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全外顯子組測序揭示POLR3B與早衰症相關的Wiedemann-Rautenstrauch綜合征相關的變異

beplay怎么下载安装體積47，文章編號:160（2021）引用本文

摘要

背景

Wiedemann-Rautenstrauch綜合征(WRS)是一種罕見的常染色體隱性新生兒早衰性疾病，其特征是產前和產後生長發育遲緩、身材矮小、早衰性外觀、張力減退和智力障礙。

案例展示

本研究招募了一名6歲患者，其最初表現為多種產後畸形、麵部發育不良、小頜畸形、顱骨外觀、拇外翻和先天性髖關節脫位。患者最初被診斷為早衰症。患者母親在第二次妊娠檢查時發現胎兒發育異常，胎兒臨床表型與患者相似。對患者進行全外顯子組測序(WES)POLR3BC . 2191g > C:p。E731Q和c.3046G > A:p;在患者中檢測到v1016m。使用Sanger測序，我們發現表型和基因型在係譜內分離。這兩個變種是新的，在gnomAD和1000基因組數據庫中沒有發現。這兩個突變位點在人類和斑馬魚之間高度保守。

結論

我們的研究不僅發現了一種新的wrs相關基因，POLR3B，但也拓寬了突變譜和表型譜POLR3B．此外，WES可能有助於識別與罕見疾病相關的遺傳變異。

背景

早衰症，又稱過早衰老綜合症，會加速新生兒的衰老。典型的麵部特征包括頭部較大，鼻梁較窄，鼻尖較窄，上下唇紅唇較薄，嘴巴較小[1，2］．常見症狀包括皮下脂肪減少、乳牙長出和脫落延遲、腹部和大腿上部皮膚異常、早期脫發、指甲營養不良、髖關節外翻和關節活動能力下降[1，2］．確診時的平均年齡為2.9歲[1］．早衰症患者的平均死亡年齡約為12.6歲[1］．哈欽森-吉爾福德早衰症是一種加速衰老綜合症，由基因突變引起LMNA［3.］．

Wiedemann-Rautenstrauch綜合征(WRS;OMIM:264090)是一種罕見的常染色體隱性新生兒類早衰性疾病，包括一些過早衰老的特征，但它不是由椎板病引起的。WRS的特征是產前和產後生長發育遲緩、身材矮小、早衰樣外表(頭皮毛發稀疏、脂肪營養不良、三角形臉、尖下巴和出生牙齒)、張力不足和智力障礙[4］．WRS主要由雙等位基因突變引起POLR3A［5，6，7，8］．最近出現了純合子的無義變種POLR3GL已發現與WRS有關[9］．

我們報告一個先證者患有WRS。對先證者進行全外顯子組測序(WES)，發現其複合雜合序列變異POLR3B被確定。因此，除了先前報道的突變POLR3A而且POLR3GL在目前的研究中，我們發現了一種新的基因，POLR3B，與WRS的發病機製有關。

案例展示

先證者是一名6歲男孩。出生時體重2200克，體長50厘米，父母無血緣關係(圖1)。1A).在母親的孕檢中，先證者未發現異常。先證者有多種出生後異常，麵部發育不良，小頜畸形，顱骨外觀，拇外翻和先天性髖關節脫位(圖。1罪犯)。臨床診斷為早衰症。先證者的母親在第二次懷孕期間接受了定期產前檢查。由於是一名“高齡孕婦，妊娠史不佳”，先證者的母親進行了羊膜穿刺術和基因檢查，胎兒未發現異常。孕23周超聲檢查未見胎兒異常。29周的超聲檢查顯示胎兒有一個“檸檬頭”。胎兒頭部磁共振成像(MRI)顯示，胎兒大腦呈“檸檬形”，胎兒額葉相對較小。我們安排了小兒神經外科會診，會診醫生考慮到出生後殘疾的可能性。在與家屬和醫院產科醫生討論後，決定進行引產。孕婦生下重1590 g死亡女嬰，女嬰頭部發育異常(圖1)。1E)。

圖1
圖1

先證者Wiedemann-Rautenstrauch綜合征的譜係分析和圖像。一個家譜顯示先證者(II:1)來自一個非血緣家庭。II:2為引產胎兒。B先證者六歲時的麵部照片。身體特征為大頭畸形，頭皮毛發稀疏，頭皮靜脈突出，前額寬闊，臉呈三角形，下巴尖，上唇紅唇薄，耳部畸形。C先證者腿骨的照片。身體特征包括骨骼係統異常和四肢皮下脂肪的流失。D先證者腹部的照片。身體特征包括脂肪營養不良和極度消瘦。E流產的照片。身體特征包括頭部異常

