Aksialna spondilometafizna displazija povzroča tudi mutacije nek1 | časopis za človeško genetiko

Aksialna spondilometafizna displazija povzroča tudi mutacije nek1 | časopis za človeško genetiko

Anonim

Predmeti

  • Bolezni genetika
  • Genetske raziskave

Izvleček

Aksialna spondilometafizna displazija (aksialna SMD) je edinstvena oblika SMD, za katero je značilna displazija osnega okostja in distrofija mrežnice. Pred kratkim je bil C21orf2 identificiran kot prvi gen bolezni za osno SMD; vendar je znana prisotnost genske heterogenosti. V tej raziskavi smo identificirali NEK1 kot drugi gen bolezni za aksialni SMD. S celovitim eksementiranim sekvenciranjem pri bolniku z osnim SMD smo ugotovili sestavljene heterorozne mutacije NEK1, c.3107C> G (p.S1036 *) in c.3830A> C (p.D1277A), ki so segregirane v družino . Mutacije NEK1 so bile predhodno ugotovljene v treh vrstah kratke rebrne prsne distrofije, ki nimajo distrofije mrežnice. Skeletni fenotip našega pacienta je bil blažji od tistih, o katerih smo poročali prej z mutacijami NEK1, in tistih z osno SMD, ki so imele mutacije C21orf2 . Fenotipi, povezani z mutacijami NEK1, so različni, izločanje fenotipa in genotipa v skeletnih ciliopatijah pa je izziv.

Glavno

Spondilometafizna displazija (SMD) je skupina genetskih skeletnih motenj, ki kažejo nenormalen razvoj hrbtenice in metafize dolgih cevastih kosti. 1 Aksialni SMD (MIM 602271) je podvrsta SMD. Glavne klinične značilnosti aksialnega SMD vključujejo (1) blago poporodno rast, (2) hudo deformacijo prsnega koša in (3) okvaro vida z distrofijo mrežnice. 2, 3, 4 Radiološke značilnosti aksialnega SMD vključujejo (1) skodelice in sploščeno sprednje konce reber, (2) čipkasto ilia in (3) metafizično displazijo proksimalne stegnenice z nepravilnimi in enhondromom podobnim metafizam. 5

Nedavno je bil C21orf2 opredeljen kot gen bolezni za osno SMD; vendar so bili najdeni tudi dokazi, ki kažejo na genetsko heterogenost osne SMD. 5 V tej raziskavi smo identificirali NEK1 kot drugi gen bolezni za aksialni SMD.

Študijo so odobrile komisije za etiko v Centru za integrativne medicinske vede RIKEN in Karolinskem inštitutu. Provandant je bil drugi otrok kavkaškega para, ki ni v roki. Podatki o družini za avksologijo so predstavljeni v dodatni tabeli S1. Za zdravega je veljal do 7. leta starosti, ko se mu je vid naglo poslabšal. Diagnosticirali so mu hipermetropijo, astigmatizem in nevroretinalno degeneracijo. Elektroretinogram (ERG) pri starosti 11 let je pokazal hudo distropijo mrežnice (slika 1a). Skeletno displazijo so ugotovili pri starosti 8 let. Imel je vitko torakalno kletko in hiperfleksibilne sklepe prstov. Ni imel kratkega stasa, nepravilnosti na obrazu, razcepljenih ustnic in / ali nepca in displazije prstov. Skeletna raziskava je pokazala ozko in dolgo prsnico, blago platyspondyly z zaobljenimi telesi vretenc, nerazvitim spodnjim delom medenice, sklerotičnimi proksimalnimi metafizami stegnenice in blagim metafizalnim širjenjem distalne stegnenice in proksimalne golenice (slika 1b-f). Ehokardiografija je odkrila blago insuficienco bikuspidnih in trikuspidnih zaklopk. Laboratorijski testi, vključno z oceno jeter in ledvic, so bili normalni. Na podlagi zgoraj omenjenih kliničnih in radioloških razlogov je bila postavljena diagnoza osne SMD.

