Jurnal Internasional Sebuah studi klinis dan genetik onset dini dan parkinsonisme keluarga di taiwan: Sebuah pendekatan terpadu yang menggabungkan analisis dosis gen dan pengurutan generasi berikutnya – Lin – Gangguan Gerakan

Download Jurnal Disini

Analisis Genetik

Usia rata-rata saat onset pasien dengan parkinsonisme onset dini adalah 41,6 ± 6,4 tahun, dan 50,1% adalah laki-laki, sedangkan usia rata-rata saat onset proband dengan parkinsonisme keluarga adalah 54,4 ± 13,7 tahun, dan 53,3% adalah laki-laki. Dengan menggunakan sekuens penangkapan gen target, kami membahas 656 ekson dalam 40 gen yang mewakili wilayah pengkodean total 158.073 bp. Cakupan rata-rata adalah 143 kali lipat, dengan 92,3% dari sekuens memiliki cakupan lebih besar dari 30 kali lipat dan 89,1% lebih besar dari 50 kali lipat.

Parkin adalah gen bermutasi paling umum di 324 pasien dengan parkinson onset awal. . Dari 14 Parkin pembawa mutasi (4,3% pasien dengan parkinsonisme onset dini), 4 memiliki mutasi heterozigot majemuk, dan 10 memiliki mutasi heterozigot tunggal. Penghapusan ekson adalah jenis mutasi yang paling umum, terutama ekson 5 dan antara ekson 2 dan 3 (Gbr. 2 A). Enam pasien mengalami mutasi missense: 2 mengalami p. R396G, 1 memiliki p.Y267H, dan 3 memiliki mutasi p.C441R (Gbr. 2 A). 2627 Kami juga mengidentifikasi 7 pasien dengan heterozigot PINK1 mutasi (2,2% pasien dengan parkinson onset dini), termasuk 5 mutasi missense (2 dengan p.M341I, 28 1 dengan p.P209A, 1 dengan p.V350 L , 1 dengan p.L557P), dan 2 penghapusan ekson heterozigot; lihat Gambar 2 B. Novel PINK1 hal.V350 L dan hal.L557P mutasi tidak ditemukan dalam database 1517-exome dari Taiwan Biobank dan belum dijelaskan dalam database publik. Selain itu, 2 pasien dari keluarga konseling memiliki mutasi homozigot yang sama PLA2G6hal. 331Y (0,6% dari parkinsonisme awal-awal; Tambahan Gambar. 2 A), salah satunya adalah dilaporkan sebelumnya. 29 Satu pasien mengalami peningkatan ekspansi pengulangan trinukleotida CTA / CTG di S CA8 (86 pengulangan). Beberapa mutasi heterozigot novel telah diidentifikasi, termasuk 2 dengan FBXO7 substitusi, p.I87T dan p.D328R, 30 dengan p.A551V dalam SYNJ1dan lainnya adalah p.G394 V dalam gen DNAJC13. 2 pasien tambahan memiliki mutasi heterozigot GBA p.L444P. 31

 image
Penggambaran skematis dari (A) Parkin dan (B) struktur PINK1 dan mutasi terkait penyakit terkait, termasuk mutasi missense dan penghapusan eksonik. [Gambarwarnadapatdilihatdi wileyonlinelibrary.com]
                     

Dari 109 proband dengan pewarisan AR parkinsonisme, Parkin adalah gen termutasi yang paling umum. Dari 16 probe membawa Parkin mutasi (14,7%), 11 memiliki mutasi heterozigot atau homozigot majemuk, dan 5 memiliki mutasi heterozigot tunggal. Semua mutasi biallelic Parkin ditemukan bersegregasi dengan status penyakit dalam keluarga yang terkena dampak (Tambahan Gambar 1). Penghapusan ekson adalah mutasi yang paling umum pada gen Parkin dan ditemukan di 11 probe. Tiga dari 4 pembawa substitusi p.G284R dan semua pembawa mutasi p.C441R memiliki mutasi heterozigot majemuk dengan penghapusan ekson Parkin (Gbr. 2 A). Kami juga mengidentifikasi 3 probe membawa mutasi heterozigot PINK11 dengan mutasi p.N521H, 1 dengan penghapusan exon 8, dan yang lainnya dengan mutasi p.V350 L. Namun, anggota keluarga yang terkena dampak terkait dengan proband yang membawa PINK1 heterozigot penghapusan exon 8 telah meninggal; oleh karena itu, kami tidak dapat memeriksa pemisahan substitusi ini dalam keluarga ini. Kami juga mengidentifikasi proband yang memiliki mutasi heterozigot HTRA2 hal.P143A. 32 Sembilan probe (8,3%) memiliki mutasi heterozigot GBA p.L444P mutasi. 31

