JMG | 基因PRKG2的变异导致骨骼表型异常
? ?時間：2021-11-15
? ?單位：英國NIHR生物醫(yī)學(xué)研究中心
? ?期刊：Journal of Medical Genetics (JMG, IF=6.311)
? ?題目：多變的骨骼表型與PRKG2雙等位基因變異相關(guān)
? ?鏈接：http://dx.doi.org/10.1136/jmedgenet-2021-108027
前 言
? ?十萬基因組計劃 (100KGP)是一項英國的國家倡議，目標(biāo)是使用全基因組測序 (WGS)來識別罕見遺傳疾病的致病原因，并將這項技術(shù)的使用嵌入到國民醫(yī)療保健?(National Health Service, NHS)制度中。利用這一資源的數(shù)據(jù)以及國際基因匹配工作 (International gene-matching efforts)，來自兩個獨立家系的4個人被鑒定出在PRKG2 (一種最近描述的骨骼發(fā)育不良基因)中存在純合移碼變異或終止 (Stop-gain)變異。
? ?PRKG2編碼環(huán)狀鳥苷依賴蛋白激酶II (Cyclic guanosine monophosphate dependent protein kinase II,?cGKII)，位于NPR-B/CNP下游。NPR-B由NPR2編碼，其雙等位基因變異導(dǎo)致Maroteaus型肢端發(fā)育不全?(Acromesomelic dysplasia, Maroteaus type, AMDM) (MIM編號 602875)。嚙齒動物模型也表明PRKG2與骨骼發(fā)育有關(guān)，并且cGKII缺乏癥是造成安格斯牛 (Angus cattle)的侏儒癥表型的原因。
? ?在這項研究中，作者通過英格蘭基因組學(xué)公司提供的LabKey應(yīng)用程序，使用來自100KGP的數(shù)據(jù)搜索了罕見的PRKG2雙等位基因變異。研究人員可以在線申請訪問 (www.genomicsengland.co.uk/join-a-gecip-domain)。最初的篩選基于1000G數(shù)據(jù)庫和內(nèi)部人群頻率信息，采用了1%的等位基因人群頻率閾值，并使用ACMG標(biāo)準(zhǔn)對變異進(jìn)行了分類。
結(jié) 果
? ?在家族1中，通過WGS和Sanger測序在3個患有椎體-骺端發(fā)育不良?(Spondylometaphyseal dysplasia,?SMD)的兄弟中發(fā)現(xiàn)了一個純合子致病突變PRKG2 (NM_006259.3：c.2282dup, p.Asp761Glufs*34)。有趣的是，F1-IV-6患者 (中度致病)也有I型成骨不全 (Type I osteogenesis imperfect, OI)。一項早期臨床外顯子組測序研究發(fā)現(xiàn)，在分子診斷的病例中，有4.6%的病例有一個以上的基因變異導(dǎo)致混雜?(Blended)表型。
家系1家系分析圖（雙線為近親婚配），箭頭先證者M(jìn)1/M1突變
? ?這樣的復(fù)雜病例預(yù)計在近親的家庭中更為常見，大范圍純合子區(qū)域 (ROHs)占基因組的很大比例；然而，對于F1-IV-6，OI的二次診斷是由于COL1A1移碼引起的，這是從頭開始出現(xiàn)的。這名兒童因兒童時期多發(fā)骨折 (嬰兒時手臂、8歲手腕和胸部T6楔形骨折)伴有藍(lán)色鞏膜而懷疑患有OI。當(dāng)然，同時存在的OI可能對這個個體的表型嚴(yán)重程度有影響，尤其是因為他的身高比他的兩個兄弟更低，OI (1型)是一種已知的導(dǎo)致身材矮小的原因。
家系1一代測序驗證
插入A堿基后發(fā)生移碼，且無法終止翻譯
