【佳學(xué)基因檢測】ADCA-DN綜合征基因解碼、基因檢測
遺傳病、罕見病基因解碼基因檢測導(dǎo)讀：
ADCA-DN綜合征基因檢測是對英文疾病名稱為ADCA-DN Syndrome的疾病所進行的基于序列變化的分子診斷手?jǐn)?。該病的其他英文表達方式還有：Autosomal Dominant Cerebellar Ataxia, Deafness and Narcolepsy、ADCADN、Autosomal Dominant Cerebellar Ataxia-Deafness-Narcolepsy Syndrome、Autosomal Dominant Cerebellar Ataxia, Deafness, and Narcolepsy、ADCA-DN Syndrome、 Autosomal Dominant Cerebellar Ataxia-Hearing Loss-Narcolepsy Syndrome、Ataxia, Cerebellar, Deafness, and Narcolepsy, Autosomal Dominant、ADCA-DN。因此，ADCA-DN綜合征基因檢測又以常染色體顯性小腦性共濟失調(diào)、耳聾和發(fā)作性睡病基因篩查、 ADCADN基因測主式、 常染色體顯性小腦性共濟失調(diào)-耳聾-發(fā)作性睡病綜合征遺傳性分析、 常染色體顯性小腦性共濟失調(diào)、耳聾和發(fā)作性睡病致病基因鑒定、 ADCA-DN綜合征遺傳性測試、 常染色體顯性遺傳性小腦性共濟失調(diào)-聽力損失-發(fā)作性睡病綜合征致病基因鑒定基因解碼、 共濟失調(diào)、小腦、耳聾和發(fā)作性睡病，常染色體顯性遺傳全基因測序分析、 ADCA-DN全外顯子測序檢查的形式出現(xiàn)。
常染色體顯性遺傳性小腦性共濟失調(diào)、耳聾和發(fā)作性睡病 (ADCA-DN) 是一種影響神經(jīng)系統(tǒng)的罕見遺傳病。 它的特征是三聯(lián)征，包括小腦性共濟失調(diào)、感音神經(jīng)性聽力損失和發(fā)作性睡病伴猝倒。
小腦性共濟失調(diào)是一種影響運動協(xié)調(diào)和平衡的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。 患有 ADCA-DN 的人會出現(xiàn)步態(tài)不穩(wěn)、精細運動任務(wù)困難和言語不清。 感音神經(jīng)性聽力損失通常始于兒童早期，并隨著時間的推移而發(fā)展，導(dǎo)致某些人有效失聰。 發(fā)作性睡病伴猝倒癥是一種睡眠障礙，會在情緒激動時引起肌肉無力或癱瘓的突然發(fā)作。
ADCA-DN 是由 DNMT1 基因突變引起的，該基因編碼一種參與 DNA 甲基化的酶，這是一種調(diào)節(jié)基因表達的過程。 DNMT1 的突變導(dǎo)致酶的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，從而破壞 DNA 甲基化和基因表達，導(dǎo)致 ADCA-DN 的癥狀。
ADCA-DN 以常染色體顯性遺傳模式遺傳，這意味著只需要一個突變基因拷貝即可發(fā)展該病癥。 父母患有 ADCA-DN 的人有 50% 的機會遺傳該病癥。
目前，ADCA-DN 無法治好，治療的重點是控制癥狀。 物理治療可以幫助解決步態(tài)和平衡問題，而助聽器可以改善聽力。 興奮劑和抗抑郁藥等藥物可以幫助控制發(fā)作性睡病伴猝倒癥。 還建議對受 ADCA-DN 影響的個人和家庭進行遺傳咨詢。
什么樣的人應(yīng)當(dāng)做ADCA-DN綜合征基因檢測基因解碼？
