Autosomal dominerande nattlig frontal lobepilepsi: en genotypisk jämförande studie av japanska och koreanska familjer som bär chrna4 ser284leu-mutationen | journal of human genetics

Autosomal dominerande nattlig frontal lobepilepsi: en genotypisk jämförande studie av japanska och koreanska familjer som bär chrna4 ser284leu-mutationen | journal of human genetics

Anonim

ämnen

  • Jämförande genomik
  • Epilepsi
  • Mutation

Abstrakt

Autosomal dominerande nattlig frontal lobepilepsi är ett familjärt partiellt epilepsi-syndrom och den första mänskliga idiopatiska epilepsin som är känd för att vara relaterad till specifika genfel. Kliniskt tillgänglig molekylär genetisk testning avslöjar mutationer i tre gener, CHRNA4 , CHRNB2 och CHRNA2 . Mutationer i CHRNA4 har hittats i familjer från olika länder; Ser280Phe i en australisk, spansk, norsk och skotsk familj, och Ser284Leu i en japansk, koreansk, polsk och libanesisk familj. Tydliga bevis för grundareeffekt rapporterades inte bland dem, inklusive en haplotypundersökning utförd på de australiska och norska familjerna. Japanska och koreanska, på grund av deras geografiska närhet och historiska interaktioner, visar större genetiska likheter än befolkningarna i andra länder där mutationen finns. Haplotypanalys i de två tidigare rapporterade familjerna visade dock oberoende förekomst av Ser284Leu-mutationen. Den drabbade nukleotiden var starkt konserverad och förknippad med ett hypermutabelt CpG-ställe, medan andra CHRNA4- mutationer inte var i heta mutationer. Associering till en CpG-webbplats står för oberoende förekomst av Ser284Leu-mutationen.

Introduktion

Autosomal dominerande nattlig epilepsi i frontalloben (ADNFLE; MIM 118504) är ett familjärt partiellt epilepsisyndrom som kännetecknas av kluster av korta motoriska anfall i frontala lopp under dåsighet eller sömn. 1, 2 Kramper - ofta felaktigt diagnostiserade som andra nattliga motoriska aktiviteter som parasomnia eller natt terror 1, 2, 3, 4 - varierar från enkla arousals till hyperkinetisk aktivitet med tonic eller dystonic funktioner. Uppkomst inträffar vanligtvis under de första två decennierna (medelålder 10 år), men senare har också rapporterats. 5

ADNFLE är den första humana idiopatiska epilepsin känd för att vara relaterad till specifika genfel. 6 Kliniskt tillgänglig molekylär genetisk testning avslöjar mutationer i tre gener som kodar för a4-, p2- och α2-subenheterna i den neuronala nikotiniska acetylkolinreceptorn ( CHRNA4 , CHRNB2 respektive CHRNA2 ). 7, 8, 9 Totala mutationer finns hos mindre än 20% av individerna med ADNFLE / NFLE-fenotyper, vilket antyder deras genetiska heterogenitet. 10 Cirka 10–20% av patienterna har en positiv familjehistoria och färre än 5% negativa. 11

Bland de fyra mutationerna i CHRNA4 (Ser280Phe, Ser284Leu, Leu291dup och Thr293Ile), Ser280Phe och Ser284Leu har identifierats i flera oberoende familjer (mutationsnamn kan skilja sig från tidigare artiklar; vi använder NP_000735.1): Ser280Phe i en australisk, Spanska, norska och skotska familjer, 12, 13, 14, 15 och Ser284Leu i en japansk, koreansk, polsk och libanesisk familj. 16, 17, 18, 19 Det har antagits att grundareffekten inte är relevant för ADNFLE, eftersom de flesta av de studerade familjerna kommer från olika länder, 20 och en tidigare haplotypstudie av den australiska och norska familjen 14 visade ingen genetisk koppling.

