Fosfolipazės ddhd2 mutacijos sukelia autosominę recesyvinę paveldimą spastinę paraplegiją (spg54) | europos žmogaus genetikos žurnalas

Fosfolipazės ddhd2 mutacijos sukelia autosominę recesyvinę paveldimą spastinę paraplegiją (spg54) | europos žmogaus genetikos žurnalas

Anonim

Dalykai

  • Ligos genetika
  • Mutacija
  • Neurodegeneracinės ligos

Anotacija

Paveldimos spazminės paraplegijos (HSP) yra genetiškai nevienalytė sutrikimų grupė, kuriai būdinga kortikospinalinio trakto motorinių neuronų distalinė aksonopatija, sukelianti progresuojančią apatinių galūnių spazmą ir silpnumą. Intraceliulinės membranos judėjimas, mitochondrijų disfunkcija ir mielino formavimasis yra pagrindinės funkcijos, susijusios su HSP patogeneze. Tik neseniai HSP potipiai turi įtakos sudėtingų lipidų metabolizmo trūkumams. 23 žinomų autosominių recesyvinių HSP genų mutacijos paaiškina mažiau nei pusę autosominių recesinių HSP atvejų. Norint nustatyti naujus autosominės recesyvinės HSP ligos genus, egzomo seka buvo atlikta 79 indekso atvejais su autosominėmis recesyvinėmis HSP formomis. Gauti variantai buvo filtruojami ir suskirstomi tarp šeimų, kad būtų galima nustatyti naujus ligos genus. Dviejose šeimose, turinčiose komplikuotą HSP, mes nustatėme dvi kenksmingas fosfolipazės DDHD2 geno mutacijas. Fenotipui būdinga ankstyva spazminė paraplegija, protinis atsilikimas, trumpas ūgis ir geltonkūnio disgenezė. Fosfolipazės DDHD2 yra susijęs su tarpląstelinės membranos eismu per golgi / endoplazminio retikulumo sąsają, ir buvo nustatyta, kad jis turi fosfolipazės A1 aktyvumą in vitro . Todėl HSP DDHD2 mutacijų atradimas gali būti ryšys tarp dviejų pagrindinių patogeniškų HSP temų: prekybos membranomis ir lipidų apykaitos.

ĮVADAS

Genetiškai įvairi paveldimų spastinių paraplegijų (HSP) grupė kliniškai apibūdinama progresuojančiu apatinių galūnių spazmu ir silpnumu, kurį sukelia kortikospinalinio trakto ilgųjų motorinių aksonų distalinė aksonopatija. Identifikavus daugiau nei 39 HSP 1 genus, akcentuojama tarpląstelinės membranos apykaita, mitochondrijų metabolizmas ir mielino susidarymas, kaip pagrindinės funkcijos, susijusios su HSP patogeneze. 2 Tik neseniai lipidų apykaita tapo viena iš pagrindinių HSP patofiziologijos temų, pagrįstų daugelio genų, dalyvaujančių lipidų metabolizme ir signalizacijos, įskaitant CYP2U1 , 3 CYP7B1, 4 DDHD1 , 3 FA2H , 5 GBA2 6 ir PNPLA6, mutacijomis. 7

Šiame tyrime mes nustatėme kenksmingas mutacijas fosfolipazės DDHD2 - sesers PA-PLA1 / DDHD1 fermento - dviejose šeimose, turinčiose sudėtingą HSP.

REZULTATAI

Genų identifikavimas

THI26003 šeimoje buvo septyni homozigotiniai SNV ir vienas homozigotinis Indel; du iš SNV ir Indelė neatsiskyrė nuo ligos. Atskyrę homozigotiniai misseno variantai buvo rasti C14orf166 (NM_016039.2: c.311C> T, p.Pro104Leu; rs149288575), FUT10 (NM_032664.3: c.473T> C, p.Leu158Pro), IMPA1 (NM_001144879). .542C> T, p.Thr181Ile) ir OTOGL (NM_173591.3: c.3461A> G, p.Asp1154Gly); homozigotinis nesąmoningas variantas DDHD2 (NM_001164234: c.859C> T, p.Arg287 *) buvo vienintelis trumpiausias pokytis. Išsami informacija apie visus penkis THI26003 šeimos segregacinius variantus pateikta 1 papildomoje lentelėje. Kadangi nebuvo įmanoma toliau susiaurinti vien tik THI26003 šeimos kandidatų genų sąrašo, remiantis turimais silico parametrais, gautas penkių genų kandidatų sąrašas. buvo naudojamas kaip sėkla ir susikerta su gautais genų kandidatais, gautais atliekant egzomo seką likusiose 78 autosominėse recesyvinėse HSP šeimose. Kitas kenksmingas DDHD2 variantas buvo nustatytas IHG25194 šeimoje (NM_001164232.1: c.1982_1983delAT, p.Tyr661Cysfs * 8), kuris atsiskiria nuo ligos (1 paveikslas). Dviejų paveiktų šios šeimos seserų tėvams nebuvo įmanoma atlikti genetinės analizės, todėl negalima tiksliai atmesti vienos DDHD2 alelio genominės delecijos. Nepriklausoma IHG25194 šeimos egzomų duomenų analizė nesukėlė jokių nesąmonių ar sutrumpinančių variantų, išskyrus aukščiau aprašytą DDHD2 mutaciją.

