【佳學基因檢測】輔酶 Q10 基因突變基因檢測找到色素性視網(wǎng)膜炎的發(fā)病原因

佳學基因眼科基因檢測導讀：

本病例多案例分析是為了解碼遺傳性視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良中輔酶 Q10 (CoQ10) 生物合成途徑的缺陷。 患有遺傳性視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良 (IRD) 的個體接受了外顯子組或基因組測序，以對其病情進行分子診斷。 經(jīng)過陰性 遺傳性視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良 (IRD) 基因組分析后，鑒定出攜帶 CoQ10 生物合成途徑基因雙等位基因變異的患者。 從醫(yī)療記錄中收集臨床數(shù)據(jù)。 根據(jù)家族基因組測序（GS）數(shù)據(jù)和直接桑格測序?qū)邢嗤e義變異的單倍型進行了表征。 使用 Oxford Nanopore Technologies 單分子測序?qū)蜻x剪接變體進行了疾病表現(xiàn)、臨床特征建庫分析。 在一些研究患者中測定了人血漿中 CoQ10 的狀態(tài)。 來自12個無關(guān)家族的13個個體在基因中攜帶候選致病基因型：PDSS1、COQ2、COQ4和COQ5。 PDSS1 變體 c.589 A > G 在來自三個不相關(guān)家族的三個受檢者中被發(fā)現(xiàn)，可能是祖先單倍型。 三種變體（PDSS1 c.468-25 A > G、PDSS1 c.722-2 A > G、COQ5 c.682-7 T > G）被證明會導致隱秘剪接。 6 名患者被診斷患有非綜合征性色素性視網(wǎng)膜炎，7 名患者有其他臨床癥狀。 這一基因解碼提供了 CoQ10 生物合成途徑基因缺陷在某些情況下導致非綜合征性視網(wǎng)膜色素變性的證據(jù)。 規(guī)范剪接位點之外的內(nèi)含子變異代表了疾病的重要原因。 RT-PCR 納米孔測序可有效表征這些剪接缺陷。
 

眼科致病基因鑒定基因解碼立項依據(jù)

輔酶 Q10 (CoQ10)，也稱為泛醌，是一種脂溶性分子，在所有系統(tǒng)的線粒體內(nèi)膜中合成，在高能量需求組織（如肝臟、心臟、腎臟、肌肉和眼睛）中表達較高。 CoQ10 是 ATP 合成過程中沿著線粒體呼吸鏈從復合物 I、復合物 II 到復合物 III 的重要電子載體。 因此，輔酶Q10的缺乏會導致呼吸鏈功能障礙。 原發(fā)性輔酶 Q10 缺乏癥是由對輔酶 Q10 生物合成很重要的核基因中的雙等位基因致病變異引起的。 迄今為止，具有可變臨床表現(xiàn)的疾病與PDSS1 (MIM #607429), PDSS2 (MIM #610564), COQ2 (MIM #609825), COQ4 (MIM #612898), COQ6 (MIM #614647), COQ8A (MIM #606980), COQ8B (MIM #615567), COQ9 (MIM #612837)的致病變異之間存在明確的關(guān)系。輔酶 Q10 缺乏癥的臨床表型表明，在許多病例中，視網(wǎng)膜病變可能是綜合征表型的一部分。 賊近的一項研究報告稱，攜帶雙等位基因 COQ2 變異的一個家庭的受影響成員會出現(xiàn)不涉及神經(jīng)系統(tǒng)的腎病和視網(wǎng)膜病。

目前以數(shù)據(jù)庫比對為基礎(chǔ)的針對遺傳性視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良 (IRD) 的基因檢測策略未能在相當大比例的病例中找到疾病的發(fā)病原因，這表明先前未識別的含有致病變異的基因仍有待識別。 然而，基因組測序 (GS) 和對基因組變異的公正詢問提供了無與倫比的機會來檢測基因組中未表征的基因和非編碼區(qū)域中的變異，從而導致以前未知的基因/疾病關(guān)聯(lián)（例如 HGSNAT 中的變異與 非綜合征性視網(wǎng)膜變性）。 在此，佳學基因眼科致病基因鑒定查原因阻遺傳課題組對先前未解決的 遺傳性視網(wǎng)膜營養(yǎng)不良 (IRD) 患者進行全基因組和外顯子組分析的結(jié)果，并報告了來自 12 個家族的 13 名個體在 CoQ10 生物合成途徑基因中具有雙等位基因候選變異，表明該途徑的缺陷代表了先前未報告的非綜合征性視網(wǎng)膜病變機制 。