Japanska och koreanska, på grund av deras geografiska närhet och historiska interaktioner, visar större genetiska likheter än befolkningarna i andra länder där mutationen finns; Faktum är att tidigare studier mellan japanska och koreanska har visat en närmare genetisk likhet än den mellan andra östra asiater. 21, 22 Grundareeffekter mellan de två länderna har också rapporterats vid flera autosomala recessiva sjukdomar, 23, 24 dock inte hos autosomala dominerande. För ADNFLE-patienter är det dock lättare att sprida sina patologiska gener än för individer med andra synligare epilepsisyndrom. De har inga anfall under dagen, visar normala neurologiska undersökningar och har en normal livslängd och reproduktiv förmåga. Dessutom kan familjemedlemmar eller den drabbade individen själv tro att hans symtom inte är en indikation på sjukdom och därför kanske inte söker läkarhjälp (eller om han vet att han är sjuk kan han medvetet vägra att avslöja sitt tillstånd för andra). 25 För att avgöra om grundareffekten finns i ADNFLE jämför vi haplotypstrukturer i de två tidigare rapporterade japanska och koreanska familjerna.

Material och metoder

Vi granskade den medicinska historien och elektroencefalogramfynden för en tregenerationsfamilj från Japan och en från Korea (stamtavlor i figur 1). Prover samlades från de två familjerna och DNA extraherades från helblod med användning av standardprotokoll. En genetisk analys genomfördes för sju medlemmar av japanerna och åtta av den koreanska familjen. Bland dem hade fyra av japanerna ADNFLE, liksom åtta av koreanerna. Fyra enkla nukleotidpolymorfismer (SNP: er) runt CHRNA4 valdes från en databas med japanska enskilda nukleotidpolymorfismer (JSNPS: //snp.ims.u-tokyo.ac.jp/index_ja.html). För att identifiera SNP-baserade haplotyper, typades fyra SNP: er inklusive rs 6089899, ​​rs2093107, rs4809538 och rs4603829 (figur 2) genom fluorescerande sekvensering på en automatiserad DNA-sekvenserare. Sekvensering utfördes i båda riktningarna med användning av fyra grundpar. Som jämförelse är genotypfrekvenserna för HapMap-JPT listade i tabell 1a.

Image

Stamtavlor av en japansk (övre) och koreansk (den nedre) ADNFLE-familjen. Endast medlemmar tilldelade nummer utvärderades.

Bild i full storlek

Image

Schematisk representation av SNP: er runt CHRNA4- genen och översikt över alla CHRNA4-mutationer identifierade i ADNFLE. Alla mutationerna är belägna i den andra transmembrandomänen (M2). Påverkade nukleotider finns i större kursiv typsnitt och CpG-dinukleotidsidor är understrukna.

Bild i full storlek

Full storlek bord

Vi undersökte nästa den evolutionära bevarande och fenotypiska effekten av Ser280Phe och Ser284Leu, som har visat återkommande förekomst i CHRNA4 . Den evolutionära konserveringen uppskattades med användning av phyloP-poäng, tillgänglig från UCSC Genome Browser (UCSC Genome Bioinformatics: //genome.ucsc.edu/). Den fenotypiska effekten av mutant protein förutses med användning av SIFT-poäng (//sift.jcvi.org/). I phyloP tilldelas de konserverade nukleotiderna positiva poäng, och de snabbt utvecklande negativa poängen; SIFT-poängen sträcker sig från 0 till 1. Skadliga aminosyrasubstitutioner tilldelas poängen <0, 05; tolerabla ersättningar är .050.05.

Vi kontrollerade också hypermutable webbplatser i CHRNA4 . I analysen med hypermutabla webbplatser fokuserade vi på CpG-hypermutabilitet. CpG är känd som en av de viktigaste orsakerna till kodonsubstitution i däggdjursgener och används för att hänvisa till cytosin följt av guanin i Watson – Crick-paret av en cytosin och guanin. Den kodande sekvensen för CHRNA4 analyserades och de angränsande nukleotiderna beaktades för att skilja CpG-hypermutationer från icke-CpG-övergångar.