常染色體顯性遺傳性小腦性共濟失調(diào)、耳聾和發(fā)作性睡病 (ADCA-DN, MIM 604121) 是一種多態(tài)性病癥，于 1995 年新穎在瑞典譜系中描述，其中鑒定并研究了五個受影響的個體 。該疾病的特征是晚發(fā)（30-40 歲）發(fā)作性睡病-猝倒、感覺神經(jīng)性耳聾、小腦性共濟失調(diào)、癡呆，以及更為多變的精神病、視神經(jīng)萎縮和其他癥狀。腦脊液 (CSF) hypocretin-1 的研究表明其水平較低或檢測不到，這表明這些受試者發(fā)作性睡病的原因是產(chǎn)生 hypocretin 的細胞缺失。
佳學(xué)基因檢測收集另外三個病例：(i) 來自美國的大型多代常染色體顯性遺傳家系，有 13 名受影響的個體，其中 6 名活著；(ii) 該病在一名 50 歲的意大利患者中偶發(fā)，其父母未受影響，表明存在新發(fā)突變；(iii) 具有 4 個已知受影響且具有相似病程的多重意大利血統(tǒng)。意大利的零星病例值得注意，因為發(fā)作性睡病 - 猝倒癥是先進個癥狀（42 歲），其次是聽力喪失、記憶問題和抑郁癥（43 歲）、下肢淋巴水腫（45 歲）、小腦性共濟失調(diào)（46 歲）、外周感覺神經(jīng)病（47 歲）和視神經(jīng)萎縮（55 歲）。CSF hypocretin-1 水平較低（表 1個)，CSF tau 蛋白高（614 pg/ml，正常值 141 ± 127 pg/ml），而 14-3-3 水平正常。多次睡眠潛伏期測試 (MSLT) 也呈陽性。與原始瑞典譜系 ( 1 ) 的某些成員一樣，HLA-DQB1*06:02 在兩個新的意大利譜系中均為陰性，除了一個受影響的美國親屬外。在所有這些病例中，發(fā)作性睡病 - 猝倒是一種早期癥狀，盡管發(fā)病年齡和癥狀發(fā)生率存在差異，正如瑞典家庭所報告的那樣 (1) （見表 1個有關(guān)先證者的代表性數(shù)據(jù)，包括可用時的 CSF hypocretin-1 水平）。為了確定 ADCA-DN 的病因，基因解碼基因檢測對三個家系的五個受影響成員進行了外顯子組測序。在確定DNMT1導(dǎo)致該疾病后，還在所有四個親屬的所有可用樣本中對DNMT1基因進行了測序。
表1：佳學(xué)基因ADCA-DN 綜合征病例介紹
| 表型 | 病例1 | 病例2 | 病例3 | 病例4 |
|---|---|---|---|---|
| 突變 | Ala570Val | Ala570Val | Gly605Ala | Val606Phe |
| 性別 | 男 | 男 | 男 | 男 |
| 年齡 | 57 | 58 | 47 | 56歲（已故） |
| 白天過度嗜睡 | 42 | 35 | 43 | 18 |
| 猝倒發(fā)作 | 42 | 44 | 43 | 32 |
| 睡眠麻痹 | 無 | 無 | 無 | 有 |
| 入睡幻覺 | 無 | 無 | 有 | 有 |
| REM睡眠行為障礙 | 有 | 有 | 有 | 有 |
| MSLT（SL、SOREMP） | 5, 5 (47歲) | 2, 4 (45歲) | 10 歲，4 歲（47 歲） | 11 歲，3 歲（29 歲） |
| 小腦性共濟失調(diào) | 46 | 48歲 | 47 | 37 |
| 聽力障礙 | 43 | 48歲 | 43個 | 32 |
| 記憶力減退和抑郁 | 43 | 52 | 沒有 | 是的 |
| 四肢淋巴水腫 | 45 | 沒有 | 47 | 沒有 |
| 感覺神經(jīng)病 | 47 | 55 | 47 | 49 |
| 視神經(jīng)萎縮 | 55 | 57 | 47 | 38 |
| II型糖尿病 | 沒有 | 38 | 沒有 | 47 |
| 失智 | 沒有 | 54 | 沒有 | 52 |
| 精神病 | 55 | 52 | 沒有 | 47 |
| Hypocretin-1 (pg/ml) | 123 | NA | 93 | 62 |