Tujuh belas dari 138 masalah dengan pola pewarisan AD parkinsonisme (12,3%) ditemukan membawa mutasi patogen pada gen penyebab parkinsonisme yang diketahui. Kami tidak menemukan mutasi LRRK2 hal.G2019S, yang merupakan mutasi paling lazim dalam populasi Barat, tetapi kami mengidentifikasi 4 probe dengan mutasi LRRK2 lainnya (2,9%): 1 memiliki p.I1371V mutasi, 3334 2 memiliki mutasi p.R1441H, 3536 dan lainnya memiliki mutasi p.I2012T (Gbr. 3 A). 21 Semua varian ini adalah mutasi patogen yang dikenal dan dipisahkan dengan fenotip parkinsonisme dalam keluarga. Pada protein LRRK2, substitusi p.I1371V dan p.R1441H keduanya pada domain Ras protein kompleks (ROC), dan p.I2012T berada pada domain kinase dari protein LRRK2 (Gbr. 3 B). Kami juga mengidentifikasi 2 probe (1,4%) yang membawa mutasi VPS351 dengan p.D620N 37 yang dilaporkan sebelumnya, 38 dan satu lagi dengan mutasi p.S679P (Tambahan Gbr. 2 C). Varian VPS35 hal.D620N dipisahkan dengan fenotip parkinsonisme dalam keluarga. Namun, ibu yang terpengaruh dari proband yang membawa VPS35 heterozigot hal.S679P telah meninggal; oleh karena itu, kami tidak dapat memeriksa pemisahan substitusi ini dalam keluarga ini. Novel yang berpotensi mutasi VPS35 p.S679P tidak ditemukan dalam database Taiwan Biobank. Meskipun ada 2 heterozigot keturunan Asia Timur yang dijelaskan dalam Database Agregasi Genome (gnomAD; http://gnomad.broadinstitute.org/ gnomAD), kami berspekulasi varian langka ini dapat menyebabkan penyakit dalam keluarga. Dua probe sebelumnya melaporkan mutasi MAPT: 1 membawa p.R5H, 39 dan yang lain memiliki mutasi p.R5C. 3739 [19659005] Dua mutasi heterozigot novel diidentifikasi: 1 adalah p.R1382H dalam gen DNAJC13dan yang lainnya adalah p.R457Q pada gen GIGYF2. The DNAJC13 hal.R1382H juga diidentifikasi dalam ayah yang terkena proband tetapi tidak ada di saudara yang tidak terpengaruh. Anggota keluarga yang terpengaruh dari proband yang memiliki GIGYF2 hal.R457Q telah meninggal; oleh karena itu, kami tidak dapat memeriksa pemisahan dalam keluarga. Mengingat bahwa penemuan varian GIGYF2 yang menyebabkan PD belum direplikasi, patogenisitas GIGYF2 hal.R457Q perlu studi lebih lanjut untuk dikonfirmasi. 2 pasien lain (1,4%) memiliki mutasi heterozigot GBA p.L444P. 31 Empat probe (2,9% keluarga) mengalami peningkatan jumlah pengulangan trinukleotida pada gen yang terkait dengan ataksia spinocerebellar (SCA) ). Tiga probe memiliki mutasi SCA3 (64, 64, dan 68 berulang), dan 1 mengalami peningkatan jumlah pengulangan dalam SCA17 (46 repeats). Akhirnya, 1 proband mengalami peningkatan ekspansi ulang heksanukleotida pada gen C9orf72 (52 pengulangan; Tambahan Gambar. 3 A, B). Ekspansi berulang yang abnormal C9orf72 disatukan dengan parkinsonisme atau fenotip neurodegeneratif lainnya, seperti demensia frontotemporal dan gangguan neuron motorik, dalam keluarga (Tambahan Gambar. 3 A).
            

