Nauja col2a1 de novo mutacija, sukelianti spondiloepifizinę displaziją, įgimtą kinų šeimoje | žmogaus genomo kitimas

Nauja col2a1 de novo mutacija, sukelianti spondiloepifizinę displaziją, įgimtą kinų šeimoje | žmogaus genomo kitimas

Anonim

Dalykai

  • Ligos genetika
  • Raumenų ir kaulų sistemos anomalijos

Anotacija

Įgimta spondiloepifizinė displazija (SEDC) yra ypač reta autosominė dominuojanti chondrodysplazija, kurią paprastai sukelia glicino pakeitimas kita aminorūgštimi trigubos spiralės srityje COL2A1. Čia aprašome SEDC atvejį kinų šeimoje, kuriai būdinga nauja COL2A1 geno c.1150G> A (p.Gly384Ser) mutacija, kuri gali pakenkti baltymų stabilumui ir sukelti II tipo kolageno disfunkciją.

Įvadas

Įgimta spondiloepifizinė displazija (SEDC, OMIM 183900) yra reta autosomiškai dominuojanti paveldima chondrodysplazija, kurią pirmą kartą aprašė Sprangeris ir Wiedemannas 1966 m . subluksacija, skoliozė, kifozė, juosmens lordozė, koxa vara, tikrasis pilvas, pėdsakai, pes planus ir metafiziniai pokyčiai. Kai kuriais atvejais taip pat buvo pranešta apie nepaprastas skeleto ypatybes, įskaitant veido vidurinę hipoplaziją, jutiklinio klausos praradimą, akių komplikacijas, gomurį, mikrognatiją, krūtinės ląstos hiperkofozę ir hipoplastinį pilvą. 2 Devintajame dešimtmetyje atliktais tyrimais nustatyta, kad pacientams, sergantiems SEDC fenotipais, buvo nustatytas nenormalus II tipo kolageno ir SEDC judumas ir heterozigotinės COL2A1 mutacijos.

SEDC yra reta liga, paplitusi 3, 4 / 1 000 000, dažniausiai atsirandanti dėl atsitiktinių mutacijų, retai paskirstytų 54 COL2A1 geno egzonuose . Iki šiol visame pasaulyje buvo identifikuotos 539 skirtingos mutacijos ir įtrauktos į žmogaus genų mutacijų duomenų bazę, įskaitant 283 missense / nonsense mutacijas, 99 splaising mutacijas, 101 mažą deleciją, 32 mažus intarpus, 9 mažus indelius, 11 bendrųjų delecijų, 2 grubūs intarpai ir 2 sudėtingi pertvarkymai („BIOBASE Human Gen Mutation Database professional 2017.1“, //www.hgmd.cf.ac.uk/ac/index.php). Iki šiol buvo pranešta apie mažiausiai 56 skirtingas mutacijas, susijusias su SEDC, skirtingose ​​etninėse grupėse. 3 Vis dėlto ryšys tarp genominių mutacijų ir jų atitinkamų fenotipų SEDC nėra aiškus. Dažniausia priežastinė SEDC mutacija (74%) yra vienos bazės pakaitalas glicino liekanoje trigubos spiralės srityje COL2A1 , o pakeitimas iš arginino į cisteiną sudaro dar 10% priežastinių mutacijų. 4 Kai kurie glicino ir serino pakeitimai (pvz., P.Gly504Ser) sukelia lengvesnę skeleto displaziją, nors glicino ir ne serino likučių pakeitimai sukelia įvairius fenotipinius anomalijas. 4, 5 Dažniausia mutacija, p.Arg989Cys, siejama su sunkiais SEDC fenotipais. 6, 7

Dabartiniame tyrime aprašome naują COL2A1 mutaciją (c.1150G> A, p.Gly384Ser), sukeliančią SEDC . Mutacija gali pakenkti baltymų stabilumui ir sukelti II tipo kolageno disfunkciją, todėl gali būti patogeniška. Mūsų tyrimas papildo žinomą SEDC mutacijų spektrą, gali padėti geriau suprasti genotipo ir fenotipo koreliaciją ir gali būti naudingas teikiant genetinę konsultaciją pacientams, sergantiems SEDC.

Pacientas buvo berniukas, turintis ne kongresinių Kinijos tėvų. Jo šeimos nariai, įskaitant jo tėvus ir vyresniąją seserį, buvo akivaizdžiai sveiki ir neturėjo jokių SEDC simptomų ar požymių. Šeimoje nebuvo skeleto displazijos. Po gimimo buvo pastebėtas trumpas ūgis. Nors jo psichomotorinis vystymasis buvo normalus, augant jo trumpalaikis augimas tapo akivaizdesnis, buvo pastebėti skeleto anomalijos, įskaitant skoliozę, pektą carinatum ir metafizinius pokyčius. Šešių metų ir 11 mėnesių amžiaus jo ūgis buvo 106 cm (<3 procentilis normaliems kinų vyrams), o jo svoris buvo 21 kg (<25 procentilis). Jo klausa nebuvo sutrikusi. Įprastiniai kraujo ir šlapimo tyrimai buvo normalūs. Fermento aktyvumo, susijusio su lizosomų kaupimosi ligomis, analizė taip pat buvo normali.