Resultat

Som visas i stamtavlan (figur 1) fanns det fem drabbade medlemmar och en skyldig transportör i den japanska familjen och nio drabbade medlemmar i den koreanska. Mutation i de två stamtavlen visade ett autosomalt dominerande läge med ofullständig penetrans. Alla de drabbade individerna hade en anfallssemiologi som överensstämde med frontal lobepilepsi och bar Ser284Leu-mutationen i CHRNA4 . Båda familjerna hade liknande kliniska manifestationer, och deras elektroencefalogramfynd överensstämde med ADNFLE. De hade korta motoriska anfall under sömn och inga auror rapporterades. De delade funktioner som läkemedelsresistens och mental retardering, vilket är ovanliga resultat i ADNFLE. Fortfarande var SNP-baserade haplotyper olika i varje familj (tabell 1b).

Ser280Phe och Ser284Leu uppvisade högre phyloP-poäng (5, 88 respektive 5, 80) än de andra nukleotiderna i CHRNA4 (medelvärde 0, 08). SIFT-poäng var mindre än 0, 05 (0, 00, vardera). CpG-dinukleotidsäten visas i figur 2. Nio CpG-dinukleotidsäten detekterades i den kodande sekvensen för CHRNA4 , tre av dem i det andra transmembrandomänet (M2). Bland de fyra CHRNA4- mutationerna är endast Ser284Leu-mutation associerad med ett hypermutbart ställe av CpG.

Diskussion

Alla CHRNA4- mutationer som hittills identifierats i ADNFLE har endast lokaliserats i M2-regionen, som har en av de viktigaste funktionella rollerna i den neuronala nikotinacetylkolinreceptorn. Denna receptor har en pentamerisk struktur som består av olika kombinationer av alfa- och beta-subenheter kodade av CHRNA4 och CHRNB2 . Den totala tertiära strukturen hos nikotinacetylkolinreceptorunderenheter är liknande; varje subenhet innefattar fyra segment (M1 till M4) av transmembrandomänet och N- och C-terminalerna på membranens extracellulära sida. M2 linjer den centrala poren i receptorn och bestämmer jonselektiviteten för receptorn. 26

Resultaten som här erhålls stöder inte hypotesen att Ser284Leu-mutationerna härstammade från en gemensam grundare. Associering till en CpG-webbplats står för den oberoende förekomsten av Ser284Leu-mutationen. De andra tre mutationerna är emellertid inte associerade med hypermutabla platser såsom homonukleotidkörningar, direkta och inverterade upprepningar och CpG-dinukleotidsäten. 27 Således förstås inte den repetitiva förekomsten av Ser280Phe.

För att förklara det måste vi ta hänsyn till ADNFLE-utveckling. En möjlig förklaring är att ADNFLE orsakas av mutationer på några funktionellt viktiga platser inom M2. 14 Tillsammans med S280F indikerar in vitro- expressionsstudier att alla CHRNA4-mutationer ökar receptorkänsligheten för acetylkolin, vilket tyder på förstärkning av funktionen. 28, 29 I våra resultat visade både S280F och S284L höga phyloP-poäng och låga SIFT-poäng, vilket indikerar att de drabbade nukleotiderna är mycket bevarade och att deras aminosyrasubstitutioner kommer att vara skadliga.

En annan förklaring är att sällsynta mutationer har starka fenotypiska effekter vid komplexa störningar. 30 En ny rapport avslöjade ett betydande överskott av sällsynta varianter i neurologiska störningar, vilket tillhandahöll en "sällsynt allel-viktig effektmodell" och antydde att de sällsynta varianterna eller de novo- mutationer i neurologiskt uttryckta gener är mer benägna att ackumuleras.

Detta är den första rapporten som jämför japanska och koreanska ADNFLE-familjers haplotypstruktur. Ytterligare funktionella studier kommer att krävas för att fastställa ADNFLEs patofysiologi.