Axiell spondylometaphyseal dysplasi orsakas också av nek1-mutationer | journal of human genetics

Axiell spondylometaphyseal dysplasi orsakas också av nek1-mutationer | journal of human genetics

Anonim

ämnen

  • Sjukdomgenetik
  • Genetikforskning

Abstrakt

Axial spondylometaphyseal dysplasi (axial SMD) är en unik form av SMD som kännetecknas av dysplasi av axiellt skelett och retinal dystrofi. Nyligen har C21orf2 identifierats som den första sjukdomsgenen för axiell SMD; emellertid är närvaron av genetisk heterogenitet känd. I denna studie identifierade vi NEK1 som den andra sjukdomsgenen för axiell SMD. Genom hel exome-sekvensering hos en patient med axiell SMD, identifierade vi förenade heterozygota mutationer av NEK1, c.3107C> G (p.S1036 *) och c.3830A> C (p.D1277A), som sam-segregerade i familjen . NEK1- mutationer har tidigare påträffats i tre typer av kortstark thoraxdystrofi, som inte har någon retinal dystrofi. Skelettfenotypen hos vår patient var mildare än i tidigare rapporterade fall med NEK1- mutationer och de med axiell SMD som innehöll C21orf2- mutationer. Fenotyper förknippade med NEK1- mutationer är varierande och fenotypen-genotypkorrelationen i skelettciliopatier är utmanande.

Huvudsaklig

Spondylometaphyseal dysplasi (SMD) är en grupp av genetiska skelettstörningar som visar onormal utveckling av ryggraden och metafyser i långa rörformade ben. 1 Axial SMD (MIM 602271) är en subtyp av SMD. De huvudsakliga kliniska egenskaperna hos axiell SMD inkluderar (1) mild postnatal tillväxtfel, (2) allvarlig bröstdeformitet och (3) nedsatt synskärpa med retinal dystrofi. 2, 3, 4 De radiologiska särdragen hos axiell SMD inkluderar (1) kupade och utskjutna främre ändar av revben, (2) lacy ilia och (3) metafyseal dysplasi av proximal femora med oregelbundna och enchondromliknande metafyser. 5

Nyligen identifierades C21orf2 som sjukdomsgenen för axiell SMD; emellertid hittades också bevis som tyder på genetisk heterogenitet hos axiell SMD. 5 I denna studie har vi identifierat NEK1 som den andra sjukdomsgenen för axiell SMD.

Studien godkändes av etikkommittéerna i RIKEN Center for Integrative Medical Sciences och Karolinska Institutet. Probandet var det andra barnet till ett icke-besvärligt kaukasiskt par. Familjens auxologidata presenteras i kompletterande tabell S1. Han ansågs vara frisk fram till 7 års ålder, då hans syn plötsligt försämrades. Han diagnostiserades med hypermetropi, astigmatism och neuroretinal degeneration. Elektroretinogram (ERG) vid 11 års ålder uppvisade svår retinal dystropi (figur 1a). Skelettdysplasi hittades vid en ålder av 8 år. Han hade en smal bröstkorg och hyperflexibla fingerled. Han hade inte kort statur, ansiktsavvikelser, klyvläpp och / eller gom och dysplasi i fingrarna. Skelettundersökning visade en smal och lång bröstkorg, mild platyspondyly med rundade ryggkroppar, underutvecklad nedre del av bäckenet, sklerotisk proximal femoral metafys och mild metafyseal breddning av den distala lårbenen och proximal tibia (figur 1b – f). Echokardiografi avslöjade mild brist på bicuspid- och tricuspidventiler. Laboratorietester inklusive lever- och njurbedömning var normala. På grundval av de kliniska och radiologiska skälen som nämnts ovan gjordes en diagnos av axiell SMD.

Patientens kliniska egenskaper. ( a ) Patientens elektroretinogram vid 11 års ålder. Stavarrespons, blandat stavkotte-svar, enkelkonrespons och 30 Hz flimmerkonrespons hos ett normalt subjekt (vänster) och patienten (höger). Patienten visade extremt minskad blandad stavkotterespons med icke-registrerbar stavrespons, svängande potentialer och konrespons, vilket indikerar en utbredd retinal degeneration. ( b - f ) Röntgenbilder av patienten vid 8 års ålder. ( b ) Bröst AP. Smal bröstkorg med korta revben. ( c ) Lateral ryggrad. Mild platyspondyly med avrundade, dorsally kil kotor. ( d ) Lägre ben AP. Mild metafyseal breddning av den proximala skenbenet. ( e ) Hip AP. Kort ilia med smala större ischiska hack och horisontella acetabula, milt platt huvudbens femorala epifyser och oregelbundna trabeculae i båda femorala halsar. ( f ) Hand AP. Mild förkortning av den 4: e och 5: e metakarpalen.

Bild i full storlek

Genomiskt DNA extraherades från perifert blod från patienten och hans familjemedlemmar (kompletterande figur S1A). Ursprungligen undersöktes de kodande exonerna och de omgivande introniska regionerna i C21orf2 genom Sanger-sekvensering såsom beskrivits tidigare, men ingen kandidatvariant hittades i C21orf2 . Sedan utfördes hel exome-sekvensering på patientens DNA som beskrivits tidigare. 5, 6 Sammanfattningen av sekvenseringsföreställningen finns i tilläggstabellen S2. Genom att använda autosomal recessiv modell och filtreringsstrategi som beskrivits tidigare, upptäckte vi två varianter i genen NEK1 . NEK1 (NM_001199397) består av 36 exoner och kodar för ett protein av 1286 aminosyror. Fyra andra skarvade isoformer med mindre ramförändringar (NM_012224, NM_001199398-400) är kända. De detekterade NEK1- mutationerna är c.3107C> G (p.S1036 *) i exon 31 och c.3830A> C (p.D1277A) i exon 35 respektive (numrerade enligt NM_001199397 och NP_001186326). Sanger-sekvensering av familjemedlemmar bekräftade exome-sekvenseringsresultaten och visade segregeringen av de två varianterna (kompletterande figur S1). Varianterna var mycket sällsynta i den allmänna populationen och förutses vara sjukdomar orsakade av SIFT 7, PolyPhen2 8 och MutationTaster 9 (kompletterande tabell S3).

