【昊文章】天昊基因與浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院合作發(fā)現SAMD12基因內含子區(qū)五核苷酸（TTTCA）重復插入導致家族性皮層肌陣攣性震顫癲癇1型

發(fā)稿時間：2018-07-03來源：天昊生物

天昊基因科技（蘇州）有限公司與浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院（浙醫(yī)二院）神經內科羅巍教授合作研究成果 “Intronic pentanucleotide TTTCA repeat insertion in the SAMD12 gene causes familial cortical myoclonic tremor with epilepsy type 1” 于2018年6月23日在線發(fā)表于國際臨床神經病學及神經科學頂級期刊《Brain》，首次報道中國人群SAMD12基因內含子區(qū)五核苷酸（TTTCA）重復插入導致家族性皮層肌陣攣性震顫癲癇1型。浙醫(yī)二院神經內科岑志棟博士和公司總經理姜正文博士為共同第一作者，全資子公司上海天昊生物科技有限公司遺傳分析中心生物信息部經理李才華博士，研發(fā)部經理王滔博士，蘇州天昊醫(yī)藥研發(fā)中心技術部經理余鋒也作為文章的作者分享了這一成果。

天昊生物在該研究中參與了家系樣本的外顯子測序、全基因組測序和生信分析工作，在恭喜天昊生物客戶發(fā)表重磅文章的同時，我們想第一時間和大家分享一下這篇文章的研究思路。

 

英文題目：Intronic pentanucleotide TTTCA repeat insertion in the SAMD12 gene causes familial cortical myoclonic tremor with epilepsy type 1

中文題目：SAMD12基因內含子區(qū)五核苷酸（TTTCA）重復插入導致家族性皮層肌陣攣性震顫癲癇1型

期刊名：《Brain》    

發(fā)表時間： 2018年6月23日    

影響因子：10.84

研究背景

• 家族性皮質肌陣攣性震顫癲癇（familial cortical myoclonic tremor with epilepsy, FCMTE）是一種成年起病，以皮質震顫和癲癇發(fā)作為核心癥狀的高外顯率常染色體顯性遺傳病。
•  該疾病表現典型的遺傳異質性，根據致病區(qū)域連鎖定位可分為4種亞型: FCMTE1 (8q24, OMIM: 601068); FCMTE2 (2p11.1-q12.2, OMIM: 607876); FCMTE3 (5p15.31-p15.1, OMIM: 613608)和FCMTE4 (3q26.32–3q28, OMIM: 615127)。尚無肯定致病基因的報道。
• FCMTE1亞型僅在中國和日本有報道，本研究目的在于確定中國FCMTE1家系的致病基因。

 

研究方法

•  臨床樣本：20個FCMTE家系；
• 研究手段：

■ 連鎖分析和單倍型分析（5個家系進行基因組SNP芯片分型檢測；6個家系進行chr8: 104 863 833–134 036 685區(qū)域內STR分型）；

■ 選取先證者全外顯子測序，沒有發(fā)現可疑突變；

■ 全基因組測序（8個患者；平均測序深度31.35X到57.77X,后續(xù)進行常規(guī)WGS數據分析，沒有發(fā)現可疑突變，針對FCMTE1候選區(qū)域的多核苷酸重復序列ExpansionHunter特殊分析）；

■ PCR驗證檢測到的重復序列；

■ 公共表達數據分析；

研究結果

•  縮小FCMTE1致病區(qū)域的基因組范圍

基于11個家系的連鎖分析，獲得的最大LOD值分布為1.64-3.77，都處于8q24區(qū)域(下表)。單倍型分析提示FCMTE1致病區(qū)域的最小范圍在rs800532和D8S1112之間, 為包含21個基因的4.9M區(qū)域。

 

• 常規(guī)WGS分析未能在此區(qū)域檢測到基因突變
• 重點關注4.9M區(qū)域內的多核苷酸重復序列擴增

研究者將233個重復motif（4.9M區(qū)域內檢測到的多核苷酸重復序列），利用ExpansionHunter進行重復序列擴增挖掘。通過對比8名患者和9例對照的序列，研究者發(fā)現7名患者的SAMD12基因4號內含子都存在一個5核苷酸重復擴增序列(TTTTA)n，而9名對照全部未檢測到。由于這個重復擴增序列比測序長度（150bp）還要長，研究者進一步分析了患者的未能成功進行基因組比對的序列。結果發(fā)現，在患者的Alu element和(TTTTA)n重復序列之間，存在另一個5核苷酸重復擴增序列(TTTCA)n，并且這個擴增序列在數據庫尚無記錄（UCSC Genome Bioinformatics）（下圖為SAMD12基因4號內含子內(TTTCA)n突變堿基的示意圖）。