眼科致病基因鑒定基因解碼基因檢測得到了什么其他機構(gòu)無法得到的結(jié)果

眼科致病基因鑒定基因解碼報告了一組 CoQ10 生物合成途徑基因中攜帶雙等位基因候選致病性變異并被診斷為伴有或不伴有眼外疾病（聽力損失、心臟病、腎臟疾?。┑纳匦砸暰W(wǎng)膜炎的患者的臨床和遺傳學基因測序結(jié)果，此類基因缺陷代表了 6 個個體（家族 6、8、9、10、11）中非綜合征性視網(wǎng)膜病變的機制。 在這個病例系列中，除一名受試者外，所有測試個體的血漿輔酶 Q10 水平均未改變，這可能表明這些輔酶 Q10 生物合成途徑缺陷的影響是輕微的，盡管人們認識到血漿水平是細胞內(nèi)輔酶 Q10 缺乏的不良指標。 此外，眼科基因解碼基因檢測證明了 ONT 測序的實用性，可以詳細表征非規(guī)范和規(guī)范剪接位點變體的異常剪接結(jié)果，其中 RT-PCR 產(chǎn)物的簡單瓊脂糖凝膠分析無法提供信息，這意味著桑格測序無法輕松進行。 單分子測序的優(yōu)點是可以為文庫制備中捕獲的 RT-PCR 擴增子的每個分子生成單個讀數(shù)，而不是必須達到檢測閾值（瓊脂糖凝膠條帶）或擴增子混合的信號累積 測序（RT-PCR 反應的桑格測序）。

迄今為止，CoQ10 生物合成途徑基因中的雙等位基因變異已被報道可導致原發(fā)性輔酶 Q10 缺乏，通常與多系統(tǒng)受累相關(guān)，賊近才被證明顯示視網(wǎng)膜受累。 盡管如此，賊近的一項研究報告稱，在攜帶雙等位基因 COQ2 變異的家庭中，出現(xiàn)了沒有神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)的腎病和視網(wǎng)膜病。 在佳學基因收集的患者隊列中，在四個 CoQ10 生物合成途徑基因中鑒定出候選雙等位基因型：PDSS1、COQ2、COQ4 和 COQ5。

先前描述 PDSS1 疾病臨床特征的報告強調(diào)視神經(jīng)萎縮和感音神經(jīng)性聽力損失是所有病例的主要特征。 有趣的是，這些報告均未表明眼科評估出現(xiàn)視網(wǎng)膜色素變化，并且受影響的個體均未表現(xiàn)出視神經(jīng)萎縮的體征和癥狀。 先前報告病例的平均檢查年齡為 14 歲，因此可能尚未出現(xiàn)視網(wǎng)膜病變。 在致病基因鑒定基因解碼的檢測分析，攜帶候選致病性 PDSS1 基因型的個體報告視覺癥狀時的平均年齡為 28 歲，其中一些個體由于保留中心視力而沒有報告癥狀（直到直接詢問）。 此外，視網(wǎng)膜變化可能非常輕微，如果沒有詳細的眼底檢查和多模態(tài)成像，可能會被遺漏。

這是一種新興現(xiàn)象，無偏測序研究揭示了輕度或低效錯義等位基因，導致非綜合征性視網(wǎng)膜病變或減弱的綜合征表型，其中主要視網(wǎng)膜參與先前已知的與綜合征性疾病相關(guān)的基因。 PDSS1 c.589 A > G p.(Lys197Glu) 變異在我們研究隊列中的三個不相關(guān)個體中發(fā)現(xiàn)。 盡管之前被分類為可能良性，但基因解碼在所有病例中都觀察到了可能的 LOF 變異的反式變異，這可能表明該變異可能是輕微的，并且只有在具有無效等位基因的反式變異時才具有致病性，類似于 ABCA4 視網(wǎng)膜病變的情況，其中 常見的 c.5603 A > T p.(Asn1868Ile) 變異僅被認為會導致具有嚴重反等位基因的反式疾病。 盡管如此，基因解碼基因檢測證明了可能存在這種變異的祖先單倍型，因此不能排除其他變異可以解釋或修改等位基因致病性的可能性，與gnomAD數(shù)據(jù)集中觀察到的潛在不同單倍型相比。

