì)胞群的作用，盡管在這種情況下它可能發(fā)生在沒有 DQB1*06:02 的情況下，這與散發(fā)病例不同。眾所周知，患有HSAN1的人更容易受到感染，盡管佳學(xué)基因的所收集的這幾個(gè)病例并非如此。此外，DNMT1在免疫細(xì)胞中高表達(dá)，低甲基化已被證明與狼瘡等其他自身免疫性疾病有關(guān)。最后，DNMT1是 CD4+ 在 TCR 刺激下分化為 T 調(diào)節(jié)細(xì)胞（通過 Foxp3 表達(dá)的去抑制）所必需的。缺乏對(duì)hypocretin神經(jīng)元具有特異性的 CD4+ 調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞可能導(dǎo)致自身免疫。

最后，還值得注意的是，最近的一項(xiàng)全基因組關(guān)聯(lián)研究在散發(fā)病例的P2RY11 (MIM 602697) 基因座中發(fā)現(xiàn)了發(fā)作性睡病相關(guān)多態(tài)性，該基因位于 (20-100 kb) DNMT1附近。在這項(xiàng)基因解碼中，關(guān)聯(lián)度最高的 SNP rs2305795 位于P2RY11基因座內(nèi)，與白細(xì)胞中P2YR11的表達(dá)降低有關(guān)。這種先前報(bào)道的關(guān)聯(lián)可能是未檢測(cè)到的與位于DNMT1基因座內(nèi)的多態(tài)性的連鎖不平衡的結(jié)果。P2RY11 - DNMT1的額外精細(xì)定位和測(cè)序?qū)⑿枰獏^(qū)域來探索這種可能性?；蛘撸珼NMT1調(diào)控元件也可能位于P2RY11基因座內(nèi)，因?yàn)榘琍PAN（MIM 607793）、P2RY11、EIF3S4（MIM 603913）和DNMT1的同線區(qū)域在脊椎動(dòng)物中是保守的，表明進(jìn)化壓力的存在。最顯著相關(guān)的 SNP 不僅與 P2RY11 表達(dá)降低相關(guān)，而且與白細(xì)胞中 DNMT1 表達(dá)降低相關(guān)。 DNMT1 的表達(dá)與 P2RY11 的表達(dá)相關(guān)，基因型對(duì) DNMT1 表達(dá)的影響主要是由 CD4+ T 細(xì)胞中 DNMT1 的高表達(dá)驅(qū)動(dòng)的。 因此，繼發(fā)于 P2RY11 遺傳關(guān)聯(lián)的 DNMT1 活性降低可能導(dǎo)致偽君子細(xì)胞的脆弱性增加，即使在散發(fā)性 HLA-DQB1 * 06:02 相關(guān)病例中也是如此。
 

ADCA-DN綜合征的致病基因之一的結(jié)構(gòu)功能解析：基因解碼基因檢測(cè)的物質(zhì)基礎(chǔ)

 

圖 2：( A ) 小鼠DNMT1的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)（PDB 登錄號(hào) 3AV5，使用 Jmol_S 生成的圖像）??和 RFTS 域中新發(fā)現(xiàn)的氨基酸取代（橙色箭頭）的位置。還顯示了 Klein等人報(bào)告的氨基酸變化的位置。( 4 )，在蛋白質(zhì)的 TS 結(jié)構(gòu)域中（淺綠色箭頭）。顯示的底物是S -腺苷-l-同型半胱氨酸。( B ) 包含三個(gè)新突變（橙色框）和之前由 Klein等人報(bào)告的兩個(gè)突變的區(qū)域的保護(hù)程度概述。( 4 ) (淺綠色方框)。