Tel：400-969-9938

AJHG | 眼咽型远端型肌病与GIPC1基因GGC重复扩增相关

介绍

眼咽型远端型肌病 (OPDM[MIM: 164310]) 是一种罕见的成人起病的肌肉病，以常染色体显性或可能隐性模式遗传。典型的临床表现为隐匿出现的进行性上睑下垂、眼肌瘫痪、面肌和咬肌无力、吞咽困难和远端肢体肌肉无力。病理学特征是严重程度不同的肌病性改变，其特征是肌纤维中存在边缘空泡（RVs）和丝状核内包涵体。OPDM的致病基因和机制尚不明确，病人主要通过临床症状获得诊断。因此发现OPDM的致病基因非常重要。

OPDM病人有相似的临床症状和病理特征，但是他们的遗传模式仍不清楚，有散发性、常染色体显性或可能隐性模式。神经元核内包涵体病（NIID[MIM:603472]）遗传模式与OPDM相似，以及在这两种疾病中都观察到核内包涵体，因此作者假设OPDM可能与NIID具有相似的遗传基础，即由GGC重复扩增致病。为了验证这一假设，作者使用了Nanopore平台进行长读长全基因组测序（LRS）。在分析LRS数据的时候，新发表的文章报道了LRP12基因GGC重复扩增是88个日本OPDM患者中22个患者的遗传学病因。但是，仍有75%的病人没有找到病因。

在这项研究中，作者(北京大学第一医院王朝霞教授团队)的目标是找到中国OPDM患者的遗传学病因。通过对一个OPDM患者队列进行LRS测序，作者不仅发现了LRP12基因5’UTR处的三核苷酸重复扩增，还发现了位于19号染色体的另一个基因，GIPC1也存在这种现象。作者同样证明了这种三核苷酸重复扩增没有导致患者的GIPC1蛋白在骨胳肌表达下降。不同基因的相似三核苷酸重复扩增强烈提示这些导致OPDM的三核苷酸重复扩增可能有相似的致病机制，这种机制与基因组坐标和对受体基因的影响无关。

方法

OPDM患者和对照

从北京大学第一医院入组了8个家系和16例散发OPDM病例。家系1,5,6和患者1-3既往曾被报道。诊断有临床症状和病理学证据。遗传学检测显示没有病人有PABPN1基因GCN重复扩增或者DMPK基因CTG重复扩增。并且针对所有已知和神经肌肉病相关的基因进行了筛选，没有发现致病突变。对照为1000例未受累个体。

除外中国的OPDM队列，作者还分析了一个日本的队列，病人均诊断为OPDM并且排除了PABPN1和LRP12突变。

短串联重复序列（STR）检测和评分

根据UCSC Genome Browser提供的repeatmasker，作者制作了覆盖所有GENCODE V19基因的基因相关STR列表。基因上下游扩展10kb，STR重复单位为3-6bp。参考基因组为hg19 。对比到STR区域的每一个read的重复序列拷贝数均由repeatHMM检测。

因为nanopore的reads有很大的偏倚错误，用nth重复数来代表个体的估计重复数（ERC），n为≤20%STR位置最大深度的最大整数。以此制作ERC矩阵，分别为代表建立康个体的Hmxn和受累个体的Amxs。其中m代表STR的个数，n和s分别代表对照和患者的人数。据此计算STR-Score来分析和疾病相关度高的STR。

结果

在OPDM病人中发现GGC重复扩增

作者最初通过WGS寻找OPDM的致病基因，但是没有找到任何可能导致发病的变异。之后作者入组了5例有家族史的OPDM病人和3例散发OPDM病人，连同100个健康对照进行LRS，平均深度为18.6X。为了更好筛选与疾病相关的短串联重复序列（STR），作者设计了STR-Scoring评分方法。共有107,287个STR定位于基因编码区（包括基因上下游10Kb），根据STR-Scoring评分得出分数最高的10个基因，其中位于GIPC1基因 5’ UTR区的CCG/GGC重复得分最高（图1）。

图1 STR分析流程和STR-Scoring得分最高的5个STR

这个STR位点的重复数在1个家系的两个病人以及3个散发OPDM病人(F1-11, F1-12, S2,S3, S4)中均大于100,而在健康对照中只有13-32。并且，所有健康对照中这个重复序列的拷贝数均低于GIPC1导致的患者。这个结果强烈提示GIPC1基因 5’ UTR区的GGC重复与OPDM相关。

为了证明这一结论，作者还在一个6代的中国OPDM家系中进行了连锁分析，发现在19p13.2–19q13.12(chr19: 8,841,079–38,022,358)有一段29.18Mb的区域有最高的LOD（4.21）。有GGC扩增的GIPC1基因（chr19: 14,606,853–14,606,897）也在这个区域。

RP-PCR 和AL-PCR分析GIPC1基因重复扩增

作者使用RP-PCR对家系1的7名受累个体和10个未受累个体进行测序，发现GIPC1基因 5’ UTR区的GGC重复扩增在家系内共分离。对另外7个家系，16个散发中国病人和194个无关日本OPDM进行RP-PCR检测，发现家系中的3个，中国散发病例中的9个和日本病例中的7个存在GIPC1基因 5’ UTR区的GGC重复扩增，而对照组中没有人出现重复扩增。

随后作者使用AL-PCR检测GGC重复的大小，发现所有受累个体均携带扩增的GGC重复，中国队列中为88-164,日本队列中为73-161。但是RP-PCR 和AL-PCR均未检测到一个家系内的未受累个体携带GIPC1基因GGC重复，而LRS检测到这个个体携带单等位基因GGC重复大于500次，提示LRS检测极长的重复扩增更有优势。

讨论

OPDM的遗传学病因尚不明确，尽管一项最近的研究提示在一个日本队列中大约四分之一的OPDM病人携带LRP12基因CGG重复扩增。在这个研究中作者通过结合LRS，连锁分析，RP-PCR 和AL-PCR方法，发现GIPC1基因 5’ UTR区的GGC重复与OPDM相关，在这个中国队列大约50%的病人中出现。但是GIPC1基因的GGC重复在日本队列中只有3.61%，提示OPDM在不同人群和种族中存在遗传学差异。

此研究中通过LRS和 STR-Scoring发现的致病重复扩增获得了连锁分析的验证，提示这个分析3-6bp重复的STR与疾病关联的方法很有前途，有望被应用到更多分析STR与疾病关联的方法中。

分享到：

客服电话

028-8948 2318

地址：成都市温江区成都医学城三医创新中心三期六栋