Image

Kilmės ir mutacijos. a ) DDHD2 šeimų kilmė ir sekos. C.859C> T mutacija išsiskiria iš THI26003 šeimos ir lemia prieštermininio sustojimo signalo susidarymą 287 kodone. C.1982_1983delAT mutacija atsiskiria IHG25194 šeimoje; tai sukelia rėmelio poslinkį aminorūgščių 661 padėtyje. ( b ) DDHD2 geno schema. DDHD2 genas turi tris žinomus baltymų domenus. Prognozuojama, kad WWE sritis tarpininkaus baltymų sąveikai ubiquitino ir ADP ribozės konjugacijos sistemose. Tandemas SAM (sterilus alfa motyvo domenas) - DDHD domenas reikalingas fosfoinositidų surišimui. Šeimą apibrėžiančio DDHD domeno, esančio DDHD2, ir jo homologo DDHD1 vientisumas yra būtinas PLA1 kataliziniam aktyvumui ir DDHD2 homooligomerizacijai. Membranos lokalizacijai skatinti būtina katalizinė funkcija, taip pat teigiamai įkrauta grupė SAM srityje (Arg434-Lys435-Lys436), reikalinga prisijungti prie fosfoinositido. 11, 14 anksčiau aprašytos mutacijos 28 nurodytos juodai, naujos mutacijos - raudonai.

Visas dydis

Nei viename iš kitų keturių genų kandidatų nebuvo rasta papildomų variantų likusiose autosominėse recesyvinėse HSP šeimose.

Abi DDHD2 mutacijos sunaikins DDHD domeno vientisumą ir taip paveiks katalizinę funkciją, membranos lokalizaciją, fosfoinositidų surišimą ir homooligomerizaciją (1 paveikslas). Taigi dėl abiejų mutacijų gali būti visiškai prarasta fosfolipazės DDHD2 funkcija.

Klinikinis aprašymas

Abiejoms THI26003 šeimos seserims, kilusioms iš Azerbaidžano (Irano) ir kilusiai iš užgimusios šeimos (pirmojo laipsnio pusbroliai), nuo ankstyvos vaikystės pasireiškė progresuojantis spazminis eisenos sutrikimas. Tyrimo metu (ligos trukmė 22–13 metų) jie vis dar galėjo vaikščioti nepalaikomi. Dėl protinio atsilikimo abu lankė specialią mokyklą, skirtą proto negalią turintiems vaikams, ir dirbo globojamoje dirbtuvėje. Spastinę paraplegiją dar labiau komplikuoja trumpas ūgis, didelis arkos gomurys ir geltonkūnio disgenezė, ypač nugaros dalyse (2a ir b pav.).

Image

DDHD2 pacientų kaukolės MRT / KT skenavimas. DDHD2 pacientų MRT / KT nuskaitymai rodo geltonkūnio disgenezę ir tam tikrą periventrikulinės baltosios medžiagos silpnumą ( d ). ( a ): THI26003-4 vainikinis MRT (T1 inversijos atkūrimas). ( b ): THI26003-3 ašinė kompiuterinė tomografija. ( c ): IHG25194-3 sagitalinis MRT (T1). ( d ): IHG25194-3 ašinis MRT (T1).

Visas dydis

Du IHG25194 šeimos broliai buvo Indijos kilmės ir nuo ankstyvos vaikystės sirgo spazminiu paraplegija. Nebuvo pranešta apie bet kokį sutapimą, tačiau abu tėvai buvo kilę iš to paties kaimo ir priklausė musulmonų bendruomenei, paaiškindami galimą įkūrėjo poveikį. Papildomi abiejų brolių ir seserų klinikiniai požymiai ir simptomai buvo protinis atsilikimas, lengvas veido dismorfizmas, trumpas ūgis ir geltonkūnio disgenezė (2c ir d paveikslai).