| HLA-DQB1*06:02 | 陰性 | 陰性 | 陰性 | 陰性 |
ADCA-DN綜合征基因檢測結(jié)果
外顯子組捕獲和測序是在散發(fā)的意大利病例加上他未受影響的父母，以及來自瑞典和美國的兩個由多個成員組成的家系進行的。每個家系中有兩個患者。對于每個樣本，在 HiSeq 2000 系統(tǒng)上對流通池的 0.33 條泳道進行測序，平均每個樣本生成 8.77 Gb 的序列。96.5% 的基因序列可以定位參考基因組 (hg19)，平均 80.2% 基因測序序列定位到外顯子組基因編碼序列。平均讀取深度為 108，其中 88% 至 91.5% 的目標(biāo)區(qū)域至少覆蓋了 20 次。使用 Burrows-Wheeler 比對 (BWA) (v 0.5.9) 進行讀取比對并使用 SAMtools 通過基因解碼分析流程識別單核苷酸錯義、無義、剪接位點、終止和移碼變異以及小的插入和缺失 (indel) (v 0.1.7)，從而獲得受檢者的基因突變列表?；蚪獯a對這些變異進行過濾、篩選，以排除 dbSNP-132中平均雜合性大于 0.02基因突變位點、來自其他無關(guān)疾病患者的 507 個對照外顯子組和 1000 基因組數(shù)據(jù)（2011 年 5 月發(fā)布）中的變異。
使用這種策略，基因解碼發(fā)現(xiàn)瑞典家庭的兩個同為患者的兄弟姐妹共有 77 個個人獨特性變異，而美國家系的兩個表親共有 30個體獨特性變異 個。在意大利先證者中，致病基因鑒定基因解碼確定了兩個被確定為從頭發(fā)生的錯義變異。在所有五個患者中，共同發(fā)生的突變只有一個基因DNMT1 (MIM 126375) 。該基因突變在意大利病例中是新發(fā)突變。Sanger測序證實了de novo意大利病例中的突變 p.Ala570Val (RefSeq NM_001130823.1: c.1709G>A)， 在自瑞典家譜的四個可用的患者的數(shù)據(jù)中的p.Val606Phe (NM_001130823.1: c.1816C>A)突變，以及來自美國家系的兩個可用病例樣本中的 p.Ala570Val (NM_001130823.1: c.1709G>A)，都與疾病的發(fā)生存在共分離現(xiàn)象。
完成外顯子組測序后，確定了一個額外的 ADCA-DN 家族，其中有四個已知的患者（圖 1）。先證者DNMT1外顯子 21 的 Sanger 測序在DNMT1的同一區(qū)域鑒定出第三個突變 p.Gly605Ala (RefSeq NM_001130823.1: c.1814C>G) 。有趣的是，所有三個突變都位于DNMT1蛋白內(nèi)非常接近的空間位置（圖 1）。使用 PolyPhen2 和 SIFT 評估了這些蛋白質(zhì)變體的功能后果（所有突變都改變了在所有已檢查的物種中的氨基酸），并且基因突變經(jīng)過基因解碼預(yù)測為具有破壞性。這些結(jié)果確定DNMT1為ADCA-DN 的致病基因。
ADCA-DN基因檢測為什么可以避免后代及后胎再次患病？
四個具有常染色體顯性共濟失調(diào)、耳聾和嗜睡癥 (ADCA-DN) 的親屬中的DNMT1突變。( A ) 美國病例。( B ) Melberg等人先前報道的瑞典病例。( C ) 具有從頭突變的意大利家系。( D ) 第二個意大利家系病例。對于致病基因鑒定基因解碼測試基因組 DNA 序列突變的每個受試者的氨基酸變化，無論是全外顯子組測序或 Sanger 測序。每個受試者在研究時的年齡，或死亡年齡，都標(biāo)在每個符號旁邊。黑色符號表示是患者，白色表示在研究時未受影響。星號表示僅患有發(fā)作性睡病的受檢者，如嗜睡和 MSLT 陽性以及三個入睡 REM 期所證明的那樣。有關(guān)各種癥狀的表型和典型發(fā)病年齡的詳細信息，請參閱表 1.