Radiografinis tyrimas atskleidė lengvą kifozę ir sunkią juosmeninę lordozę, plokščius ir netaisyklingus slankstelių kūnus, pleišto formos juosmens slankstelių kūnus, acetabulinio stogo išlyginimą ir dvišalę šlaunikaulio galvų displaziją (1 pav.). Remiantis šiais klinikiniais ir radiologiniais duomenimis, buvo tikima, kad pacientas serga II tipo kolagenopatija (SEDC).

Image

Mūsų tyrime atlikto SEDC paciento ( a - c ) rentgenogramos, stuburo ir dubens organų rentgenografija rodo plokščius ir netaisyklingus slankstelių kūnus, juosmens lordozę, pleišto formos juosmens slankstelių kūnus, acetabulinio stogo išlyginimą ir šlaunikaulio galvų dvišalę displaziją.

Visas dydis

Gavome raštišką jo tėvų sutikimą atlikti molekulinius tyrimus, kuriuos patvirtino Pekino universiteto pirmosios ligoninės institucinė peržiūros taryba. Mes atlikome visą genomo DNR mėginio sekos nustatymą iš Kinijos Han šeimos probando (II: 2) su SEDC (2a pav.). Iš viso buvo identifikuota 141 178 genetiniai variantai, įskaitant 12 547 nesinoniminius pakitimus, koduojančiose sekose arba kanonų dinukleotide, esančiuose sujungimo taške. Variantai buvo funkciškai komentuojami ir filtruojami naudojant debesimis pagrįstą retos ligos NGS analizės platformą (//www.gene.ac/), kaip aprašyta anksčiau. Buvo išsaugoti 8 egzoninių sekų pakitimai ir introno variantai ties eksonono ir introno ribomis, kurių nežinomas dažnis ar mažas alelių dažnis <1% ir kurių homozigotinėje būsenoje nėra šiose duomenų bazėse. Tarp jų nustatyta, kad 66 variantai yra susiję su skeleto sutrikimais. Iš viso 15 variantų buvo susieti su dominuojančiu paveldėjimo būdu. Vėliau įvyksta missense mutacija COL2A1 gene, kai G iki A perėjimas yra 1150 padėtyje, todėl Gly-XY triguboje 384 aminorūgščių padėtyje (c.1150G> A, p.Gly384Ser) gali būti pakeistas serinas glicinu. spiraliniai pasikartojantys COL2A1 motyvai buvo identifikuoti kaip potenciali SEDC sukelianti mutacija (2b paveikslas). Šis variantas nebuvo aprašytas jokiose kitose duomenų bazėse, įskaitant dbSNP, OMIM, ESP, ClinVar, 1000 genomų, žmogaus genų mutacijų duomenų bazę, gnomAD ir ExAc.

Image

COL2A1 kilmės, sekų žemėlapiai ir išsaugojimo analizė su de novo mutacija. ( a ) sekamos chromatogramos rodo de novo heterozigotinę mutaciją, c.1150G> A, COL2A1 gene. Raudona rodyklė nurodo nukleotido mutacijos vietą. ( b ) parodomas skirtingų rūšių baltymų COL2A1 išsaugojimas aplink aminorūgšties pakeitimą p.Gly384Ser. Labai konservuota Gly-XY tripleto seka stebima skirtingoms rūšims. Juodoji dėžutė rodo mutacijos vietą G384.

Visas dydis

Patvirtinus pagal Sangerio seką, šis kitimas buvo pastebėtas tik bandoje, bet ne jo šeimos nariuose (2a paveikslas). Priežastiniam COL2A1 geno variantui patvirtinti buvo naudojamos tokios pradinės sekos: F: 5′- AGAAAAACGGCAGCGTGAAC-3 ′ ir R: 5′ – AGAAGCTGCACTTACGGAGG-3 ′.