 image
LRRK2 mutasi diidentifikasi dalam penelitian ini. (A) Silsilah dari 4 proband yang membawa mutasi LRRK2 anggota keluarga yang terpengaruh. diwakili dengan lingkaran hitam (perempuan) atau kotak (laki-laki). Panah menunjukkan proband. Urutan kromatogram Sanger ditunjukkan pada panel bawah setiap silsilah keluarga. (B) Penggambaran skematis struktur LRRK2 dan penyakit terkait ‐ Mutasi missense yang terhubung. [Sosokwarnadapatdilihatdi wileyonlinelibrary.com]
                     

Gen novel, mitokondria ubiquinol-sitokrom c reduktase protein inti I (UQCRC1MIM 191328), diidentifikasi oleh WES dalam keluarga dengan parkinsonisme onset autosom yang dominan dan parkinsonism dan polyneuropathy. WES dilakukan pada 3 anggota keluarga yang terkena dampak (Gbr. 4 A) dengan cakupan kedalaman 100 × baca menunjukkan 217 varian tidak identik dengan frekuensi alel kecil ≤ 0,0001 di gnomAD. Analisis komparatif lebih lanjut mengidentifikasi 3 varian heterozigot yang jarang dimiliki bersama di semua eksom yang menghasilkan pengganti pengkodean: UQCRC1 (c.941A> C, p.Y314S), CLCN6 (c.1663G> A , p.D555N), dan PTPRG (c.3141C> T, p.P808S). Semua varian yang berbeda dari urutan konsensus dijelaskan menggunakan paket ANNOVAR. Frekuensi varian dalam populasi juga dijelaskan menggunakan set data exnom gnomAD. Ketiga varian diprediksi berpotensi patogen berdasarkan program PolyPhen ‐ 2 dan SIFT. Hanya UQCRC1 hal.Y314S terkoordinasi dengan penyakit dalam keluarga dan tidak ada dalam database Taiwan Biobank (n = 1517 eksom) atau 1000 subyek kontrol (Gbr. 4 A, B ). Selain itu, gnomAD (n = 123.136 exome dan 15.496 sekuens genom keseluruhan) menunjukkan UQCRC1 hal.Y314S adalah varian novel, meskipun CLCN6 p.D555N dan PTPRG p.P808S ditemukan pada frekuensi alel yang cukup besar, masing-masing 2,4 × 10 -5 dan 4,1 × 10 -5masing-masing. Oleh karena itu, UQCRC1 hal.Y314S dipilih sebagai kandidat dalam keluarga indeks ini. Substitusi UQCRC1 hal.Y314S dilestarikan antar spesies (Gbr. 4 C). UQCRC1 adalah subunit dari kompleks rantai pernapasan mitokondria III 40 dan sangat diekspresikan dalam jaringan otak ( https://www.proteinatlas.org/ENSG00000010256-UQCRC1/tissue). Karena itu kami memilihnya sebagai gen kandidat penyakit. Untuk mengkarakterisasi dampak substitusi UQCRC1 hal.Y314S pada neuron dopaminergik manusia, kami membuat mutan UQCRC1 jalur pengetikan (KI) SH-SY5Y dengan teknologi CRISPR-Cas9. Analisis morfologi neurit menunjukkan bahwa sel-sel yang mengekspresikan substitusi UQCRC1 hal.Y314S menunjukkan neurit yang lebih pendek dibandingkan dengan neuron tipe-liar (WT) (kontrol SH-SY5Y, 80,1 ± 4,9 μm; UQCRC1 WT, 79,2 ± 5,4 μm; UQCRC1 hal.Y314S, 45,81 ± 4,3 m; Gbr. 4 D; statistik ditunjukkan pada Gambar. 4 E; 1 Analisis varian (19459100), P = 0,008 untuk UQCRC1 WT vs UQCRC1 hal.Y314S; jumlah sel yang dinilai dalam setiap genotipe adalah 56, 51, dan 48 masing-masing, masing-masing). Hasil ini menunjukkan bahwa protein UQCRC1 dengan variasi p.Y314S mengganggu morfogenesis neurit dan dapat menyebabkan degenerasi neurit. Karena UQCRC1 adalah subunit dari protein III kompleks pernafasan mitokondria, kami selanjutnya mengukur aktivitas rantai pernapasan individu pada neuron tipe liar dan UQCRC1 hal.Y314S neuron KI. Pengobatan dengan inhibitor kompleks pernapasan mitokondria individu menunjukkan bahwa UQCRC1 hal.Y314S ekspresi tidak mempengaruhi aktivitas kompleks I, II, atau IV mitokondria, tetapi secara signifikan mengurangi aktivitas III kompleks (WT vs UQCRC1 p.Y314S, 5,87% ± 0,23% vs 3,92% ± 0,41%; ANOVA 1-arah, P = 0,01; Gambar. 4 F). Ini menunjukkan bahwa UQCRC1 hal.Y314S mengganggu aktivitas rantai pernapasan III kompleks mitokondria dalam neuron. Penelitian lebih lanjut termasuk lebih banyak keluarga dan uji fungsional in vivo diperlukan untuk mendukung patogenisitas UQCRC1 di PD.
            