Atsižvelgiant į paprastai didelį fenotipinį HSP kintamumą, fenotipas tarp dviejų nesusijusių DDHD2 šeimų yra stebėtinai panašus. Atrodo, kad pagrindiniai su DDHD2 susijusios HSP požymiai yra spazminė paraplegija, protinis atsilikimas, trumpas ūgis ir geltonkūnio disgenezė (1 lentelė).

Pilno dydžio lentelė

Diskusija

Fosfolipidai yra pagrindinis biologinių membranų komponentas. Juos metabolizuoja didelė fosfolipazių šeima, kurią galima klasifikuoti pagal jų skilimo vietą. Fosfolipazės A 1 šeima, susidedanti iš tarpląstelinių ir tarpląstelinių fermentų, hidrolizuoja esterinį ryšį fosfolipidų sn-1 padėtyje, sudarydama 2-acil-lizofosfolipidus ir riebalų rūgštis. Priešingai nei dauguma eukariotinių organizmų, žinduoliai turi tris skirtingas tarpląstelines fosfolipazės A 1 s: fosfatidinė rūgštis, teikianti pirmenybę fosfolipazei A 1 (PA-PLA1 / iPLA1 α ; DDHD1 ), SEC23 sąveikaujantis baltymas p125 (iPLA1 β ; SEC23IP ) ir fosfolipazė DDHD2 ( iPLA1 ψ ; DDHD2 ).

Biologinė fosfolipazės DDHD2 funkcija nėra visiškai suprantama. DDHD2 yra išreikštas visur; citozolinis ir su membranomis susijęs baseinas, lokalizuotas cis-Golgi ir ER-Golgi tarpiniame skyriuje (ERGIC), yra dinaminėje pusiausvyroje. 11, 12, 13 DDHD2 per didelis ekspresija lemia Golgi išsisklaidymą ir perinuklearinės ERGIC padidėjimą. 12, 14 Yra prieštaringų duomenų apie DDHD2 išeikvojimo poveikį. Morikawa ir kt. 13 praneša apie specifinį atgalinio judėjimo iš Golgi į ER trūkumą; šio defekto nepatvirtina Sato et al 11, kurie vietoj to postuluoja anterogradinį transporto defektą iš Golgi į plazmos membraną. Autoriai šiuos skirtumus prisideda prie to, kad jie naudoja skirtingus oligonukleotidus DDHD2 numušimui HeLa ląstelėse ir galimą poveikį tikslui pasiekti. Nepaisant šių prieštaravimų, DDHD2 vaidmenį judinant tarpląstelinę membraną dar labiau patvirtina jo homologija su kitu PLA1 šeimos nariu - p125 -, kuris, kaip įrodyta, dalyvauja vezikuliniame pernešime iš ER į Golgi, sąveikaudamas su Sec23p., COP II komplekso komponentas. 15

Golgi ir ER morfologijos ir dinamikos pokyčiai funkciškai jungia kelis HSP potipius: Atlastin-1 ( SPG3 ), CNS išreikštas GTPazių atlastinų šeimos narys, daugiausia lokalizuojasi vamzdiniame ER ir mažesniu mastu ERGIC bei. cis-Golgi. Jis reikalingas, norint suformuoti ER krypčių trijų krypčių sankryžas. 16 Receptorius ekspresiją gerinantys baltymai (REEP) ir retikulonai ER membranoje sudaro didelius oligomerinius kompleksus, kurie dalyvauja ER membranos kreivėje, tokiu būdu sudarydami būdingą sklandaus ER vamzdinę struktūrą. REEP1 (SPG31), taip pat retikulono 2 ( RTN2 , SPG12) genų mutacijos sukelia autosomines dominuojančias HSP formas. 17 Taškinės BSCL2 mutacijos, sukeliančios SPG17, sukelia ER streso žymenų padidėjimą. 18 Ilga spastino izoforma, mutavusiame dažniausiai HSA autosominiame dominuojančiame potipyje ( SPAST , SPG4), sudaro baltymų kompleksą su atlastinu-1 ir REEP1 vamzdiniame ER tinkle ir, manoma, koordinuoja mikrotubulų reguliavimą ir membranos modeliavimą. 2, 17 Taigi, DDHD2, kito baltymo, veikiančio ER-Golgi sąsajoje, mutacijų identifikavimas nėra staigmena.

