全基因组测序的肢皮炎Enteropathica家庭来自中东

文摘

我们报告一个家庭从武装力量,沙特阿拉伯,先前筛查肢皮炎Enteropathica (AE),在这两个兄弟姐妹了肢端的皮炎的典型特征和脓疱的喷发,但不同的严重程度。影响我们的家人携带一种罕见的基因变异,p。Gly512Trp SLC39A4基因编码产生一个锌转运体;疾病被认为是由于缺锌。之前类似的突变已报告;但是,变量内严重情况下的p。Gly512Trp变体和AE总让我们假设,额外的基因修饰符可能导致疾病的表型。因此进行全基因组测序在五个家庭成员,为谁材料可用AE寻找额外的修饰词;这包括一个个体与临床诊断AE。我们确认了p。Gly512Trp change in SLC39A4 was the only candidate homozygous change which was sufficiently rare (ExAC allele frequency 1.178e-05) and predicted deleterious (CADD score 35) to be attributable as a fully penetrant cause of AE. To identify other genes which may carry relevant genetic variation, we reviewed the relevant literature and databases including Gene Ontology Consortium, GeneMANIA, GeneCards, and MalaCards to identify zinc transporter genes and possible interacting partners. The affected individual carried variants in RECQL4 and GPAA1 genes with ExAC allele frequency <0.01 and CADD score >10. p.Gly512Trp is highly likely to be the pathogenic variant in this family. This variant was previously detected in a Tunisian proband with perfect genotype-phenotype segregation suggestive of pathogenicity. Further research is required in this area due to small sample size, but attention should be given toRECQL4和GPAA1理解他们的角色在皮肤疾病。

1。介绍

肢皮炎Enteropathica (AE)是一种罕见的遗传性代谢疾病,影响锌的吸收和继承是常见的常染色体隐性模式(1]。继承的情况下的频率估计1:500,000患者没有明显的相关性在种族或性别2]。AE的表现包括脱发、腹泻、皮炎,生长迟缓,行为改变。尽管AE归因于完全渗透SLC39A4基因纯合突变,严重程度变量即使在个人家庭(3]表明额外的基因修饰符可能起到了重要的作用。

测量血浆锌是识别患者AE的常见方法,并降低水平< 60 ug / dL在病人B03和B06指出在最初的研究中,与典型的AE症状相关。然而,锌测试的局限性凸显了Garza-Rodriguez et al。(2015)4]报告一例少见的AE呈现SLC39A4的小说有两个错义突变基因与periorificial和肢端的皮炎只有和正常血浆水平的锌。

家庭在这项研究之前筛选和分析Abu-Duhier et al . 20173)确定致病突变。在这个分析DNA样本来自11个人被聚合酶链反应扩增和桑格测序。这都由父母和兄弟姐妹包括受影响的个人与各自的合作伙伴。纯合子的交替在8号染色体等位基因位置145638714被发现的基因SLC39A4(溶质载体39成员4)锌转运体。这种突变是目前只在两个影响成员B03和AE表型(图B06呈现1)。中性的突变引起了改变脂肪族氨基酸甘氨酸高度疏水性芳香色氨酸,与基因型c。1534 g > T p.Gly512Trp位置。尽管有强有力的证据表明,这种突变的原因是AE在这个家庭,严重性是变量表明可能存在其他修饰符。此外,由于测序仅限于少量的基因,有可能替代锌转运体基因纯合子致病性变化可能已经错过了。其他人已经报道了p。Gly512Trp改变患者AE (1),但遗传修饰词之前未被检查的作用。

详尽定义AE的遗传基础在我们的病人,整个基因组可用的家庭成员已被评估。在这项研究中,我们旨在确定致病性和相关修饰基因家族AE。这一次的渊源者B03,父母A01 A02,影响家庭成员AB01和AB02被全基因组测序研究。两个额外的家庭成员被利用为人口控制,以消除共享,但nonrelevant等位基因。

