Адкрыццё новых парушэнняў паўторнага пашырэння пры атаксіі і не толькі
дата: Лістапад 2023
Падрыхтавана членам SICКаця Ломан, доктар філасофіі
аўтараўМелані Бало, доктар філасофіі, амбулаторная дапамога, член Амерыканскага ахоўнага ўніверсітэта; Мацільда Рэно, доктар медыцынскіх навук, доктар філасофіі; Стэфан Цюхнер, доктар медыцынскіх навук, доктар філасофіі, член Амерыканскага ахоўнага ўніверсітэта
РэдактарЛарын Калія, доктар медыцынскіх навук, доктар філасофіі
Увядзенне
Позняя мазжачкавая атаксія (LOCA) — гэта група нейрадэгенератыўных захворванняў, якія праяўляюцца прагрэсавальным мазжачковым сіндромам пасля 30 гадоў і часта маюць спарадычны характар (г.зн. адмоўны сямейны анамнез). Да нядаўняга часу існаваў нездавальняючы прабел у генетычнай дыягностыцы пацыентаў з LOCA.1 Аднак у 2019 годзе ў гэтай галіне быў дасягнуты новы этап, калі ў інтроне гена RFC1, які кадуе субадзінку C фактара рэплікацыі, былі выяўлены біялельныя паўторы (у асноўным з удзелам паўтораў AAGGG). Такія пашырэнні, несумненна, выклікаюць сіндром мазжачковай атаксіі-нейрапатыі-вестыбулярнай арефлексіі (CANVAS) і іншыя тыпы LOCA, якія часта суправаджаюцца неўрапатыяй і/або двухбаковай вестыбулапатыяй.2,3 Яшчэ адна захапляльная падзея была дасягнута зусім нядаўна, калі дзве незалежныя даследчыя групы выявілі паўторы экспансіі GAA ў інтроне гена FGF14, які кадуе фактар росту фібрабластаў 14, як прычыну іншага падтыпу LOCA (SCA27B) з, здавалася б, больш шырокім фенатыпічным спектрам.4,5 Гэтыя адкрыцці, звязаныя з LOCA, пралілі новае святло на даследаванні атаксіі. У цяперашні час больш за 20% пацыентаў, у якіх раней быў дыягнаставаны ідыяпатычны LOCA, атрымліваюць генетычны дыягназ у некаторых даследаваннях.4,6 што дазваляе праводзіць генетычныя кансультацыі членам сям'і. Да ідэнтыфікацыі гэтых двух генаў з раней нераспазнанымі інтронічнымі паўторамі многія скептычна ставіліся да таго, што застаюцца распаўсюджаныя генетычныя прычыны LOCA, якія трэба выявіць. Хоць яшчэ невядома, як гэтыя новыя звесткі можна будзе ператварыць у лепшыя метады лячэння пацыентаў, цікава назіраць за новымі распрацоўкамі ў генетыцы атаксіі.
Якія падказкі прывялі да ідэнтыфікацыі пашырэння інтронных паўтораў у RFC1 і FGF14?
Доктар Бахло:
За некалькі гадоў адбылося мноства прагрэсаў, якія зрабілі гэтыя адкрыцці магчымымі. Сярод іх: 1) больш таннае секвенаванне ўсяго геному, якое дазваляе секвенаваць некалькі асобін з сем'яў, а цяпер усё часцей і кагорты соцень ці нават тысяч асобін для адкрыцця, і 2) распрацоўка новых біяінфарматычных інструментаў, якія зрабілі магчымым адкрыццё паўторных пашырэнняў у дадзеных секвенавання ўсяго геному (і экзома).7 Аднак, як для RFC1, так і для FGF14 існавалі дадатковыя падказкі, якія дапамаглі зрабіць гэтыя адкрыцці. Для RFC1-звязанага CANVAS даследаванні радаводаў раней лакалізавалі прычынны варыянт у невялікім рэгіёне геному, у той час як для FGF14 існавалі важкія папярэднія доказы, паколькі ўжо было вядома, што невялікія варыянты паслядоўнасці ў FGF14 выклікаюць форму атаксіі.8
Атаксій — гэта вельмі гетэрагенная група захворванняў, як клінічна, так і генетычна. У цяперашні час пашырэнне інтронных паўтораў у RFC1 і FGF14 не выяўляецца з дапамогай стандартных генных панэляў або экзомнага секвенавання, што патрабуе спецыяльнага тэсціравання. Ці ёсць пэўныя клінічныя прыкметы, якія павінны папярэджваць пацыентаў аб неабходнасці тэсціравання?