Image

Klinične značilnosti pacienta. ( a ) Elektroretinogram bolnika pri starosti 11 let. Odziv palice, mešani odziv stožčastega stožca, odziv enojnega stožca in odziv utripajočega stožca 30 Hz normalnega subjekta (levo) in pacienta (desno). Bolnik je pokazal izjemno zmanjšan odmeren odziv med stožci in stožcem, ki se ni zapisal odziva palice, nihajnih potencialov in odzivov stožcev, kar kaže na široko degeneracijo mrežnice. ( b - f ) Radiografiji bolnika, starih 8 let. ( b ) prsni AP. Ozek prsni koš s kratkimi rebri. ( c ) Bočna hrbtenica. Blaga platyspondyly z zaobljenimi dorzalno klinastimi telesi vretenc. ( d ) spodnja noga AP. Blaga metafizična širitev proksimalne golenice. ( e ) Hip AP. Kratka ilia z ozkimi večjimi išiasnimi zarezami in vodoravnimi acetabulami, blago ravnimi glavnimi stegneničnimi epifizami in nepravilnimi trabekulami v obeh stegneničnih vratu. ( f ) Ročni AP. Blago skrajšanje 4. in 5. metakarpala.

Slika v polni velikosti

Genomsko DNK je bilo odvzeto iz periferne krvi pacienta in njegovih družinskih članov (dopolnilna slika S1A). Na začetku so bili kodirani eksoni in okoliška intronska območja C21orf2 preučeni s Sangerjevim zaporedjem, kot je opisano prej, 5, vendar v C21orf2 niso našli nobene kandidatne variante. Nato smo izvedli celovito eksome sekvenco na pacientovi DNK, kot je opisano prej. 5, 6 Povzetek uspešnosti zaporedja je naveden v dodatni tabeli S2. Z uporabo predhodno opisanih avtosomno recesivnega modela in filtrirne strategije 5 smo v genu NEK1 zaznali dve varianti. NEK1 (NM_001199397) je sestavljen iz 36 eksonov in kodira protein z 1286 aminokislinami. Znane so še štiri druge zobne izoforme z manjšimi spremembami v okviru (NM_012224, NM_001199398-400). Zaznane mutacije NEK1 so c.3107C> G (p.S1036 *) v eksonu 31 in c.3830A> C (p.D1277A) v eksonu 35 (oštevilčene v skladu z NM_001199397 in NP_001186326). Sangerno zaporedje družinskih članov je potrdilo rezultate sekvenciranja izvlečkov in pokazalo ločitev obeh variant (dodatna slika S1). Različice so bile v splošni populaciji zelo redke in so bile napovedane kot bolezen, ki jo povzročajo SIFT 7, PolyPhen2 8 in MutationTaster 9 (dodatna tabela S3).

NEK1 (OMIM: 604588) spada v družino NIMA (nikoli v genu mitoze a), ki se ohranja v evoluciji 9 in sodeluje v več celičnih procesih, vključno z mitozo, popravljanjem DNK, dinamiko mikrotubulov in ciliogenezo. 10, 11 Nedavni pregled funkcionalne genomike na osnovi siRNA je razkril, da NEK1 skupaj s C21orf2 in SPATA7 tvori funkcionalni modul ciliogeneze. 12 C21orf2 je znani gen, ki povzroča bolezen osnega SMD. 5