全尺寸圖像

我們首先分析係譜(圖。1A)並認為該病可能具有隱性遺傳模式。首先，進行CNV測序，以評估II:1中是否存在CNV擾動。我們沒有發現II:1中超過100 kb的染色體非整倍體變異或已知的微缺失/微重複變異(補充圖1A).因此，采用WES來確定II:1的遺傳原因。外顯子組靶區覆蓋的質量指標是令人滿意的(補充表1)．當我們分析WES數據時，我們優先考慮純合子變異或複合雜合子變異。我們過濾掉了數據庫中等位基因頻率大於1%的變異，包括1000基因組數據庫(1000G，http://browser.1000genomes.org/index.html)、短遺傳變異數據庫(dbSNP，http://www.ncbi.nlm.nih.gov/snp/)， Exome變體服務器(ESP6500)，http://evs.gs.washington.edu/EVS/)和一個內部數據庫(保留的變量列在補充表中2)．接下來，我們認為先證者和流產胎兒都有早衰症的表型，因此，我們優先分析與早衰症相關的基因突變，如LMNA［3.，10］．然而，我們沒有發現任何潛在的致病性變異LMNA先證者。我們還關注了與早衰症相關的其他疾病的致病基因，如POLR3A［5，6),POLR3GL［9，我們隻發現了一個雜合子POLR3A變種c.1771-6C > A，是內含子變種，在WES數據中。自從雙等位基因突變POLR3A是致病的，我們發現的雜合子內含子變異可能與疾病的發生無關。然而，我們發現先發者攜帶複合雜合變異(NM_018082.5: C . 2191g > C:p。c.3046G > A:p.V1016M)的POLR3B它編碼一種功能與POLR3A密切相關的蛋白質。

Sanger測序用於驗證譜係中每個成員的變異。先證者和流產胎兒都有兩種變異(圖。2A)，其中C . 2191g > C遺傳自母體(圖2)。2A)和c.3046G > A遺傳自父親(圖。2一個)。

圖2
圖2

驗證與分析POLR3B變體。一個Sanger測序證實該化合物雜合性POLR3B先證者和中止者的變體。丈夫的父親和母親都攜帶一個雜合等位基因。紅色箭頭表示不同的地點。BPOLR3B中的域和變體站點。全長蛋白由1133個氨基酸組成。RNA_pol_Rpb2_1域(淺藍色框);RNA_pol_Rpb2_3域(紫色框);RNA_pol_Rpb2_4域(紅框);RNA_pol_Rpb2_5域(黃框);RNA_pol_Rpb2_6域(深藍色框);RNA_pol_Rpb2_7域(綠色框)。CPOLR3B在不同物種中的序列比對。紅色箭頭表示不同的地點

全尺寸圖像

為了了解這兩個變異的致病性，我們首先進行了生物信息學分析。使用在線預測工具，包括polyphen2、SIFT、prove和突變品嚐器，這兩個變體被認為是致病或破壞性突變(表1)．在1000G和gnomAD數據庫中，這兩種突變的等位基因頻率非常低，這也支持了預測結果1)．此外，我們還分析了兩個變異的保守性。這兩個變異都位於POLR3B的RNA_pol_Rpb2_6結構域(圖2)。2B).蛋白質序列比對分析結果顯示，從人類到斑馬魚的突變位點100%保守(圖5)。2B)，這表明變異位點的氨基酸在進化史上是不可替代的。美國醫學遺傳學和基因組學學院的指南預測這兩個變異的意義不確定(表1)．

表1生物信息學分析POLR3B變體
全尺寸表

我們通過分析POLR3B的結構進一步分析了變異位點可能的致病性。RNA聚合酶III和POLR3B的結構都是已知的(圖。3.A). POLR3B(圖。3.B)是RNA聚合酶III的重要亞基，與POLR3A一起形成聚合酶的催化活性中心。V1016殘留物非常重要(圖5)。3.C)因為先前的研究表明，與V1016殘基非常接近的H1014和K1019殘基是POLR3B中直接與核苷酸相互作用的氨基酸。最近的研究結果表明，K1019殘基與模板DNA鏈相互作用，H1014殘基與新轉錄的RNA鏈相互作用[11］．因此，我們推測V1016M可能會影響RNA聚合酶III的催化活性。E731殘基的位置為我們提供了關於機理過程的不充分的信息。3.D)，需要更多的實驗證據來闡明這些殘留物在疾病發病機製中的作用。

圖3
圖3

POLR3B結構及突變位點分析。一個RNA聚合酶的蛋白質複合體結構。BPOLR3B結構如圖所示。V1016和E731側鏈顯示為棒。CV1016殘留物的詳細結構信息。DE731殘留物的詳細結構信息

全尺寸圖像

討論與結論

在本研究中，一位有早衰症表型的患者接受了WES，我們發現該患者攜帶了複合雜合子的變異POLR3B基因。根據患者的遺傳變異和臨床表型，我們認為患者應診斷為WRS。在之前的研究中發現的與WRS發病相關的基因是POLR3A而且POLR3GL［6，9］．因此,POLR3B本研究發現的是一個新的WRS致病基因。