2。材料和方法

伦理批准了武装力量大学和谢菲尔德大学和书面知情同意了使用基因数据为研究目的。血液样本可以从5家人遗传AE和最初测序(如上所述),其次是全基因组测序。个人研究B03受影响的孩子,他的父母A01 A02,和两个不相关的家庭成员AB01和AB02包括作为个体从相同的人口背景(图1)。两道三HiSeq 2500快速运行用于多路复用和五个样本序列。生产fastq文件,1.8.4 bcl2fastq版本使用适配器削减进一步修改的接受一个不匹配指数序列。BWA ALN版本0.7.5a用于地图读取人类参考基因组hg19通过车道。皮卡德1.101版是用来标记重复读取之后,调整InDels使用GATK 5-gba531bd 2.6版本。皮卡德被用来合并lane-level bam文件,附加标记的重复和调整InDels在完整的bam文件。GATK HaplotypeCaller被用来调用变体。最小要求质量接受1,允许10替代单。GATK进一步用来计算覆盖率统计数据。

变体调用文件的五人自动注释使用wANNOVAR提供信息包括基因组注释,变体中观察到的频率控制,CADD分数。“R”软件被用来分析带注释的变体。综述了相关文献,财团数据用于识别所有包括SLC39A4锌转运蛋白基因。锌运输基因的变异的其实地区被ExAC频率过滤,CADD分数使用“R”来识别罕见,预测有害变异纯合子形式(见少量材料)。ExAC频率< 0.01,CADD得分> 10是用来显示一个有害的变异。(ExAC等位基因频率的相对频率显示基因位点的等位基因在人群中(5];CADD得分帮助测量水平的毒性的基因变异,值为10定义了变量在10%的有害变异在人类基因组中)。分析重复在其他测序个体是否有毒的变异存在于不相关的亲戚(联系)。

扩展分析锌转运体基因之外,GeneMANIA SLC39A4用来识别基因相互作用。互动合作伙伴筛选潜在的罕见有害变异虽然纯合性要求放松包括杂合变异体。

3所示。结果

3.1。只有纯合子的p。Gly512Trp SLC39A4变体非常罕见的和有害的导致AE血统

所确定的有害SLC39A4变体p。Gly512Trp (ExAC频率为1.178 e-05和CADD得分35)B03纯合子(表中是存在的1)。正如所预期的那样相同的p。Gly512Trp变化被发现存在于一个杂合的形式在父母,A01 A02,但没有发现在亲戚的影响。其余SLC39A4和所有其他筛选确定变异的锌运输基因证明CADD分数低或高ExAC频率暗示一个良性的或不确定的意义(少量的材料2)。

3.2。筛选SLC39A4互动合作伙伴发现罕见的有害的变异在候选基因修饰符

病人B03遭受特别严重形式的AE,因此是一个很好的候选人确定额外的AE有害基因修饰符。确定候选基因是已知与SLC39A4交互,我们使用GeneMANIA (https://genemania.org)来识别相关的蛋白质相互作用,coexpressed基因,并根据转录基因的相关功能和表型筛选资料。所使用的数据库的交互GeneMANIA包括BioGRID和途径,包括主要研究。数据库GeneCards和MalaCards被用来获取信息识别基因(少量材料3)。相互作用的基因筛查罕见的有害的变异可能负面影响的函数SLC39A4因此AE表型在我们的病人。与特定的关注其实区域的基因和产生的突变,“R”分析演示了两个基因,可接受ExAC等位基因频率和CADD评分范围内(< 0.01 > 10):GPAA1 RECQL4,暗示与SLC39A4显著交互开发B03疾病表型。

4所示。讨论

AE似乎主要发生在法国和突尼斯。p。Gly512Trp变异之前确定在一个突尼斯的家庭(1]。所有发表的人类SLC39A4基因的突变已经整理(表2)。在大多数情况下,致病性变异出现在AE的纯合子或复合杂合的状态。家庭识别与AE在许多国家已被证明在SLC39A4携带超过30种不同的基因突变,包括删除、胡说,错义和剪切位点的改变6]。施密特et al。1]报道突变包括p。Gly512Trp和p。549delLeu affecting amino acids that were highly conserved between a number of species. Variants p.Gly512Trp and p.549delLeu were detected in homozygous state in Tunisian and Swedish probands, respectively, and the toxic mutation was not identified in any of 164 control chromosomes from North Africa included in their study. Moreover, there was perfect segregation between the genotype and phenotype in the pedigree suggesting a high likelihood for AE to be associated with SLC39A4 gene. As previously described by Abu-Duhier et al. [3),突变是位于一个假定的跨膜域和可能改变锌吸收减少SLC39A4转录/翻译。杂合的个体倾向于无症状携带者而不是显化疾病表型(7]。AE整体的一个重要特性,特别是我们的家庭甚至是可变的表型个体间具有相同遗传改变SLC39A4 [3]。预计AE表型可以依赖修饰基因或一个未知的假定的AE基因。因此我们有额外的基因筛查SLC39A4函数修饰符在一个人与一个特别严重的AE表型(3]。