 image
UQCRC1 mutasi dalam keluarga dengan PD multipleks dan pola pewarisan dominan-autosom. (A) Silsilah keluarga dengan UQCRC1 mutasi c.941A> C (p.Y314S) Simbol terbuka, simbol tidak terpengaruh, diisi, terpengaruh, simbol dengan garis diagonal, almarhum, berlian, jumlah total anak, jenis kelamin tidak diketahui; panah, proband. * Pasien yang seluruh eksom diurutkan. (B) Jejak sekuensing Sanger mengkonfirmasikan varian c.941A> C (p.Y314S) (RefSeq NM_003365.2). (C) Penyelarasan beberapa UQCRC1 ortolog menunjukkan konservasi p .Tyr314 residu lintas spesies. (D) Gambar mikroskopis cahaya menunjukkan morfologi neurit SH-SY5Y (Nikon Eclipse, 80i; perbesaran 10x) dengan genotipe yang berbeda. (E) Analisis kuantitatif rata-rata panjang neurit total untuk neuron dengan genotipe individu; n = 25 untuk setiap genotipe. Data mewakili rata-rata ± SEM. ** P P = 0,01, ANOVA 1 arah untuk UQCRC1 WT versus UQCRC1 hal.Y314S untuk aktivitas III kompleks. * P wileyonlinelibrary.com]
                     

Fenotipe Klinis

Deskripsi terperinci dari semua fitur fenotipik utama yang diamati pada pasien dengan mutasi dirangkum dalam Tabel 1.
            

Tabel 1.
            
Karakteristik klinis pasien dengan mutasi PD yang diketahui
               
ParkinPINK1PLA2G6LRRK2VPS35MAPTGBAC9orf72SCA [196590gous)] Heterozygous (n = 10)Homozygous (n = 2)Heterozygous (n = 9 Dari 4 Keluarga)Heterozygous (n = 3 Dari 2 Keluarga)Heterozygous (n = 4 Dari 2 Keluarga) Keluarga)Heterozygous (n = 13)Heterozygous (n = 2 Dari 1 Keluarga)(n = 5)

AAO (rata-rata ± SD)

28,6 ± 10,537,7 ± 5,928,0 ± 2,858,8 ± 2,944,5 ± 3,552,5 ± 10,652,3 ± 12,956. 5 ± 2.141. 8 ± 4,2
Laki-laki53,3%70,0%0%22,2%33,3%50%38,5%100%100% 80%
Gejala awal
Tremor46,3%60,0%

0%

33,3%33,3%25,0%53,8% [5319659064]

0%

0%

                              
                           

Perkembangan penyakitLambatLambatCepatVariabelLambatVariabelVariabelCepatCepat
Gejala terkait

Foot dystonia

Kecemasan

Depresi

NA

Depresi Kecemasan

Psikosis

FTD

Kecemasan

Psikosis

]

FTD

Depresi

Demensia

Demensia

MND

Ataxia

Dementia

Polineuropati

pada usia, saat gejala; SD, standar deviasi; NA, tidak berlaku; FTD, demensia frontotemporal; MND, gangguan neuron motorik.