WRS最顯著的特征是早衰症。本研究先證者的臨床表型為早衰症;因此，在最初的WES分析中，我們關注的是早衰症相關基因。然而，我們沒有發現任何突變LMNA．與基因麵板檢測相比，WES的優勢在於它可以覆蓋幾乎所有蛋白質編碼基因的變體。因此，我們開始尋找其他基因變異當我們確定病人是LMNAmutation-negative。獨立遺傳分析鑒定出複合雜合變異POLR3B．POLR3A編碼與POLR3B功能密切相關的蛋白質的變體可能導致早衰相關的WRS。據此，我們進一步確認了POLR3B導致WRS的雙等位變異。

POLR3B位於CHR 12q23.3區域，由30個外顯子組成。POLR3A而且POLR3B分別編碼RNA聚合酶III的最大(RPC1)和第二大(RPC2)亞基，這是轉錄非蛋白質編碼RNA子集所必需的，包括5S核糖體RNA和轉移RNA (tRNAs) [12］．POLR3A和POLR3B共同構成聚合酶的催化活性中心，對聚合酶的催化活性有貢獻[13］．因此，有理由認為POLR3A而且POLR3B突變導致相似的表型。之前的研究已經發現POLR3B突變可導致骨髓功能減退、牙齒功能減退和促性腺功能減退(也稱為4H綜合征)[14，15，16］．我們相信POLR3B引起4H綜合征的突變不會幹擾引起WRS的突變，因為許多研究報告了的突變譜POLR3A；盡管biallelicPOLR3A突變曾在4H綜合征或痙攣性共濟失調患者中報道過，在WRS患者中檢測到單倍型。盡管4H和WRS之間有很大的差異，但在疾病表型上有一些重疊，這表明POLR3A而且POLR3B可能和兩種疾病都有關的降低POLR3A或POLR3B導致了trna總庫的轉錄紊亂和某些類型ncrna的轉錄紊亂[17，18]，可能是一種分子機製POLR3A或POLR3B突變。最近，一個序列的變體POLR3GL已被報道與WRS有關[9］．POLR3GL編碼RNA聚合酶III的17個亞基中的一個。POLR3GL (RPC32)與POLR1C (RPC62)和POLR3F (RPC39)共同形成穩定的亞絡合物。該亞複合體通過TFIIIB和POLR3F之間的相互作用引導RNA聚合酶III結合到TFIIIB- dna複合體[19］．因此，這些結果表明POLR3A，POLR3B,POLR3GL它編碼RNA聚合酶III的三個亞基，可能與WRS有關。

總之，這項研究不僅發現了一個新的wrs相關基因，POLR3B，還豐富了突變譜和疾病譜POLR3B．此外，我們相信，下一代測序技術對於識別與罕見疾病相關的基因突變非常有用。

數據和材料的可用性

本研究中使用和/或分析的數據集可根據合理要求從通訊作者處獲得。

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    中科院文章PubMed穀歌學者

下載參考

致謝

我們要感謝家庭成員參與這項研究，並同意發表他們的數據。

資金

本研究得到國家重點研發計劃項目(批準號:2016YFC1000101)的資助。

作者信息

作者指出

  1. 吳紹文、李林和範峰對這項工作貢獻相同。

作者和隸屬關係

  1. 首都醫科大學附屬北京婦產醫院產科，100026北京，朝陽

    吳紹文，劉小偉

  2. 北京市婦幼保健院，北京100026，朝陽

    吳少文，李林，王莉，孔圓圓，劉小偉，尹成紅

  3. 首都醫科大學附屬北京婦產醫院中心實驗室，北京，100026

    李林，尹成紅

  4. 清華大學醫學院基礎醫學係，北京海澱100084

    扇風

  5. 首都醫科大學附屬北京婦產醫院超聲科，北京，100026

    李王

  6. 首都醫科大學附屬北京婦產醫院新生兒篩查科，北京，100026

    中國香港

作者
  1. Shao-Wen吳
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  2. 林李
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  3. 扇風
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  4. 李王
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  5. 中國香港
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  6. 小薇劉
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  7. Chenghong陰
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貢獻

SW、LL和YK進行了基因分析。LL和FF進行蛋白質結構分析。SW和YK收集了臨床和影像學數據。SW, LL, XL和CY構思並起草了手稿。所有作者都對手稿進行了嚴格的審閱。作者們閱讀並批準了最終稿。

相應的作者

對應到小薇劉或Chenghong陰．

道德聲明

倫理批準和同意參與

本研究經北京婦產醫院倫理委員會批準，按照1964年赫爾辛基宣言及其後來的修訂進行。參與者簽署了這項研究的知情同意書。

發表同意書

在開始發表之前，必須征得患者父母的同意。

相互競爭的利益

作者聲明沒有利益衝突。

額外的信息

出版商的注意

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補充信息

權利與權限

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關於本文

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引用本文

吳,西南。，Li, L., Feng, F.et al。全外顯子組測序揭示POLR3B與早衰症相關的Wiedemann-Rautenstrauch綜合征相關的變異。Ital J兒科47， 160(2021)。https://doi.org/10.1186/s13052-021-01112-6

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關鍵字

  • Wiedemann-Rautenstrauch綜合症
  • Whole-exome測序
  • POLR3B
  • 兒童的早衰症
  • 生長遲緩

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ISSN: 1824 - 7288

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