【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(jìn)行的基于序列變化的分子診斷手?jǐn)?。該病的其他英文表達(dá)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)失調(diào)是一種影響運(yùn)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(xì)運(yùn)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(dá)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(dá)，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(jī)會遺傳該病癥。
目前，ADCA-DN 無法治好，治療的重點(diǎn)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(jìn)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(jì)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(jì)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(xì)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?yàn)榘l(fā)作性睡病 - 猝倒癥是先進(jìn)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(jì)失調(diào)（46 歲）、外周感覺神經(jīng)?。?7 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(jìn)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(jìn)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(jì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)、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(jìn)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(diǎn)、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(dú)特性變異，而美國家系的兩個表親共有 30個體獨(dú)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(shí)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??？
四個具有常染色體顯性共濟(jì)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(xì)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(dá)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(xì)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(diǎn)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(jìn)一步證實(shí)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(jì)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(jì)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(xì)胞或浦肯野細(xì)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(dá)，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(xì)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(jì)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(xì)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(jìn)共濟(jì)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(xì)胞受體 α ( TCRA , MIM 186880) 多態(tài)性的次級關(guān)聯(lián)并獨(dú)立復(fù)制，表明hypocretin細(xì)胞失去自身免疫介導(dǎo)。基因解碼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(xì)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(jī)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(xì)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(xì)胞中高表達(dá)，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(xì)胞（通過 Foxp3 表達(dá)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(xì)胞可能導(dǎo)致自身免疫。
賊后，還值得注意的是，賊近的一項(xiàng)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(xiàng)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(xì)胞中P2YR11的表達(dá)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(xì)定位和測序?qū)⑿枰獏^(qū)域來探索這種可能性。或者，DNMT1調(diào)控元件也可能位于P2RY11基因座內(nèi)，因?yàn)榘琍PAN（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(jìn)化壓力的存在。賊顯著相關(guān)的 SNP 不僅與 P2RY11 表達(dá)降低相關(guān)，而且與白細(xì)胞中 DNMT1 表達(dá)降低相關(guān)。 DNMT1 的表達(dá)與 P2RY11 的表達(dá)相關(guān)，基因型對 DNMT1 表達(dá)的影響主要是由 CD4+ T 細(xì)胞中 DNMT1 的高表達(dá)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(xì)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(hù)程度概述。( 4 ) (淺綠色方框)。
(責(zé)任編輯：佳學(xué)基因)
