وثيقة

Exome sequencing of neurodevelopmental disorders in 125 Omani families : diagnostic yield and candidate genes.

عناوين أخرى
النتائج الجينية الجزيئية لفحص التسلسل الإكسومي لاضطرابات النمو العصبي في 125 أسرة عمانية
الناشر
Sultan Qaboos University.
ميلادي
2022
اللغة
الأنجليزية
الملخص الإنجليزي
Neurodevelopmental disorders are a diverse group of illnesses characterized by impairments in personal, social, cognition, motor, or language skills as a result of abnormal brain development. One example of a neurodevelopmental disorder is intellectual disability. Genetic etiologies of ID were found to play a major role, and its prevalence is estimated to be three times more in countries known for consanguineous marriages. The burden of neurological genetic diseases in Oman is profound, especially with the increased incidence of autosomal recessive diseases. As a result, understanding the causes of intellectual disability will aid in providing specific counseling to families, thereby assisting in prevention. In recent years, Next Generation Sequencing has effectively accelerated ID research and provided novel therapeutic methods. Furthermore, Whole exome sequencing has been shown to be a powerful, robust, and scalable approach for discovering candidate genes, particularly in consanguineous populations. This study aimed to perform WES on patients affected with ID that are mainly born to a consanguineous family where the data collection was completed for 125 families with a total number of 224 affected patients. The variants identified after WES data analyses were prioritized, and Sanger sequencing was used for segregation analysis. Then, the diagnostic yield and clinical impact of variants identified in patients with suspected genetic diseases were established. Subsequently, functional characterization was carried out for selected candidate genes. Functional analyses were performed at the RNA level and protein level to confirm the pathogenic nature of the identified variant. Herein, Whole exome sequencing data analysis of 125 Omani families with neurodevelopmental disorders revealed a diagnostic rate of 31.2%. The consanguinity rate of the 125 families included in this study was found to be 88%. Following the ACMG guidelines of variant classification, pathogenic (P) or likely pathogenic (LP) variants were detected in 39/125 families (31.2%), with a total number of affected individuals was 56. Variants of uncertain significance were seen in 35/125 families (28%); these variants are rare, predicted to be damaging, segregated with the phenotype, and explain the disease manifestations. Candidate genes with a possible association with the phenotype seen in our families were detected in 30/125 (24%) with a total number of affected individuals of 64. For all variants in candidate genes, family pedigrees were included up to 3 generations. The total number of candidate genes identified was 28. These genes included: AATK, AP1G2, CAMSAP1, CCDC9B, CDC42BPB, CNP, CNTROB, DNAH14, DNAJB4, DRG1, DTNBP1, EDRF1, EEF1D, EXOSC4, FARSB, FBXO22, FILIP1, INPP4A, P2RX7, PRDM13, PTRHD1, SCN10A, SCYL2, SUPV3L1, TACC2, THUMPD1, XPR1, ZFYVE28 Furthermore, 3 candidate genes with possible causative variants were selected for functional characterization. In a family (10MS13800) with four affected individuals, a homozygous 28-nucleotide frameshift deletion introducing a premature stop