我们的数据表明,p。Gly512Trp变化的可能原因是疾病在我们家,因为它是唯一的纯合子,罕见,并预测在锌转运体基因存在有害的变化在影响患者和没有(或杂合的)家庭成员的影响。此外我们确定了两个罕见和预测有害基因变异在SLC39A4互动合作伙伴可能影响特别严重的发展AE表型在我们的病人:RECQL4和GPAA1(表4)。有趣的是Nistor et al。8)报道,完成临床三合会的特性在AE只是记录在20%的患者中,质疑如果只有一个基因负责和修饰基因可能参与变量的临床特点。RECQL4基因的突变患者有几个AE特征相似;例如,伯恩斯坦et al。9]报道RECQ障碍:布鲁姆综合症,一种罕见的常染色体隐性条件,提出与精神发育迟滞,免疫缺陷,男性不育,增加癌症的机会。类似的特征与AE发生在一些患者,免疫缺陷的形式,精神发育迟滞和不孕。此外,曼et al。10)确定独特的皮肤异常突变RECQL4小鼠模型。虽然GPAA1已知基因表达在皮肤(表3迄今已被确认的),没有障碍,直接影响了GPAA1基因突变,尽管罕见的病例中,GPAA1基因扩增和RNA和蛋白质超表达发生在肝细胞癌(11]。需要进一步的研究来探索一个假定的GPAA1和RECQL4突变和AE之间的联系。

我们的数据支持致病性的p。SLC39A4 Gly512Trp变化,除了我们已经识别出潜在的有害的变异在SLC39A4互动合作伙伴可能是重要的疾病发病机理和潜在的治疗靶点。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

伦理批准

这个工作符合道德标准。这项研究是通过武装力量大学和谢菲尔德大学的伦理委员会。

同意

参与者把他们的同意后,他们收到口头和书面解释包括患者信息。每个人单独签署了同意。

信息披露

费萨尔Abu-Duhier是应用医学科学学院院长;安德鲁信使和安德鲁·麦多纳顾问谢菲尔德教学医院皮肤科医生;优素福Bakri生物学部门的负责人,学院科学、拉巴特;和Vivetha Pooranachandran保罗•希思Johnathon Cooper-Knock,和Rachid Tazi-Ahnini在谢菲尔德大学的科学家。作者授权出版的手稿。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Rachid Tazi-Ahnini和Faisel Abu-Duhier主要调查员。Faisel Abu-Duhier负责收购的临床资料。Faisel Abu-Duhier保罗·r·希思和Rachid Tazi-Ahnini负责的概念和设计研究。Vivetha Pooranachandran, Rachid Tazi-Ahnini,和保罗·r·希思负责数据的分析和解释。Vivetha Pooranachandran和Johnathan Cooper-Knock参与设计软件进行遗传分析。安德鲁·j·g .议员安德鲁•g .信使尤瑟夫Bakri, Rachid Tazi-Ahnini起草了手稿。所有作者参与研究设计,重要的修改,和手稿的最终批准。保罗·r·希思和Rachid Tazi-Ahnini贡献同样这项工作。

确认

这项工作是由大学的武装力量苏尔坦王子法赫德•本研究椅子与谢菲尔德大学合作。格兰特研究联系号码是R / 130649-11-1。作者感谢家庭从武装力量参与这项研究。作者还要感谢谢菲尔德遗传学诊断服务,谢菲尔德儿童NHS信托,基因组测序。

补充材料

补充材料包括规范派生的“R”软件分析基因组数据,代码用于识别突变锌转运体基因B03样本,和代码用于识别互动合作伙伴SLC39A4 B03基因导致疾病。(补充材料)

引用

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