? ?在家系2中，一個患有肢端發(fā)育不良的女孩的外顯子組測序顯示了一個純合子致病變異PRKG2c.1705C>T；(Arg569*)。將F2-V-3的基因組數(shù)據(jù)與之前發(fā)表的病例進(jìn)行比較，未能檢測到PRKG2基因座 (Locus)上共有的單倍型。c.1705 C>T的復(fù)發(fā)似乎更有可能是由于單獨的突變事件。
家系2家系分析圖，女孩M3/M3突變
家系2一代測序驗證，突變后翻譯異常終止
? ?這里描述的這兩種變異都非常罕見，gnomAD數(shù)據(jù)庫中沒有p.Asp761Glufs*34，而p.Arg569*為單基因。在這兩個家系中，致病變異都存在于較大的ROHs中。雖然p.Arg569*突變已經(jīng)被證明影響下游的MAPK途徑，但家系1中的p.Asp761Glufs*34很可能也是有害的，因為蛋白C末端Asp>Phe及33個氨基酸發(fā)生替換。在計算機(jī)建模中的研究突出了該區(qū)域的結(jié)構(gòu)重要性，特別是終末Phe762殘基。
cGKII (野生型: 綠松石色)的結(jié)構(gòu)，與突變體 (橙色，762突變且多出一段)
? ?為了從功能上證實新發(fā)現(xiàn)的p.Asp761Glufs*34變異的致病性，我們首先用Western blot分析了cGKII的表達(dá)。以先前鑒定的p.Arg569*突變作為陽性對照，在這兩個突變中，cGKII被檢測到的大小與預(yù)測的大小一致，盡管與野生型相比，cGKII的水平顯著降低?(≥80%)。接下來，我們通過分析p.Asp761Glufs*34突變體誘導(dǎo)Raf-1在Ser-43和ERK1/2磷酸化的能力，評估了它是否能夠抑制FGF2誘導(dǎo)的MAPK通路。結(jié)果顯示，p.Asp761Glufs*34突變體未能在Ser-43處磷酸化Raf-1，因此降低了FGF2誘導(dǎo)的ERK1/2磷酸化，這與p.Arg569*變體的結(jié)果相似。
PRKG2變異對cGKII蛋白水平/MAPK通路調(diào)控的影響
? ?本研究提供了兩個家系的詳細(xì)表型信息，并與兩個已發(fā)表的病例進(jìn)行了比較。F2-V-3的放射學(xué)發(fā)現(xiàn)與之前描述的“先證者1”的放射學(xué)發(fā)現(xiàn)非常相似，這并不令人驚訝，因為這兩個人都有相同的純合子p.Arg569*。相反，PRKG2家族1有一致的放射學(xué)表型，不同于先前報道的AMDP和AMDM。
兩個PRKG2變異家族的影像學(xué)表現(xiàn)
? ?本文報告的三兄弟 (F1-IV-3、IV-6和IV-7)除了個別F1-IV-7有輕微的腳趾縮短外，沒有肢端縮短 (Acromesomelic shortening)的證據(jù)。主要發(fā)現(xiàn)是頸椎病伴有椎體前突、股骨頸細(xì)長、干骺端不規(guī)則 (最明顯的是橈骨和尺骨)和橫紋(Striations)。其中一個兒童的遠(yuǎn)端指骨干骺端呈圓錐形，但是不顯著。綜上所述，家族1表現(xiàn)為以脊柱干骺端發(fā)育不良 (Spondylometaphyseal dysplasia)為特征的骨骼表型，而不是像AMDP和AMDM所預(yù)期的肢端發(fā)育不全。
F1- IV- 7的額外影像學(xué)表現(xiàn)
結(jié)?論
? ?綜上所述，本研究利用對100KGP數(shù)據(jù)的分析，確定了發(fā)生PRKG2基因功能變異 (雙等位基因缺失)的4個受影響個體。這些病例的表型范圍包括脊柱干骺端發(fā)育不良等。這里描述的患者是在100KGP范圍內(nèi)所有罕見疾病中僅有的具有嚴(yán)重的PRKG2雙等位基因變異的個體，且在人類中極其罕見。
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