ADCA-DN綜合征的致病基因鑒定基因解碼：靶向定位基因檢測的科學(xué)依據(jù)
根據(jù)《人體基因序列變化及其疾病表征》，DNMT1是一種在人體內(nèi)各種組織廣泛表達的 DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶，在發(fā)育過程中維持甲基化模式，并通過直接結(jié)合HDAC2 (MIM 605164)來介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄抑制。優(yōu)先底物是半甲基化的 CpG 島，表明酶活性對于抑制各種有絲分裂后細胞的轉(zhuǎn)錄活性至關(guān)重要。
佳學(xué)基因病案集中的三個突變位于蛋白質(zhì)的外顯子 21 中，突變改變在所有脊椎動物中高度保守的氨基酸（圖 2）。 根據(jù)《人體組成蛋白的結(jié)構(gòu)功能與基序列的相關(guān)性》，對于先前發(fā)表的遺傳性感覺和自主神經(jīng)病 I 型 HSAN1 突變，突變位于復(fù)制點靶向序列結(jié)構(gòu)域 (RFTS)，位于蛋白質(zhì)的 N 末端區(qū)域內(nèi)。值得注意的是，該突變兩側(cè)是 p.Asp564，一種對 RTFS 結(jié)構(gòu)域與催化結(jié)構(gòu)域相互作用至關(guān)重要的氨基酸，以及一系列不可或缺的三種苯丙氨酸（RTFS-CXXC 接頭中的 Phe644、Phe647、Phe648）縮小 DNA 結(jié)合口袋的入口并將 RTFS 結(jié)構(gòu)域錨定到 DNA 結(jié)合口袋 。值得注意的是，晶體結(jié)構(gòu)表明野生型 p.Gly605、p.Val606 和 p.Ala570 在覆蓋蛋白質(zhì) DNA 結(jié)合溝的鉸鏈中在空間上相互面對（圖 2）。因此，該病例的突變很可能會影響 DNA 結(jié)合識別或與DNMT1 – HDAC2復(fù)合物中其他蛋白質(zhì)的相互作用，從而在某些情況下造成 CpG 甲基化不足和基因沉默。
進一步證實該突變的致病性還來自賊近發(fā)表的一個基因解碼研究，研究稱其他DNMT1突變（p.Asp490Glu、p.Pro491Tyr、p.Tyr495Cys）均位于DNMT1外顯子 20的不同區(qū)域（圖 2）。導(dǎo)致遺傳性感覺喪失并伴有癡呆和聽力喪失 ( HSAN1 , MIM 614116)。在 HSAN1 中，感覺神經(jīng)病和耳聾是賊先出現(xiàn)的癥狀，隨后僅在部分病例中出現(xiàn)伴有小腦性共濟失調(diào)的癡呆。嗜睡癥在 HSAN1 中沒有報告，盡管它可能是一個容易被的一個更輕微的癥狀。在 ADCA-DN 病例中，雖然遺傳性感覺喪失是一種臨床表現(xiàn)，但它是一種在病程后期出現(xiàn)的次要特征，首先表現(xiàn)為發(fā)作性睡病，然后是猝倒和耳聾，隨后很快出現(xiàn)共濟失調(diào)（表1).
DNMT1內(nèi)的不同突變?nèi)绾萎a(chǎn)生不同的遲發(fā)表型，并優(yōu)先靶向選定的群體神經(jīng)元，如hypocretin細胞或浦肯野細胞？一種可能是DNMT1通過 CpG 甲基化引起的基因沉默抵消了某些基因的過度表達，導(dǎo)致中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)的某些神經(jīng)元隨著衰老而發(fā)生不需要的細胞聚集體的積累。這是患者腦脊液中為什么會出現(xiàn)tau 蛋白水平升高和癡呆癥。關(guān)于共濟失調(diào)，佳學(xué)基因解碼的研究表明，減數(shù)分裂期間DNMT1活性的喪失會增加SCA1 (MIM 164400)中的 CAG 重復(fù)的增加。佳學(xué)基因病案集中病例經(jīng)過了典型測試SCA1、2、3、…6（MIM 146600、183090、109150 和 183086）重復(fù)（數(shù)據(jù)未顯示）并發(fā)現(xiàn)基體重復(fù)數(shù)正常。在小腦發(fā)育過程中，重復(fù)數(shù)增加仍可能發(fā)生在體細胞水平，或者通過重復(fù)附近的甲基化抑制SCA基因可能會促進共濟失調(diào)蛋白聚集。