Šios aminorūgšties pakaitalo funkciniam poveikiui numatyti buvo naudojamos trys internetinės programinės įrangos programos. Remiantis „PolyPhen-2“, manoma, kad ši de novo mutacija mūsų tyrime tikriausiai bus žalinga, kai jos rezultatas bus 0, 999 (jautrumas: 0, 14, specifiškumas: 0, 99) (//genetics.bwh.harvard.edu/pph2/). 9 Naudodamiesi kita programa „PROVEAN“, mes numatėme, kad p.Gly384Ser bus žalingas, kai PROVEAN balas bus –4.567, kai balai žemiau –2, 5 yra žalingi (//provean.jcvi.org/index.php). 10 „ MutationTaster“ taip pat numatė, kad pakitimai sukėlė ligas (//www.mutationtaster.org/). Visos šios kompiuterinės baltymų analizės rodo, kad COL2A1 geno de novo mutacija greičiausiai buvo kenksminga ligą sukelianti mutacija šiam pacientui. Todėl padarėme išvadą, kad de novo mutacija, c.1150G> A, greičiausiai buvo pagrindinė SEDC priežastis šiam pacientui.

SEDC yra autosominė dominuojanti genetinė chondrodysplasia, atsirandanti dėl patogeninių mutacijų COL2A1 gene, koduojančiame II kolageną, kuris daugiausia prisideda prie sąnario kremzlės fibrillinės matricos. COL2A1 genas yra> 30 kb ilgio ir turi 54 egzonus. Jis koduoja 134, 4 kDa baltymą su 1487 aminorūgštimis. Kolagenas II turi tris domenus: N-propeptidas, kuris gali dalyvauti reguliuojant pirminius pluošto skersmenis, trigubas spiralinis domenas, kuriame yra 330 Gly-XY pasikartojimų ir kuris yra vyraujantis motyvas, ir C-propeptidas, kuris, kaip manoma, vaidina pagrindinis vaidmuo inicijuojant trigubos spiralės formavimąsi. Išskyrę į tarpląstelinę matricą, N ir C-propeptidai suskaidomi, kad susidarytų subrendęs II tipo kolagenas. 12

Andrzejaus Fertala grupė įrodė, kad kai kurios COL2A1 mutacijos keičia atskiras kolageno molekules ir vėliau kolageno pluoštų struktūrą, o tai daro neigiamą poveikį jungties partneriams, dėl ko sumažėja kolageno termostabilumas. Be to, dėl kai kurių mutacijų sulėtėja sekrecija į tarpląstelinę erdvę, o sukauptos struktūriškai pakitusios molekulės suaktyvina išskleistą baltymo atsaką ir padidina ląstelių-šeimininkų apoptozę. 7, 13, 14, 15 SEDC pelių eksperimentai parodė skeleto ir augimo plokštelių anomalijas, taip pat sutrikusią klausą ir retinoschizę. Tolesnė analizė parodė, kad mutantinis kolagenas negalėjo užtikrinti normalaus tinklelio, reikalingo matricos vientisumui ir bendram kremzlės stabilumui, 18, nes šis mutantinis kolagenas buvo daugiausia sintetinamas ir laikomas neapdorotame endoplazminiame retikulume (RER). Dėl to chondrocitų apoptozė buvo suaktyvinta dėl endoplazminio retikulinio streso (ERS) - neaplankyto baltymo atsako (UPR) - apoptozės kaskados. 19 Histologiniai tyrimai, atlikti su II tipo kolagenu, išgautu iš II tipo kolagenopatijos pacientų šlaunikaulio galvos kremzlės, atlikti Su ir kt. 20 pasiūlė, kad kolageno II raiška ir pasiskirstymas buvo nenormalus, dėl ko atsirado įterptųjų chondrocitų patologiniai pokyčiai ir kremzlės hierarchinės struktūros anomalijos. Be to, ultrastruktūriniai tyrimai parodė nukrypusius branduolius ir RER mutuojančiuose chondrocituose ir disorganizuotus kolageno pluoštus mutantinėse kremzlėse. 20

Šioje ataskaitoje aprašomas pacientas, turintis SEDC fenotipą ir naują de novo COL2A1 mutaciją. Trys kompiuterinės baltymų analizės „PolyPhen2“, „PROVEAN“ ir „MutationTaster“ parodė, kad ši mutacija greičiausiai buvo žalinga, todėl padarėme išvadą, kad p.Gly384Ser mutacija buvo patogeniška. Iki šiol, įskaitant p.Gly384Ser mutaciją, visame pasaulyje buvo aprašytos mažiausiai 57 skirtingos COL2A1 geno mutacijos, susijusios su SEDC, su įvairiais fenotipais. Vis dėlto ryšys tarp šių mutacijų ir jų atitinkamų klinikinių apraiškų dar nėra aiškus, todėl šių mutantų baltymų ekspresijos profilį ir savybes dar reikia ištirti.

Papildoma informacija

Leidėjo pastaba: „ Springer Nature“ išlieka neutralus paskelbtų žemėlapių jurisdikcijos reikalavimų ir institucinių ryšių atžvilgiu.

Duomenų šaltiniai

  1. 1.

    „Yang“, „Yanling“ ir „Xiao“, „Han HGV“ duomenų bazė //dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.hgv.1741 (2017)