JMT日本医疗——线粒体疾病和未确诊病例中新重复序列异常的鉴定

点击量：4454   日期：2024-11-11 15:45    编辑：JMT日本医疗

专注于线粒体疾病和重复异常伸长，即使使用目前的基因分析技术，诊断率也很低

 

 

发现了导致线粒体疾病的新重复序列（GGGCC 碱基的重复序列）的异常伸长。 这项研究由理化学研究所诊断与治疗研究生院诊断与治疗学研究科/疑难杂疾病诊断与治疗研究中心主任兼教授（团队负责人）冈崎浩司博士、八冢由纪子助理教授进行。该研究小组由理化学研究所综合医学中心应用基因组分析技术研究组副组长尾崎心博士（研究时，现任访问高级研究员）、千叶儿童医院代谢科主任村山圭博士（研究时，现任顺天堂大学研究生院疑难杂症诊断和治疗教授）和埼玉医科大学儿科和基因组医学客座教授兼名誉教授大竹明领导的研究小组进行。 该研究在线发表在 npj Genomic Medicine 上。

 

线粒体疾病是厚生劳动省定义的指定疑难杂病之一，是一组可引起身体所有器官症状的疾病，主要是肌肉、大脑和心脏。 目前，尚无明确的治愈方法，它是一组相对常见的遗传疾病，每 5,000 名活产婴儿中就有 1 名受到影响。 未确诊率达到 6~7%，即使使用目前的基因分析技术，也有很多患者无法确诊。 到目前为止，超过 425 个基因（位于细胞核的基因组或线粒体的线粒体基因组中）的异常已被证明能够引起线粒体疾病。 其中许多是单碱基变体，导致短插入和缺失的变体，或者在极少数情况下，称为结构多态性的变体。 此外，虽然病例很少，但众所周知，持有重复序列的基因的功能会因异常长（异常伸长）而受损，异常长（异常伸长）由几个短碱基序列的重复组成，称为重复序列，有毒蛋白质的产生导致线粒体功能障碍。

 

从另一个角度来看，迄今为止已报道了 50 多例由于重复序列异常伸长引起的人类疾病（重复疾病），其中许多已知表现为神经损伤。 在这些重复疾病中，在患者样本中发现了从数百到数千个碱基的长重复序列，据说一种特殊的基因分析设备，即长读长测序仪，可以有效地准确分析它们。

 

发现 NAXE 基因表达显著降低的病例

 

在这项研究中，我们使用了多种技术，包括长读长测序仪，来识别导致线粒体疾病的新重复异常伸长。

 

在由 2,932 名未确诊的线粒体疾病患者的国内队列中，该研究小组正在进行研究，以确定导致每位患者患病的遗传变化。 在此过程中，2,932 名患者中的 400 名通过从真皮成纤维细胞中提取的 RNA 测序和定量分析进行了评估。 为了进行评估，使用了一个名为“OUTRIDER”的程序来检测在人群中脱颖而出的异常基因表达个体。 他们发现，在一个案例中，一种名为 NAD（P）HX 差向异构酶 （NAXE） 的基因的表达显着降低。 此外，作为 NAXE 基因产物的 NAXE 蛋白的量显着减少。 然而，当在同一病例中进行全基因组测序时，未检测到此类变异。

 

长读长分析在 NAXE 的启动子区域检测到 200 个 GGGCC 重复序列

 

接下来，使用可以一次读取长序列的长读长测序仪分析基因组序列。 结果发现，在控制转录起始的序列中，称为 NAXE 基因的启动子区，在这种情况下，GGGCC 的 5 碱基重复单元在正常情况下重复 3~5 次，但在这种情况下，它重复了大约 200 次，并且异常伸长。

 

此外，使用 RIKEN 的技术进行分析，用于检测新转录和新合成的 RNA（NET-CAGE：基因表达的天然延伸转录本-Cap 分析）。 结果，异常拉长的 NAXE 基因中的转录活性显著降低。 由此推断，由于启动子区重复序列的异常伸长，NAXE 基因的转录受到抑制。

 

GGGCC 重复序列延伸，增强的 CpG 甲基化和 NAXE 基因启动子区域的功能丧失

 

此外，CpG 甲基化，其中基因组 DNA 的胞嘧啶 （C） 被甲基化（添加甲基的化学修饰），在抑制基因表达的方向上起作用。 对长读长测序仪数据的分析显示，CpG 甲基化在异常伸长的 NAXE 基因的启动子区域内和周围增强。

 

综上所述，发现联合研究组发现的GGGCC重复序列异常伸长抑制了NAXE基因启动子区的基因表达，同时CpG甲基化增加。 结果，NAXE 基因的产物（RNA 和蛋白质）显着减少，NAXE 基因的功能丧失，导致线粒体功能障碍和 NAXE 相关脑病。

 

本研究是首次通过增量反复异常伸长阐明人类疾病的病理生理学。

 

预计类似的努力将导致促进未确诊病例的诊断

 

在这项研究中，在仍有许多未确诊的线粒体疾病患者的情况下，我们通过结合多种先进的遗传分析技术，成功地确定了导致一种线粒体疾病的遗传变化，并对以前难以诊断的患者进行分子诊断。 因此，预计类似的努力可以促进未确诊病例的诊断。

 

这可能是重复病研究的重要发现

 

同时，从近年来备受关注的重复性疾病的角度来看，本研究首次阐明了GGGCC作为重复序列可以引起人类疾病。 这表明具有相似 GGGCC 重复序列的基因可能会导致线粒体疾病以外的遗传性疾病。 人类基因组的百分之几由重复序列组成。 因此，众所周知，重复病的研究结果对其他领域有很大影响。 “这项研究也有望提供见解，以加速对重复疾病的研究，”研究人员写道。

 

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