codon in the PTRHD1 exon 1 was discovered. It was additionally confirmed that the aberrant transcript escaped from the nonsense-mediated messenger RNA (mRNA) decay pathway. Real time PCR showed that mRNA expression of the mutant PTRHD1 is higher compared to the wild type. Using the patient's primary cells, western blotting and isoelectric focusing revealed a truncated but stable mutant PTRHD1 protein. The study provided further evidence that PTRHD1 mutations are associated with autosomal-recessive childhood onset intellectual disability as well as spasticity and parkinsonism. Another family (16MS3000) with four affected newborns was reported. They all presented with congenital microcephaly which led to death within the first few months of life. Initial research exome sequence analysis of the proband identified a highly damaging NME1 homozygous variant as a possible novel cause of primary microcephaly phenotype in humans. Results of In-vitro studies including western blot and immunoprecipitation unproven NME1 variants as the cause of the phenotype. Regular reanalysis of the exome for this family (16MS3000) uncovered the actual cause, which is the biallelic ASNS non coding variant. Reverse Transcription (RT-PCR) using the patient's primary cell line confirmed that the aberrant transcript was stable and escape NMD-pathway. Conversely, mutant cDNA sequencing showed that there is an abnormal insertion of 4 bp (GTAG) from intron 6 into exon 7 in comparison to wild-type cDNA. Western blotting showed that ASNS protein in the affected patient's lysate was not detected which indicated aberrant degradation of the protein. Furthermore, the biochemical analysis showed that Cerebrospinal fluid (CSF) asparagine level was not detectable. These results suggested that the phenotype in the family is due to the ASNS variant.
الملخص العربي
اضطرابات النمو العصبي )NDDs )هي مجموعة متنوعة من الأمراض التي تتميز بضعف في المهارات الشخصية أو الأجتماعية أو الأدراكية أو الحركية أو اللغوية نتيجة لنمو الدماغ غير الطبيعي. أحد الأمثلة على اضطراب النمو العصبي هو الأعاقة الذهنية. يعتقد أن العوامل الوراثية هي السبب الرئيسي في غالبية حالات الأعاقة الذهنية التي يقدر انتشارها بثلاث مرات أكثر في البلدان المعروفة بزواج الأقارب. إن عبء الأمراض الوراثية العصبية في عمان كبير ، خاصة مع زيادة الأصابة بأمراض وراثية متنحية. نتيجة لذلك ، فإن فهم أسباب الأعاقة الذهنية سيساعد في تقديم مشورة محددة للعائالت ، وبالتالي المساعدة في الوقاية. لقد أدت الأكتشافات السريعة في تطوير أدوات الأختبار الجيني ، بالأضافة إلى سرعة تطبيقها على مجموعات المرضى جيدة التوصيف، إلى تغيير قدرتنا على إنشاء تشخيصات جينية محددة لدى الأفراد الذين يعانون من اضطرابات النمو العصبي على مدى العقدين الماضيين. وفي السنوات القليلة الماضية، عمل التسلسل الجيل التالي )NGS (على تسريع أبحاث الأعاقة الذهنية بكفاءة وتقديم طرق عالجية جديدة. لقد أثبت تسلسل الأكسوم الكامل )WES )أنه نهج قوي وسريع وقابل للتطوير لاكتشافات الجينات المرشحة في السكان المتميزون بالزواج من الأقارب. هدفت هذه الدراسة إلى إجراء تسلسل كامل لإلكسوم على المرضى المصابين بإعاقة ذهنية )المولودين أسا ًسا لعائالت من الأقارب(. حيث سيتم إعطاء الأولوية للمتغيرات المحددة ، وسيتم استخدام تسلسل Sanger لتأكيدها. وتهدف أيضا لتأسيس التشخيص الجيني وتحديد العائد التشخيصي والتأثير السريري للمتغيرات التي تم تحديدها في المرضى الذين يشتبه في إصابتهم بأمراض وراثية. عالوة على ذلك ، تهدف الدراسة لوصف المتغيرات ذات الصلة سريريًا وظيفيًا أو الجينات المرشحة الجديدة للتحقق من صحة السببية الضطرابات النمو العصبي الملحوظة في البشر. في هذه الدراسة نصف نتائج الوراثية الجزيئية والجينات المرشحة المستخرجه بعد عمل تسلسل الأكسوم الكامل لعينات من مرضى اضطرابات النمو العصبي في 125 عائلة عمانية. وقد تضمنت هذه ال 125 عائلة مامجموعه لإرشادات ACMG الخاصة 224 مريض مصاب. و كانت نسبة القرابة داخل العائالت المشمولة .