Доктар Рэно:
Асноўны фенатып SCA27B (атаксія GAA-FGF14) складаецца з павольна прагрэсавальнага мазжачковага сіндрому, які характарызуецца атаксіяй хады і парушэннем мазжачковай вокарухальнай функцыі. Хоць у большасці пацыентаў на пачатку захворвання назіраецца няўстойлівасць хады, амаль палова пацыентаў паведамляе пра эпізадычныя сімптомы, такія як галавакружэнне і/або галавакружэнне, парушэнні зроку (дыплопія, асцылопсія, размытасць) і дызартрыя. Эпізоды могуць быць выкліканы алкаголем, фізічнай актыўнасцю або часам кафеінам. Больш за палову пацыентаў з SCA27B праяўляюць адчувальнасць да алкаголю, што можа справакаваць эпізоды атаксіі або значна пагоршыць базавую атаксію. Ністагм з паніжэннем рытму, мазжачковыя вокарухальныя прыкметы, парушэнне фіксацыі зроку, падаўленне вестыбулярна-вочнага рэфлексу, галавакружныя сімптомы і парушэнні зроку часта суправаджаюцца на пачатку захворвання. Акрамя парушэнняў мазжачка, пры SCA27B можна назіраць вестыбюлярную гіпафункцыю і аферэнтны сэнсарны дэфект. Двухбаковая вестыбулапатыя магчымая пры SCA27B, але застаецца адносна лёгкай, у той час як яна амаль заўсёды прысутнічае пры CANVAS, звязанай з RFC1, і спектры захворвання. Палінейрапатыя не з'яўляецца асноўнай рысай SCA27B, хоць у некаторых пацыентаў можа развіцца лёгкая аксональная сэнсарная або сенсомоторная полінейрапатыя. Для параўнання, маторная неўрапатыя звычайна лёгкая або адсутнічае пры CANVAS, звязанай з RFC1. Дыягназ CANVAS, звязаных з RFC1, і спектры захворвання вельмі малаверагодны пры наяўнасці ізаляванай мазжачковай атаксіі без сэнсарнай неўрапатыі. Прагрэсаванне захворвання пры SCA27B, якое ў сярэднім складае 0.23-0.40 балаў SARA ў год, значна павольней, чым пры іншых распаўсюджаных генетычных атаксіях з познім пачаткам, такіх як SCA6 (0.80 балаў SARA ў год) і CANVAS, звязаная з RFC1 (1.30 балаў SARA ў год).
Ці лічыце вы, што можна выявіць дадатковыя парушэнні паўторнага пашырэння?
Доктар Бахло:
Так, я сапраўды думаю, што ёсць яшчэ шмат паўторных экспансій, якія трэба адкрыць. Я лічу, што ёсць дзве асноўныя вобласці, дзе, верагодна, існуюць «схаваныя» парушэнні паўторнай экспансіі. Па-першае, паўторныя экспансіі — гэта падзеі з нізкай частатой мутацый, якія часта сустракаюцца толькі ў пэўных папуляцыях людзей або сярод людзей пэўнага паходжання. Некаторыя папуляцыі людзей вельмі недастаткова прадстаўлены ў нашых намаганнях па секвенаванні геному, а таксама недастаткова прадстаўлены для кампазіцый паўторных экспансій. Будзе плённа вывучыць такія папуляцыі на прадмет новых паўторных экспансій. Другая вобласць — гэта выяўленне больш складаных для ідэнтыфікацыі паўторных экспансій з «няпоўнай пенетрантнасцю», г.зн. там, дзе існуе падвышаны рызыка захворвання, а не ўпэўненасць у захворванні. Адкрыццё гэтых тыпаў паўторных экспансій патрабуе большых кагорт і розных статыстычных метадаў. Паўторныя экспансіі ў FGF14 з'яўляюцца прыкладам такіх варыянтаў, але паўтор усё яшчэ мае высокую пенетрантнасць.
Ці могуць пашырэнні інтронных паўтораў таксама гуляць ролю ў іншых нейрадэгенератыўных захворваннях, такіх як хвароба Паркінсана?
Доктар Рэно:
Так, цалкам магчыма, што пашырэнне інтронных паўтораў адыгрывае ролю ў іншых нейрадэгенератыўных захворваннях, такіх як хвароба Паркінсана. Новыя патагенныя пашырэнні інтронных паўтораў, верагодна, будуць адкрыты ў бліжэйшай будучыні дзякуючы шырокаму ўкараненню секвенавання доўгіх чытанняў і перадавых біяінфарматычных інструментаў. Аднак падрабязнае глыбокае фенатыпаванне кагорт пацыентаў з'яўляецца неабходнай перадумовай для павелічэння шанцаў выяўлення новых патагенных пашырэнняў паўтораў пры нейрадэгенератыўных захворваннях.
Што вядома пра функцыянальныя наступствы пашырэння інтронных паўтораў і ролю спецыфічнага матыву?
Доктар Цюхнер:
Мы толькі пачынаем разумець малекулярныя механізмы парушэнняў пашырэння паўтораў RFC1 і FGF14. Новыя пашырэнні паўтораў у RFC1 і FGF14 размешчаны ў некадзіруючай інтронічнай вобласці і не аказваюць відавочнага ўплыву на паслядоўнасць бялку. Акрамя таго, перапыненні ў паўторнай паслядоўнасці, здаецца, маюць ахоўны эфект. Апублікаваныя доказы зніжэння экспрэсіі генаў, якая, верагодна, з'яўляецца спецыфічнай для транскрыптаў.4 Цікава таксама, што FGF14 не экспрэсуецца шырока; такім чынам, яго клеткава-спецыфічная роля ў пэўных папуляцыях нейронаў ляжыць у аснове механізму дзеяння. Акрамя гэтых гіпотэз страты функцыі, могуць існаваць і іншыя механізмы, такія як трансляцыя RAN (Repeat Associated Non-AUG), якія насамрэч прывядуць да таксічнага ўзмацнення функцыі. У бліжэйшыя гады можна чакаць шмат цікавых функцыянальных даследаванняў гэтых генаў і іх шляхоў.
Роля паўторных матываў вельмі цэніцца. Шырэйшае прымяненне метадаў секвенавання доўгіх чытанняў дазваляе аналізаваць склад вельмі доўгіх паўторных участкаў з выдатнай дакладнасцю. Аказваецца, што значны спектр паўторных матываў, перапынкаў і перыядычнасці можна назіраць як у агульнай папуляцыі, так і ў пацыентаў. Патагеннасць кожнага з гэтых матываў у цяперашні час інтэнсіўна вывучаецца і будзе ўплываць на дыягнастычныя аналізы. Нарэшце, новыя захапляльныя вынікі, апублікаваныя Пелерынам і інш.9, паказваюць, што спецыфічны матыў паслядоўнасці памерам 17 пар асноў, размешчаны адразу за 5' ад паўтору FGF14 GAA, вызначае стабільнасць меётычнага пашырэння локуса. Адкрыццё такога ўстойлівага прагназуючага матыву з'яўляецца першым у галіне пашырэння паўтораў.
Якія наступныя крокі для далейшага паляпшэння генетычнага тэсціравання пацыентаў з атаксіяй?
Доктар Бахло:
Нам неабходна ўкараніць наш цяперашні набор біяінфарматычных інструментаў у якасці вельмі магутных інструментаў скрынінга ў клінічных і даследчых кагортах. Дакладнае генатыпаванне не патрабуецца для таго, каб яны мелі значны ўплыў на клінічныя даследаванні, дзе яны дазволяць выяўляць прапушчаныя паўторныя пашырэнні. Гэта прывядзе да паўторнай дыягностыкі ў некаторых пацыентаў і павышэння агульнага паказчыка вырашэння праблем. Некалькі буйных кагортных даследаванняў з шырокай працай па валідацыі з выкарыстаннем традыцыйных метадаў паказалі, што метады валодаюць высокай адчувальнасцю і спецыфічнасцю, больш за 95%, асабліва для меншых паўторных пашырэнняў. Затым трапнасці павінны быць правераны з дапамогай бягучых, спецыфічных для паўторных пашырэнняў, залатых стандартных тэстаў, такіх як ПЦР з паўторным праймераваннем і Саўзэрн-блотынг. У будучыні гэтыя аналізы будуць заменены глыбокім секвенаваннем доўгіх чытанняў, якое ўжо даказвае сваю дакладнасць у характарыстыцы ўсё больш гетэрагенных выяўленых складаных матываў.
Як гэтыя звесткі можна пераўтварыць у новыя метады лячэння?
Доктар Цюхнер:
Ген-спецыфічныя метады лячэння, такія як рэдагаванне генаў або малыя малекулы, накіраваныя на пэўныя паўтаральныя матывы, вельмі хутка будуць пратэставаны пры захворваннях, звязаных з RFC1 і FGF14. Каб быць эфектыўнымі, неабходна зразумець, ці дзейнічаюць механізмы страты і/ці набыцця функцыі. Для гэтага, хутчэй за ўсё, спатрэбяцца добра ахарактарызаваныя жывёльныя мадэлі гэтых захворванняў, над якімі працуем у нашай лабараторыі і іншыя. Для FGF14 нядаўна быў вывучаны даўно існуючы метад лячэння эпізадычнай атаксіі, 4-аміна-пірыдын.10, і, магчыма, будзе праведзена больш маштабнае даследаванне. Той факт, што блокаторы каліевых каналаў могуць змяніць зыход атаксіі, звязанай з FGF14, сведчыць пра механістычную сувязь, якая, верагодна, можа быць далей выкарыстана ў будучыні. Карацей кажучы, ёсць падставы для аптымізму адносна своечасовых трансляцыйных даследаванняў гэтых захворванняў.