COQ5 基因中發(fā)現(xiàn)了三個不同的變異。 據(jù)《眼科疾病與其基因突變》，與該基因單核苷酸變異相關(guān)的孟德爾病以前尚未報道過。 基因解碼的分析表明，兩個不相關(guān)的家族中 COQ5 功能降低與視網(wǎng)膜病變之間存在明確的關(guān)系。 值得注意的是，之前的一份報告顯示，3 名受影響的兄弟姐妹存在 COQ5 基因 3' 端的純合部分串聯(lián)重復，并患有不同程度的小腦性共濟失調(diào)、腦病、全身強直陣攣性癲癇發(fā)作和認知障礙。

由于 COVID-19 大流行造成的限制，我們無法獲得肌肉活檢或成纖維細胞樣本來測量 CoQ10 水平。 然而，基因解碼基因檢測收集了血液樣本來研究血漿 CoQ10 水平。 這表明一名患有腎臟和視網(wǎng)膜疾病的人的 CoQ10 水平嚴重下降。 在來自家族 6 II:1 的另外一名個體中觀察到了臨界降低（195.45，參考范圍 227–1432nmol/L），而其余個體的 CoQ10 水平正常。如果沒有可用的成纖維細胞或肌肉活檢，解釋這些發(fā)現(xiàn)很困難，因為血漿 CoQ10 測量結(jié)果可能無法真正代表 CoQ10 生物合成途徑產(chǎn)生的細胞內(nèi) CoQ10 水平，因為大多數(shù)人通過均衡飲食獲得足夠水平的 CoQ10，因此很難得出任何結(jié)果。 根據(jù)在除一名個體之外的所有人中觀察到的正常水平得出的結(jié)論。 所有研究參與者均未補充 CoQ10。 因此，如果可能的話，將嘗試在肌肉活檢或成纖維細胞中測量 CoQ10 細胞內(nèi)水平，以更好地反映酶促產(chǎn)生的 CoQ10 水平。

輔酶 Q10 類似物是治療原發(fā)性線粒體疾病患者的一種有前途的方法，并且已經(jīng)表明，原發(fā)性輔酶 Q10 缺乏癥患者對輔酶 Q10 補充劑有反應。 重要的是，已證明衰老會導致視網(wǎng)膜中 CoQ10 水平降低。 這種下降可能導致視網(wǎng)膜內(nèi) ATP 生成減少以及抗氧化能力下降，這可能會導致視網(wǎng)膜變性的進展。 值得注意的是，RP25 患者的房水和血清中的總抗氧化能力較低。 因此，CoQ10 生物合成基因缺陷導致的 ATP 生成能力降低可能代表了這些情況下 RP 的機制。

然而，輔酶 Q10 補充療法的主要限制是輔酶 Q10 無法穿過被診斷患有線粒體眼病的患者的血腦屏障。 然而，新一代醌類似物艾地苯醌能夠穿透中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織，并通過繞過有缺陷的線粒體呼吸鏈復合物 I 并將電子直接傳輸至復合物 III 來改善能量供應。 治療試驗提供了令人信服的證據(jù)，表明口服艾地苯醌可以有效防止患有另一種線粒體眼部疾病 - 萊伯遺傳性視神經(jīng)病 (LHON) 的患者進一步視力喪失，甚至視力恢復。 鑒于我們研究中觀察到的非綜合征性視網(wǎng)膜表型，未來考慮輔酶 Q10 補充劑的替代品將是有用的。

總之，我們描述了 CoQ10 生物合成途徑的基因缺陷，這些缺陷導致之前未報道的與非綜合征性視網(wǎng)膜病變的關(guān)聯(lián)。 基因組測序基因檢測（GS） 是一種強大的工具，使科學家能夠通過詢問所有基因和內(nèi)含子區(qū)域，對以前未解決的病例進行可能的分子診斷。 使用 RT-PCR 和 ONT 測序，基因解碼基因檢測能夠詳細表征剪接改變變體的影響，而 RT-PCR 產(chǎn)物的簡單瓊脂糖凝膠分析無法提供信息。 在眼部遺傳小組（包括研究視神經(jīng)萎縮和視網(wǎng)膜病變的小組）中應考慮輔酶 Q10 生物合成途徑基因。

支持本文論點與論據(jù)的科學文獻

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9581764/