Trenutno so poročali o 11 mutacijah NEK1, povezanih s človeškimi ali mišjimi monogenimi fenotipi (tabela 1, slika 2). O prejšnjih mutacijah NEK1 so poročali v različnih prepisih pri ljudeh in miših. Zato smo združili človeške mutacije NEK1 in mišje mutacije Nek1 v Kat 2J glede na človeški prepis NM_001199397 in NP_001186326 (hg19) z uporabo NCBI BLAST in različice 2.0 Clustal X. 13 Fenotipi, povezani z NEK1, so bili opisani v skladu z zadnjo različico nosološkega in klasifikacijskega vodiča genetskih skeletnih motenj. 1 O sedmih mutacijah NEK1 so poročali pri kratki rebri torakalne displazije 6 (SRTD6; OMIM # 263520), skeletne bolezni, ki je hujša kot osno SMD. Za SRTD6 so značilni kratka rebra in okončine, srednja razcepna ustnica, pre- in post-aksialna polisindaktilija, genitalne nepravilnosti, anomalije epiglotisa in viscere, vendar nima distrofije mrežnice. 14, 15, 16 3-letni bolnik, ki je sestavljeni heterozigot za mutacije NEK1, ima fenotip, ki se prekriva s SRTD1 (OMIM% 208500) in kranioektodermalno displazijo 1 (OMIM # 218330 CED1), vendar tudi brez distrofije mrežnice. 17 Dva avtosomno recesivna mišja seva, ustvarjena za policistično ledvično bolezen (PKD), kat in kat 2J , imata mutacije Nek1 . Poleg fenotipa PKD skeletne spremembe teh miši vključujejo le zmanjšano telesno velikost in nenormalno kraniofacialno morfologijo. 18

Tabela polne velikosti

Image

Struktura domene proteina NEK1 in porazdelitev mutacij. Aminokislinsko zaporedje proteina NEK1 se nanaša na NP_001186326. S_TKc: katalitična domena serin / treonin kinaza. Siva škatla: območje tuljave; črno polje: regija z nizko kompleksnostjo. Puščica s pikami: škodljive mutacije (nesmiselna mutacija, ukrivljanje mutacije, vstavljanje ali brisanje, ki povzročajo premik ogrodja); puhala puščica: napačna mutacija. Mutacije, opredeljene v tej študiji, so krepke. Mučne spojnice so v oklepaju in so prikazane na ravni DNK. Velika črtanja, opisana v modelu miške PKD, niso vključena na tej sliki, saj njen podroben položaj ni na voljo.

Slika v polni velikosti

Fenotipsko spremenljivost bi lahko pojasnili z lokacijo mutacij na proteinu NEK1. Večina prejšnjih mutacij je v N-terminalu proteina, v katalitični domeni serin / treonin kinaza tega encima ali v bližini (slika 2). Dve mutaciji, identificirani v tej študiji, sta bili v C-terminalu in verjetno imata blažjo spremembo strukture in delovanja beljakovin.

Wheway et al. 12 je predlagalo, da motenje interakcije SPATA7-C21orf2 prispeva k fenotipu mrežnice, medtem ko motenje interakcije NEK1-C21orf2 prispeva k skeletnemu fenotipu. Učinek mutacij NEK1 v vidnem sistemu pa je bil neprepoznaven, ker so vsi prizadeti bolniki in mišji sevi trpeli zaradi perinatalne smrti zaradi torakalne hipoplazije. Tu ponujamo prve in vivo dokaze, da bi mutacija NEK1 pri bolnikih z blago skeletno displazijo lahko povzročila fenotip mrežnice. Podobnost fenotipa, opažen pri tem bolniku z mutacijami NEK1, in predhodno opisani bolniki z mutacijami C21orf2 so zagotovili dodatne in vivo dokaze za potencialno interakcijo NEK1 in C21orf2.

Resnost skeletnih fenotipov pri aksialnem SMD je različna. 5 Poročali so, da so aksialni SMD bolniki z isto bi-alelno mutacijo C21orf2 pokazali široko spremenljivost fenotipa. 3, 5 Kar zadeva radiografski fenotip osne SMD, je pacient na najmanjšem koncu spektra fenotipa. V nasprotju s prejšnjimi primeri aksialnega SMD, ki kažejo, da se zgodaj do hude kratke postave manifestirajo v zgodnjem otroštvu, 5 je bolnikova višina od rojstva sledila približno −1 SD. Naše ugotovitve so skladne z znano spremenljivostjo fenotipa, značilno za skeletne ciliopatije. 19, 20

Dodatne informacije

Datoteke Powerpoint

  1. 1.

    Dopolnilna slika S1

Excel datoteke

  1. 1.

    Dopolnilna tabela S1

  2. 2

    Dopolnilna tabela S2

  3. 3.

    Dopolnilna tabela S3

    Dodatne informacije spremljajo prispevek na spletni strani Journal of Human Genetics (//www.nature.com/jhg)