  • Perkembangan penyakit cepat didefinisikan sebagai rata-rata tingkat perkembangan tahunan lebih dari 5 poin pada subskala motor dari Skala Penilaian Penyakit Parkinson Bersatu (UPDRS bagian III).
  • Pasien yang Datang Levodopa ‐ Responsive Parkinsonism Tanpa Fitur atipikal

    Semua pasien dengan mutasi pada PINK1FBXO7SYNJ1DNAJC13dan ] GIGYF2 disajikan dengan parkinsonisme levodopa responsif awal. Tidak ada yang melaporkan distonia kaki sebagai manifestasi awal. Mutasi with- SCA8 menunjukkan kelambatan dan kekakuan kaki kiri pada usia 38 tahun. Dia memiliki respons yang baik terhadap levodopa tetapi diperumit dengan dosis puncak dyskinesia setelah 4 tahun pengobatan. Fenotip klinis di antara 4 keluarga dengan LRRK2 mutasi heterogen. Usia rata-rata onset untuk pasien parkinsonisme levodopa-responsif dengan mutasi LRRK2 adalah 58,8 ± 2,9 tahun.
                   

    Pasien dengan Parkinsonisme Levodopa ‐ Responsive Dengan Dystonia

    Dystonia kaki adalah gejala umum dan kadang-kadang mendahului di antara pasien yang membawa mutasi homozigot atau majemuk Parkin mutasi (40%; Tabel ” 1 ]). Usia rata-rata onset untuk pasien dengan mutasi homozigot atau heterozigot majemuk Parkin adalah 28,6 ± 10,5 tahun.
                   

    Pasien dengan Parkinsonisme Levodopa yang Responsif dan Fitur Psikiatri

    Kecemasan dan depresi adalah gejala umum untuk pasien dengan mutasi pada gen Parkin dan PLA2G6 (Tabel 1). 41 Otak MRI memindai pasien yang memiliki homozigot PLA2G6 hal. Mutasi mutasi 321Y tidak mengungkapkan deposit besi abnormal di ganglia basal (Tambahan Gambar. 2 B). Dari LRRK2 pembawa mutasi, 1 proband dengan LRRK2 hal.R1441H mutasi memiliki gejala psikotik yang menonjol 6 tahun setelah timbulnya gejala motorik di bawah dosis levodopa 600 mg / hari.
                   

    Pasien dengan Parkinsonisme Levodopa ‐ Tidak Responsif dan FTD

    Parkinsonisme progresif cepat yang lambat dengan respons levodopa yang buruk diamati dalam proband dengan LRRK2 hal.1371 V mutasi, 2 masalah dengan ] MAPT mutasi, dan 1 proband dengan ekspansi berulang hexanucleotide di C9orf72.
                   

    Pasien dengan Gangguan Neuron Motorik dan Parkinsonisme dengan Respon Levodopa yang Buruk

    Proband dengan ekspansi ulangan heksanukleotida pada C9orf72 memiliki kelemahan kaki progresif dengan fasikulasi pada usia 58, dan sklerosis lateral amyotrophic terjadi. didiagnosis. Pasien kemudian mengembangkan fitur parkinsonisme sisi kiri dan gangguan kognisi dengan tes neuropsikologis yang menunjukkan varian perilaku demensia frontotemporal (FTD). Brain MRI menunjukkan atrofi asimetris pada lobus frontotemporal kanan, dan gambar Tc-99 m TRODAT mengungkapkan penurunan pengambilan putamen kanan (Tambahan Gambar. 3 C). Saudaranya juga mengalami mutasi C9orf72 dan mengembangkan FTD pada usia 55 tahun, diikuti oleh parkinsonisme progresif yang cepat, dan terbaring di tempat tidur dalam waktu 5 tahun.
                   

    Tags: