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背景
癫痫性脑病(EpilepticEncephalopathies,EEs)是一类以难治性癫痫持续发作,伴或不伴认知退化和神经功能障碍为特征的儿童疾病。EEs中最常见的一种亚型是婴儿痉挛征(InfantileSpasms,IS),该亚型癫痫开始发作时间早,脑电图表现为典型的高度节律失常。EEs具有显著的表型和遗传异质性。现研究已表明遗传因素中的新生(denovo)突变在EEs中起重要作用。
目的
利用全外显子组测序技术鉴定IS核心家系中可能致病的denovo突变,同时探讨EEs的潜在遗传因素。
方法
1.我们招募了3个IS核心家系,提取患儿及其父母外周血DNA,捕获其全外显子组后,构建文库进行全外显子组上机测序。
2.测序数据经质量控制,比对,注释后得到突变,筛选突变后用Sanger测序对候选突变进行验证,最后获得IS患儿中可能致病的denovo突变。
3.依据HumanProteinAtlas,HumanBrainTranscriptome和GenePaiant数据库,分析候选致病基因在各组织以及脑组织中的时空表达谱。
4.利用STRING数据库中基因两两互作的关系,构建候选致病基因的遗传互作网络以及其与神经精神疾病共享基因的内部遗传互作网络。
5.分析候选致病基因及其互作基因的功能包括组织特异性表达分析以及在突触后密度蛋白,进化保守的基因集,GO生物学过程和各疾病中的富集分析。
结果
1.我们在3个散发IS核心家系中鉴定到了3个经Sanger测序验证为阳性的突变。一个发生在SEMA5A基因上的denovo错义突变(c.1201C>T,p.(Arg401Cys)),一个PLEKHG4B基因上的denovo错义突变(c.2740G>A,p.(Ala914Thr))和一个CLTCL1基因的复合杂合突变(c.3946A>G,p.(Met1316Val);c.3493C>T,p.(Arg1165Cys))。
2.SEMA5A基因和CLTCL1基因上的突变被预测为有害突变,PLEKHG4B基因上的突变经软件预测为有害突变的可能性较小。
3.SEMA5A基因突变发生在基因编码的SEMA5A蛋白的Sema结构域,该结构域是SEMA5A蛋白重要的功能结构域。突变引起SEMA5A蛋白结构稳定性发生了改变。
4.SEMA5A的表达谱表明相较于其他组织,其在大脑皮层中的表达量较高。并且在各个时期的各个脑区中均有表达,尤其是在8-9孕周和出生后0-5月的时候,基因表达量高且几乎涉及所有脑区。
5.另外,SEMA5A与已知癫痫,ASD和智力障碍的候选致病基因存在较强的遗传互作关系。基因表达富集发现这些基因显著富集在大脑皮层,小脑,纹状体和丘脑等脑区(q<0.05)。功能富集也表明SEMA5A及其互作的基因显著富集于突触后密度蛋白和进化保守的基因集以及和神经元,轴突和突触功能等相关的GO生物学过程。
结论
1.研究证实发生在SEMA5A基因上的denovo突变与IS的发病具有较强的关联。SEMA5A可作为一个新的EEs候选致病基因。
2.CLTCL1基因的复合杂合突变与IS有一定的相关性,但是否为致病基因还有待进一步确认。
3.全外显子组测序技术能够应用于EEs患者中致病突变及基因的鉴定,促进EEs遗传机制的研究。
癫痫性脑病(EpilepticEncephalopathies,EEs)是一类以难治性癫痫持续发作,伴或不伴认知退化和神经功能障碍为特征的儿童疾病。EEs中最常见的一种亚型是婴儿痉挛征(InfantileSpasms,IS),该亚型癫痫开始发作时间早,脑电图表现为典型的高度节律失常。EEs具有显著的表型和遗传异质性。现研究已表明遗传因素中的新生(denovo)突变在EEs中起重要作用。
目的
利用全外显子组测序技术鉴定IS核心家系中可能致病的denovo突变,同时探讨EEs的潜在遗传因素。
方法
1.我们招募了3个IS核心家系,提取患儿及其父母外周血DNA,捕获其全外显子组后,构建文库进行全外显子组上机测序。
2.测序数据经质量控制,比对,注释后得到突变,筛选突变后用Sanger测序对候选突变进行验证,最后获得IS患儿中可能致病的denovo突变。
3.依据HumanProteinAtlas,HumanBrainTranscriptome和GenePaiant数据库,分析候选致病基因在各组织以及脑组织中的时空表达谱。
4.利用STRING数据库中基因两两互作的关系,构建候选致病基因的遗传互作网络以及其与神经精神疾病共享基因的内部遗传互作网络。
5.分析候选致病基因及其互作基因的功能包括组织特异性表达分析以及在突触后密度蛋白,进化保守的基因集,GO生物学过程和各疾病中的富集分析。
结果
1.我们在3个散发IS核心家系中鉴定到了3个经Sanger测序验证为阳性的突变。一个发生在SEMA5A基因上的denovo错义突变(c.1201C>T,p.(Arg401Cys)),一个PLEKHG4B基因上的denovo错义突变(c.2740G>A,p.(Ala914Thr))和一个CLTCL1基因的复合杂合突变(c.3946A>G,p.(Met1316Val);c.3493C>T,p.(Arg1165Cys))。
2.SEMA5A基因和CLTCL1基因上的突变被预测为有害突变,PLEKHG4B基因上的突变经软件预测为有害突变的可能性较小。
3.SEMA5A基因突变发生在基因编码的SEMA5A蛋白的Sema结构域,该结构域是SEMA5A蛋白重要的功能结构域。突变引起SEMA5A蛋白结构稳定性发生了改变。
4.SEMA5A的表达谱表明相较于其他组织,其在大脑皮层中的表达量较高。并且在各个时期的各个脑区中均有表达,尤其是在8-9孕周和出生后0-5月的时候,基因表达量高且几乎涉及所有脑区。
5.另外,SEMA5A与已知癫痫,ASD和智力障碍的候选致病基因存在较强的遗传互作关系。基因表达富集发现这些基因显著富集在大脑皮层,小脑,纹状体和丘脑等脑区(q<0.05)。功能富集也表明SEMA5A及其互作的基因显著富集于突触后密度蛋白和进化保守的基因集以及和神经元,轴突和突触功能等相关的GO生物学过程。
结论
1.研究证实发生在SEMA5A基因上的denovo突变与IS的发病具有较强的关联。SEMA5A可作为一个新的EEs候选致病基因。
2.CLTCL1基因的复合杂合突变与IS有一定的相关性,但是否为致病基因还有待进一步确认。
3.全外显子组测序技术能够应用于EEs患者中致病突变及基因的鉴定,促进EEs遗传机制的研究。