【成功案例】云平臺助力解析單側眼組織缺損和視網膜裂癥的家族遺傳原因

Unraveling?the?genetic?cause?of?a?consanguineous?family?with?unilateral?coloboma?and?retinoschisis:?expanding?the?phenotypic?variability?of?RAX?mutations?

云平臺助力解析單側眼組織缺損和視網膜裂癥的家族遺傳原因

 

雜志:?Scientific?Reports?

影響因子:4.259

PMID:28831107

 

研究背景

眼組織缺損(OC)是一種常見的發育結構性缺陷,因視神經不完全閉合發展而成。通常在虹膜、脈絡膜視網膜或視盤組織部分發生眼組織缺損。這一疾病進程由多種基因突變引起,具有遺傳異質性和復雜性。理解OC發病分子機制及基因型與表型相關性,對于OC的分子診斷具有重要意義。

近期云平臺助力溫州醫科大學黃秀峰老師在Scientific?Reports發表了一篇關于眼組織缺損致病性突變的研究,通過對OC患者及其家族成員進行了全外顯子組測序(WES),純合子定位分析、全面變異分析,找到了血緣家族中單側眼組織缺損與視網膜裂癥的遺傳原因,闡述了OC基因型表型相關性。跟隨小編去看看吧。

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材料和方法:

材料:采集患者及其家族成員血液,提取DNA

 

測序平臺:Illumina?HiSeq?2000

 

分析平臺:BMKCloud,具體分析如下:

1.全基因組測序結果與人參考基因組進行比對(SOAPaligner),篩選SNV和Indel(SOAPaligner、GATK?)

2.SNP陣列分析純合子定位

3.變異型分析

根據ExAC、NHLBI?ESP、1000 Genome、dbSNP137數據庫檢索,對致病變異型進行初始篩選,并進行Sanger測序驗證。評估候選變異型作用。分析錯義突變體(SIFT、Polyphen-2、MutationTaster)。預測每個候選變異型多肽的拓撲模型(SMART、RaptorX、PyMol)另外進行序列比對(Clustal?Omega),確定核苷酸保守性程度(PhyloP)

 

研究結果:

1.表型檢測

患者是一名14歲男性,攜帶常染色體隱性遺傳病,生于近緣家族,全面眼科檢查顯示其最近左眼視力逐漸喪失,雙眼出現輕微白內障癥狀。眼前段裂隙燈檢查顯示右眼正常(圖1A),但左眼6點鐘方向虹膜缺損(圖1D)。眼底檢查右眼視神經盤缺損(圖1B),左眼脈絡膜缺損(圖1E)。在視覺范圍上,右眼生理盲區擴大(圖1C),雙眼視覺對比敏感度低(圖1C,F)。其他家庭成員沒有OC或眼部畸形。除OC表型外,眼底熒光血管造影(FFA)和光學相干斷層掃描(OCT)結果提示患雙側視網膜血管炎和繼發性視網膜劈裂癥(圖1G,H,K和L)。接受2個月激素治療后,雙眼黃斑水腫逐漸消失(圖1I和J)。

圖1?RAX基因突變患者臨床特征

2.WES及純合子定位分析表明RAX發生了突變

WES平均測序深度30X,平均覆蓋率>95%.

變異型分析的詳細過程(圖2A)。變體數據庫中排除次要等位基因頻率(MAF)>0.005的變異型。純合子分析顯示有12個大于2?Mb的純合子位點(圖2B)。在使用逐步篩選策略后,發現在純合子區域有3個候選變異型(RAX、TRPM5、PCDH17)。在家族成員中擴大檢測后篩選得到一個RAX錯義突變(c.113?T>?C,p.I38T)。且在dbSNP137、1000 Genome、ESP6500、內部數據庫、ExAC數據庫中沒有此錯義突變(圖3A-B)。

純合子分析表明RAX基因位于18號染色體上較大的純合子區域(18.19?Mb)(圖2B)。?c.113?T>?C變異使疏水性異亮氨酸轉變為親水性蘇氨酸。該家族中基因型與表型分離(圖3A,B):患者父母是雜合子攜帶者,其健康的姐妹無此突變。在38位的異亮氨酸高度保守(圖3C),核苷酸位點c.113T>?C的PhyloP得分為2.986。表明RAX基因的純合子突變?c.113?T>?C是OC的病因。

圖2?變異分析流程及純合子分析圖譜

圖3?RAX突變鑒定(A.譜系遺傳;B.Sanger驗證;C.RAX基因?Ile38?氨基酸殘基進化保守性)

3.RAX突變比較分析和結構分析

患者在RAX基因的兩個等位基因的exon1內有突變(圖4A)。RAX?c.113?T?>?C突變導致38位的氨基酸錯義突變,氨基酸I38位于八肽模體中,生信分析預測顯示I38T錯義突變具有破壞性(SIFT得分:0;?MutationTaster得分:1),可能對蛋白質,視網膜和前神經折疊同源序列造成損害(PolyPhen2得分:0.873)。子域識別結果表明這個突變不在同源序列、配對序列中(SMART)。對RAX進行潛在功能分析(RaptorX,PyMol),構建結構模型(圖4B),結合遺傳分析及結構分析結果,我們推測序列改變增加了I38殘基的螺旋構象,從而使RAX蛋白空間結構改變。

圖4?RAX基因突變結構分析

結果:

在本研究中,我們對UC和視網膜裂癥患者及其家庭成員進行了分子遺傳學檢測。利用全外顯子組測序和純合性定位組合方法,篩選后得到唯一候選致病基因RAX致病突變(c.113?T>?C,p.I38T)。結果得到臨床、功能模型數據的支持。本研究擴大了對RAX突變表型變異性的理解,有利于進一步理解OC發病分子機制及基因型表型相關性。

 

創新點

本研究不僅證明了WES和純合子繪圖是解析遺傳異質性疾病患者致病性突變的有用工具,也有助于進一步闡明OC疾病發病分子機制及基因型表型相關性。

 

參考文獻:Huang?X?F,?Huang?Z?Q,?Lin?D,?et?al.?Unraveling?the?genetic?cause?of?a?consanguineous?family?with?unilateral?coloboma?and?retinoschisis:?expanding?the?phenotypic?variability?of?RAX?mutations.[J].?Sci?Rep,?2017,?7(1).



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