在個別病例中，發(fā)作性睡病/hypocretin缺乏癥是一種與 HLA-DQB1*06:02 (∼99%) 密切相關(guān)的散發(fā)性疾病。還發(fā)現(xiàn)了與 T 細胞受體 α ( TCRA , MIM 186880) 多態(tài)性的次級關(guān)聯(lián)并獨立復(fù)制，表明hypocretin細胞失去自身免疫介導(dǎo)?；蚪獯a的研究還表明冬季上呼吸道感染或 H1N1 疫苗接種是關(guān)鍵的環(huán)境觸發(fā)因素)。在 ADCA-DN 中，一種可能是hypocretin細胞異常容易受到DNMT1缺失引起的神經(jīng)變性的影響以及由此產(chǎn)生的 DNA 低甲基化。在這種情況下，該機制不會是自身免疫的。另一種解釋可能涉及DNMT1和 DNA 甲基化在 ADCA-DN 家族自身免疫反應(yīng)背景下調(diào)節(jié)各種免疫細胞群的作用，盡管在這種情況下它可能發(fā)生在沒有 DQB1*06:02 的情況下，這與散發(fā)病例不同。眾所周知，患有HSAN1的人更容易受到感染，盡管佳學(xué)基因的所收集的這幾個病例并非如此。此外，DNMT1在免疫細胞中高表達，低甲基化已被證明與狼瘡等其他自身免疫性疾病有關(guān)。賊后，DNMT1是 CD4+ 在 TCR 刺激下分化為 T 調(diào)節(jié)細胞（通過 Foxp3 表達的去抑制）所必需的。缺乏對hypocretin神經(jīng)元具有特異性的 CD4+ 調(diào)節(jié)性 T 細胞可能導(dǎo)致自身免疫。
賊后，還值得注意的是，賊近的一項全基因組關(guān)聯(lián)研究在散發(fā)病例的P2RY11 (MIM 602697) 基因座中發(fā)現(xiàn)了發(fā)作性睡病相關(guān)多態(tài)性，該基因位于 (20-100 kb) DNMT1附近。在這項基因解碼中，關(guān)聯(lián)度賊高的 SNP rs2305795 位于P2RY11基因座內(nèi)，與白細胞中P2YR11的表達降低有關(guān)。這種先前報道的關(guān)聯(lián)可能是未檢測到的與位于DNMT1基因座內(nèi)的多態(tài)性的連鎖不平衡的結(jié)果。P2RY11 - DNMT1的額外精細定位和測序?qū)⑿枰獏^(qū)域來探索這種可能性?；蛘撸珼NMT1調(diào)控元件也可能位于P2RY11基因座內(nèi)，因為包含PPAN（MIM 607793）、P2RY11、EIF3S4（MIM 603913）和DNMT1的同線區(qū)域在脊椎動物中是保守的，表明進化壓力的存在。賊顯著相關(guān)的 SNP 不僅與 P2RY11 表達降低相關(guān)，而且與白細胞中 DNMT1 表達降低相關(guān)。 DNMT1 的表達與 P2RY11 的表達相關(guān)，基因型對 DNMT1 表達的影響主要是由 CD4+ T 細胞中 DNMT1 的高表達驅(qū)動的。 因此，繼發(fā)于 P2RY11 遺傳關(guān)聯(lián)的 DNMT1 活性降低可能導(dǎo)致偽君子細胞的脆弱性增加，即使在散發(fā)性 HLA-DQB1 * 06:02 相關(guān)病例中也是如此。
ADCA-DN綜合征的致病基因之一的結(jié)構(gòu)功能解析：基因解碼基因檢測的物質(zhì)基礎(chǔ)
圖 2：( A ) 小鼠DNMT1的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)（PDB 登錄號 3AV5，使用 Jmol_S 生成的圖像）??和 RFTS 域中新發(fā)現(xiàn)的氨基酸取代（橙色箭頭）的位置。還顯示了 Klein等人報告的氨基酸變化的位置。( 4 )，在蛋白質(zhì)的 TS 結(jié)構(gòu)域中（淺綠色箭頭）。顯示的底物是S -腺苷-l-同型半胱氨酸。( B ) 包含三個新突變（橙色框）和之前由 Klein等人報告的兩個突變的區(qū)域的保護程度概述。( 4 ) (淺綠色方框)。
(責(zé)任編輯：佳學(xué)基因)