Įrodyta, kad DDHD2 ne tik dalyvauja membranų apyvartoje, bet ir turi fosfolipazės A1 katalizinį aktyvumą fosfatidinės rūgšties ir kitų fosfolipidų atžvilgiu, 12, 19, funkcija, kuria taip pat dalijasi DDHD1. Fosfatidio rūgštis turi įvairias biologines funkcijas. Tai yra triacilglicerolių ir fosfoglicerolių biosintezės pirmtakas. Be savo struktūrinių funkcijų biologinėse membranose, 20 jis taip pat susijęs su lipidų signalizavimu. Šis fosfolipazės A1 katalizinis aktyvumas leidžia DDHD2 susieti su daugeliu neseniai atrastų HSP genų, dalyvaujančių lipidų metabolizme. Seipinas ( SPG17 ) 22 ir spartinas ( SPG20 ) 23 dalyvauja formuojant ir reguliuojant lipidų lašelius. Šie dinamiški organeliai susideda iš neutralių lipidų šerdies, kurią dengia vienintelis amfizinių lipidų sluoksnis, kuriame yra cholesterolio ir fosfolipidų. Fosfatidio rūgštis, tinkamiausias DDHD1 ir DDHD2 substratas, yra būtina lipidų lašelių surinkimui. 24 acetil-CoA pernešėjas SLC33A1, esantis ER membranoje ir reikalingas O-acetilintų gangliozidų susidarymui, yra mutavęs SPG42. Sudėtingų lipidų apykaitos sutrikimai sukelia dar bent keturis HSP potipius: SPG39 fosfatidilcholino, pagrindinio membranos fosfolipido, dezacetilinimas yra nepakankamas dėl fosfolipazės B / neuropatijos tikslinės esterazės ( PNPLA6 ) mutacijų ir 7 riebalų rūgšties-2 mutacijų. Hidroksilazė ( FA2H ) veikia 2-hidroksifinolipidų sintezę SPG35 25, o CYP2U1 mutacijos SPG49 sukelia sutrikusią ω ir w-1 riebalų rūgščių hidroksilinimą. 3 GBA2 , mutavusio autosominiu recesyviniu HSP SPG46, gliukozilceramido pavertimas laisva gliukoze ir keramidu nėra lizosominės gliukozilceramidazės. SPG5 mutacijos 7α-hidroksilazės gene CYP7B1 ne tik sukelia SPG5 sergančių pacientų oksisterolių kaupimąsi 26, bet ir gali turėti įtakos neurosteroidų metabolizmui. 27

Rengiant šį rankraštį, Schuurs-Hoeijmakers ir kt. 28 pranešė apie DDHD2 mutacijas keturiose šeimose, turinčiose autosominę recesyvinę HSP. Šių šeimų fenotipas yra stulbinamai panašus į klinikinius požymius, apie kuriuos pranešta THI26003 ir IHG25194 šeimose, kai ankstyvasis spazmas, protinis atsilikimas ir TCC yra visų paveiktų šeimos narių sutapimas. Septynios DDHD2 mutacijos, aprašytos Schuurs-Hoeijmakers et al 28 ir mūsų tyrimas, apima keturias kadrų perjungimo, dvi nesąmones ir tik vieną missense mutaciją (1 paveikslas). Pažymėtina, kad dauguma mutacijų susikaupia DDHD domene, esančiame C-galo baltymo pusėje. Tolesni tyrimai turės išsiaiškinti, ar toksiškai padidėjęs potencialiai išreikšto sutrumpinto ar mutantinio DDHD2 baltymo funkcijos poveikis fenotipui. Nesąmoningą mutaciją Arg287 *, kurią nustatėme iraniečių šeimoje THI26003, aprašė Schuurs-Hoeijmakers et al 28 kitoje iraniečių šeimoje; todėl galimas įkūrėjo efektas.

DDHD2 , dalyvaujančio Golgi / ER membranų apykaitoje ir lipidų metabolizme, mutacijų identifikavimas dar labiau parodo šių esminių ląstelių procesų svarbų vaidmenį motorinių neuronų funkcijose ir padeda suprasti molekulinius mechanizmus, kuriais grindžiama HSP patogenezė.

Papildoma informacija

„Word“ dokumentai

  1. 1.

    1 papildoma lentelė

    Prie šio dokumento pridedama papildoma informacija Europos žmogaus genetikos žurnalo svetainėje (//www.nature.com/ejhg)