٪88 ووفقً بتصنيف الطفرات الوراثية ، فقد تم اكتشاف مجموعة الطفرات المسببة للمرض أو التي قد تسبب المرض في 36 من 125 عائلة مايمثل 31.2 ٪ ، وكان عدد إجمالي عدد الأفراد المصابين في هذه المجموعة 56 مصابا. أما عدد الطفرات المكتشفه في مجموعة الطفرات ذات الداللة غير مؤكدة بلغ 35 من أصل 125 عائلة )٪28(. وتعتبرهذه الطفرات نادرة ، ومن المتوقع أن تكون ضارة ، وتتماشا مع النمط الظاهري للمرضى ، وتفسر مظاهر المرض. في المقابل تم اكتشاف جينات المرشح ذات الصلة المحتملة بالنمط الظاهري في 30 عائلة )24 ٪( وكان إجمالي عدد الأفراد المصابين 64 مصابا. تم تضمين نسب الأسرة حتى 3 أجيال لجميع الطفرات في الجينات المرشحة. وكان العدد الأجمالي للجينات المرشحة المكتشفه 28 جينا و تضمنت هذه الجينات التالي: AATK, AP1G2, CAMSAP1, CCDC9B, CDC42BPB, CNP, CNTROB, DNAH14, DNAJB4, DRG1, DTNBP1, EDRF1, EEF1D, EXOSC4, FARSB, FBXO22, FILIP1, INPP4A, P2RX7, PRDM13, PTRHD1, SCN10A, SCYL2, SUPV3L1, TACC2, THUMPD1, XPR1, ZFYVE28. علاوة على ذلك ، فقد تم في هذه الدراسه عمل تحليل وظيفي لثلاثة طفرات من المحتمل انت تكون مسببه للمرض في الجينات 1NME و ASNS و 1PTRHD. وفي إحدى العوائل التي فيها الوالدين من الأقارب، وبها أربعة أفراد مصابين، تم اكتشاف حذف 28 نيوكليوتيد متماثل الزيجوت مما سبب في إدخال كودون التوقف المبكر في الأكسون الأول من الجين 1PTRHD. تم التأكيد أي ًضا على أن النسخه المتحوله لم تتعرض إلي إنحلال بواسطة IX )mRNA( نسخ إنتاج أن أظهر Real-time PCR .(Nonsense-mediated mRNA decay pathway) أعال في نسخ الجين المتحول مقارنة بالجين الطبيعي. باستخدام الخاليا الأولية للمريض ، كشف blotting western و focusing isoelectric عن بروتين 1PTRHD أقل طوال)مقطوع( في النسخه المتحوله ولكنه مستقر. قدمت الدراسة دلي 1PTRHD مرتبطة بالأعاقة الذهنية الجسدية المتنحية في مرحلة الطفولة ًال إضافيًا على أن طفرات بالأضافة إلى التشنج والشلل الرعاش. وفي عائلة أخرى مع أربعة مواليد مصابين جميعًا بصغر الرأس الخلقي مؤديا إلى الوفاة في غضون الأشهر القليلة الأولى من الحياة. وبعد أن تم عمل تحليل التسلسل الأكسومي أدت النتائج الأوليه لتحديد طفره َ ضاره للغايه في جين 1NME كسبب جديد محتمل للنمط الظاهري لصغر الرأس الأولي في البشر. ولكن التجارب العملية لم تثبت بأن هذه الطفرة هي السبب. وبعد إعادة التحليل المنتظم للتسلسل الأكسومي تم الكشف عن طفرة في جين ASNS كمسبب حقيقي. وفي نطاق التحقق تم عمل العديد من التجارب العمليه. حيث أكد النسخ العكسي )PCR-RT )باستخدام خط الخلية الأولية للمريض أن النسخة المتحوله كانت مستقرة وتهربت من مسار NMD. وقد أظهر تسلسل cDNA المتحول أن هناك إدخا 4 النوكليوتيدات )GTAG )من 6 intron إلى 7 exon . Western ًال غير طبيعي بمقدار blotting بإستخدام خلايا المصاب الأوليه أظهر أن بروتين ASNS لم يكن موجودا اكتشافه مما يشير إلى تحلل للبروتين المتحول. عالوة على ذلك أظهر التحليل البيوكيميائي أن الأسباراجين في السائل النخاعي للمريض لم يكن موجودا. سلطت هذه الدراسة الضوء على أهمية إعادة النظر في بيانات الأكسوم ومشكلة الأكسوم "السلبي" والمقاربات الجديدة اللاحقة لإثبات الجينات المرشحة الجديدة.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية

مواد أخرى لنفس المؤلف

الرسائل والأطروحات الجامعية
0
0
Al-Kasbiyah, Ghalia Mohammed.
Sultan Qaboos University
2006

مواد أخرى لنفس الموضوع

مقالات الدوريات
5
0
Hajjej, Abdelhafidh.
Public Library of Science.
2018-03-01
مقالات الدوريات
3
0
Cadenas, Alicia M.
Nature Publishing Group.
2008-03-01