Высновы
Нядаўні прарыў у генетыцы LOCA — выяўленне двух новых захворванняў з пашырэннем паўтораў, якія ахопліваюць значную колькасць пацыентаў. Як адзначылі апытаныя эксперты, чакаецца больш інфармацыі з пункту гледжання лепшага малекулярнага разумення гэтых двух захворванняў з пашырэннем паўтораў, а таксама новых захворванняў і, безумоўна, выходзячы за межы фенатыпу LOCA. Даследаванні таго, як ператварыць гэтыя новыя адкрыцці ў лепшыя метады лячэння пацыентаў, ужо вядуцца. Такім чынам, наступныя крокі ў гэтай хутка развіваючайся галіне ўключаюць: 1) пошук новых пашырэнняў паўтораў шляхам уключэння недастаткова прадстаўленых папуляцый і ўліку зніжэння пенетрантнасці, 2) далейшае высвятленне фенатыпічнага і генатыпічнага спектру захворванняў, звязаных з RFC1 і FGF14, з улікам складу паўторных матываў і іншых варыянтаў у гэтых і іншых генах, і 3) пераўтварэнне атрыманых высноў у палепшаныя метады лячэння. Безумоўна, геном чалавека з яго сотнямі тысяч паўторных паслядоўнасцей вельмі складаны, і мы ўсё яшчэ далёкія ад разумення поўнай карціны, але будучыня абяцае яшчэ больш глыбокае разуменне.
Спасылкі:
1. ван Гаален Дж., ван дэ Уорэнбург Б.П. Практычны падыход да позняй мазжачковай атаксіі: упарадкаванне засмучэння з адсутнасцю парадку. Pract Neurol 2012;12:14-24.
2. Cortese A, Simone R, Sullivan R і інш. Біалельнае пашырэнне інтроннага паўтору ў RFC1 з'яўляецца распаўсюджанай прычынай атаксіі з познім пачаткам. Nat Genet 2019;51:649-658.
3. Rafehi H, Szmulewicz DJ, Bennett MF і інш. Ідэнтыфікацыя пашыраных паўтораў на аснове біяінфарматыкі: пашырэнне нерэферэнснага інтронічнага пентамера ў RFC1 выклікае CANVAS. Am J Hum Genet 2019;105:151-165.
4. Пелерын Д., Данзі М.К., Уілке К. і інш. Глыбокае пашырэнне паўтораў FGF14 GAA ў інтронічных мазжачковых атаксіях з познім пачаткам. N Engl J Med 2023;388:128-141.
5. Rafehi H, Read J, Szmulewicz DJ і інш. Інтронная экспансія паўтораў GAA ў FGF14 выклікае аўтасомна-дамінантную атаксію дарослага чалавека SCA50/ATX-FGF14. Am J Hum Genet 2023;110:105-119.
6. Ірузубіета П., Пелерын Д., Бергарэш А. і інш. Частата і фенатыпічны спектр спінацэрэбелярнай атаксіі 27B і іншых генетычных атаксій у іспанскай кагорце мазжачковай атаксіі з познім пачаткам. Eur J Neurol 2023.
7. Бахло М., Бенет М. Ф., Дэгорскі П., Танкард Р. М., Дэлатыцкі М. Б., Локхарт П. Дж. Апошнія дасягненні ў выяўленні паўторных пашырэнняў з дапамогай кароткачытавага секвенавання наступнага пакалення. F1000Res 2018;7.
8. van Swieten JC, Brusse E, de Graaf BM і інш. Мутацыя ў гене фактару росту фібрабластаў 14 звязана з аўтасомна-дамінантнай мозачкавай атаксіяй [выпраўлена]. Am J Hum Genet 2003; 72: 191-199.
9. Пелерын Д., Гоба Г.Д., Коўз М. і інш. Распаўсюджаны фланкіруючы варыянт асацыюецца з павышанай меётычнай стабільнасцю локуса FGF14-SCA27B. bioRxiv 2023.
10. Уілке К., Пелерын Д., Менгель Д. і інш. Атаксія GAA-FGF14 (SCA27B): фенатыпічны профіль, натуральнае развіццё і рэакцыя на лячэнне 4-амінапірыдынам. Brain 2023;146:4144-4157.