 

• 確認(TTTCA)n插入序列可能是FCMTE1的致病原因

對11個家系的先證者進行長片段PCR和重復引物PCR，確認11個家系的先證者都攜帶(TTTCA)n插入序列。在另外9個未進行連鎖分析的家系患者中，有7個家系通過重復引物PCR檢測到了(TTTCA)n插入序列。對于攜帶這一突變的所有家系樣本的重復引物PCR和長片段PCR結果，確定(TTTCA)n插入序列與疾病共分離；(TTTCA)n在患者中重復次數至少為105次；119個中國對照均不攜帶這種(TTTCA)n插入序列。

• (TTTTA)n和其他突變基本不可能是FCMTE1的致病原因

對于文章一開始發(fā)現的(TTTTA)n重復序列，研究者發(fā)現部分患者會在攜帶(TTTCA)n插入序列的染色體上攜帶這個重復序列，重復數為25–44，而部分對照攜帶的重復數能達到800。對于119例對照來源的238條8號染色體，這個(TTTTA)n重復序列重復數在11 到80+，其中3.36% (8/238) 的染色體攜帶的重復次數超過80；基于20個家系患者的編碼區(qū)和剪切區(qū)一代測序，也未能找到任何其它突變。

•  基于FCMTE1家系的奠基者效應分析

基于5個有基因組SNP分型數據的家系，研究者針對(TTTCA)n附近5個連鎖LD區(qū)域中的92個SNP進行奠基者效應分析。結果顯示，這5個家系都攜帶含有(TTTCA)n的一個核心單倍型。這個單倍型在千人組計劃中國人群的頻率約為0.226（47/208）。進一步利用3個日本家系和5個家系共有的59個SNP進行奠基者效應分析，結果表明這個含有(TTTCA)n的核心單倍型為8個家系即中國人和日本人所共有。

• 攜帶(TTTCA)n插入序列的轉錄本表達情況

SAMD12基因在數據庫中共有8種轉錄本，其中4個轉錄本覆蓋(TTTCA)n插入序列所在位置。在腦組織表達數據庫中，最長的轉錄本（覆蓋(TTTCA)n插入序列位置）為主要表達轉錄本。

  

研究方法和結果流程圖

• 鑒定了SAMD12基因內含子區(qū)的五核苷酸（TTTCA）n重復插入為FCMTE1的致病突變。 FCMTE1致病突變的發(fā)現可以指導其他類型FCMTE致病基因的鑒定。隨著測序技術和生物信息學工具的發(fā)展，我們應該更多地關注分子病因未知的神經退行性疾病的致病性重復擴增。
• 基于WGS數據的重復序列擴增突變挖掘，是本研究確定致病突變的關鍵。
• 這種重復序列擴增引發(fā)神經毒性的可能假設有三個：（i）擴增的RNA（pre-mRNA）聚集形成核RNA團簇，其隔離了關鍵的RNA結合蛋白并阻礙它們執(zhí)行其正常功能; （ii）擴展的RNA可以不按常規(guī)翻譯產生導致神經毒性的短肽;（iii）擴增可能導致相關基因功能的獲得或喪失。

 

特別說明：這么精彩的文章，實際上還涉及到更加精彩和激烈的中日比拼。在2018年的4月，日本團隊率先在NG發(fā)表了SAMD12基因內含子中的核苷酸重復序列擴增導致良性成人家族性肌陣攣癲癇(benign adult familial myoclonic epilepsy,BAFME)。因此，中國團隊在時間上稍稍落后，最后將成果發(fā)表于《Brain》雜志。

 

特別感謝

天昊生物特別感謝浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院神經內科羅巍教授以及其課題組對天昊生物技術和服務的認可！天昊生物將長期致力于為分子生物學及醫(yī)學遺傳學領域的研究者提供高質量的科研策略咨詢、實驗技術服務和遺傳數據分析，幫助廣大科研人員獲得更為優(yōu)質的科研成果！