NEK1 (OMIM: 604588) tillhör NIMA (aldrig i mitosgen a) -relaterad kinasfamilj, som är bevarad i evolution 9 och involverad i flera cellulära processer, inklusive mitos, DNA-reparation, mikrotubulär dynamik och ciliogenes. 10, 11 En nyligen siRNA-baserad funktionell genomikundersökning har avslöjat att NEK1 bildar en funktionell ciliogenesmodul tillsammans med C21orf2 och SPATA7. 12 C21orf2 är den kända sjukdomsframkallande genen hos axiell SMD. 5

För närvarande rapporterades 11 NEK1- mutationer relaterade till humana eller mus monogena fenotyper (tabell 1, figur 2). Tidigare NEK1- mutationer rapporterades i olika transkript i människa och mus. Vi förenade därför mänskliga NEK1- mutationer och mus- Nek1- mutation i Kat 2J med hänvisning till humant transkript NM_001199397 och NP_001186326 (hg19) med användning av NCBI BLAST och Clustal X version 2.0. 13 De NEK1- relaterade fenotyperna beskrevs enligt den senaste versionen av nosologi och klassificeringsguide för genetiska skelettstörningar. 1 Sju NEK1- mutationer rapporteras vid kortrepps thoraxdysplasi 6 (SRTD6; OMIM # 263520), en skelettsjukdom som är allvarligare än axiell SMD. SRTD6 kännetecknas av korta revben och lemmar, median spaltläpp, pre- och postaxial polysyndakty, könsorganiska avvikelser, anomalier av epiglottis och viscera, men har ingen retinal dystrofi. 14, 15, 16 En 3-årig patient som är en sammansatt heterozygot för NEK1- mutationer har en fenotyp som överlappar SRTD1 (OMIM% 208500) och kranioektodermal dysplasi 1 (OMIM # 218330 CED1), men också utan retinal dystrofi. 17 Två autosomala recessiva musstammar genererade för polycystisk njursjukdom (PKD), kat och kat 2J , har Nek1- mutationer. Förutom PKD-fenotypen innefattar skelettförändringar hos dessa möss endast minskad kroppsstorlek och onormal craniofacial morfologi. 18

Full storlek bord

Domänstruktur för NEK1-protein och distribution av mutationer. Aminosyrasekvensen för NEK1-protein hänvisar till NP_001186326. S_TKc: serin / treoninkinas-katalytisk domän. Grå låda: upprullad spolregion; svart låda: region med låg komplexitet. Punktlinjepil: skadliga mutationer (nonsensmutation, skarvmutation, infogning eller radering som orsakar ramskift); solid-line pil: missense-mutation. Mutationer som identifierats i den här studien är djärva. Skarvmutationer finns inom parentes och visas på DNA-nivå. En stor radering som beskrivs i musens PKD-modell ingår inte i denna siffra eftersom dess detaljerade position inte är tillgänglig.

Bild i full storlek

Den fenotypiska variationen kan förklaras med placering av mutationer på NEK1-proteinet. De flesta av de tidigare mutationerna finns i proteinets N-terminal, i eller nära serin / treoninkinas-katalytiska domänen i detta enzym (figur 2). De två mutationer som identifierats i denna studie var belägna i C-terminalen och har förmodligen mildare förändring av proteinstruktur och funktion.

Wheway et al. 12 föreslog att störning av SPATA7-C21orf2-interaktion bidrar till retinal fenotyp, medan störning av NEK1-C21orf2-interaktion bidrar till skelettfenotypen. Effekten av NEK1- mutationer i det visuella systemet har emellertid varit oigenkännlig eftersom alla drabbade patienter och musstammar drabbades av perinatal död på grund av thoraxhypoplasi. Här tillhandahåller vi det första beviset in vivo för att NEK1- mutation kan orsaka en näthinnofenotyp hos patienter med mild skelettdysplasi. Likheten mellan fenotypen som observerades hos denna patient med NEK1- mutationer och tidigare beskrivna patienter med C21orf2- mutationer gav ytterligare in vivo- bevis för den potentiella interaktionen mellan NEK1 och C21orf2.

Svårighetsgraden av skelettfenotyper i axiell SMD är varierande. 5 Det rapporterades att axiella SMD-patienter med samma bi- allelmutation C21orf2 visade bred fenotypförändring. 3, 5 Beträffande den radiografiska fenotypen hos axiell SMD är patienten vid den mildaste änden av fenotypspektrumet. I motsats till tidigare axiella SMD-fall, som visar måttlig till svår korthållning som manifesterades i tidig barndom, följde patientens höjd ungefär 1 SD sedan födseln. Våra resultat överensstämmer med känd fenotypförändlighet som är karakteristisk för skelettciliopatier. 19, 20

Kompletterande information

Powerpoint-filer

  1. 1.

    Kompletterande figur S1

Excel-filer

  1. 1.

    Kompletterande tabell S1

  2. 2.

    Kompletterande tabell S2

  3. 3.

    Kompletterande tabell S3

    Kompletterande information åtföljer uppsatsen på webbplatsen Journal of Human Genetics (//www.nature.com/jhg)