一个家系突变分析一篇 SCI | 文章解析

发表时间：2021

期刊名称：Frontiers in Genetics

题目：一种新的NTRK1变异导致先天性无汗性疼痛不敏感症

作者：Kai Yang等，首都医科大学附属北京妇产医院遗传诊断中心

链接：https://doi.org/10.3389/fgene.2021.763467

背景

先天性无汗性疼痛不敏感(Congenital insensitivity to pain with anhidrosis, CIPA. MIM #256800)，也称为遗传性感觉和自主神经病变IV(HSANIV)，是一种罕见的常染色体隐性遗传病，其主要特征是无伤害性、无汗和金黄色葡萄球菌感染风险增加。CIPA患者不会因任何有害刺激而感到疼痛，包括炎症和高温，因此他们经常出现伤口，以及由于反复骨折而导致骨骼畸形。

目前尚不清楚CIPA的流行情况，而NTRK1基因的双等位基因突变占所有病例的绝大多数。尽管如此，仍有少数CIPA病例被发现是由NGF和PRDM12基因突变引起的，这表明在分子水平上进行鉴别诊断的重要性。所有这些基因都参与痛觉感受器的分化和成熟，表明它们在这一过程中存在协同作用。

NTRK1基因编码神经营养酪氨酸激酶受体1型 (TrkA)，属于神经生长因子受体家族，其配体包括神经营养因子，它在调节中枢和外周神经元的发育中起着关键作用。NTRK1位于染色体1q23.1区，全长25kb，包含17个外显子。到目前为止，已对NTRK1中CIPA的130多个致病变异进行了索引。在不同的种族中，有不同的热点变异，发病率较高，但特定的NTRK1变异，特别是错义突变，对分子结构和蛋白质功能的影响仍值得进一步研究。

本文作者对一个受CIPA影响男孩进行了全面的临床评估和基因检测。从两个方面进行了进一步的调查。一方面，预测新突变体的分子内影响及其潜在的生物学效应；另一方面，将携带突变体NTRK1 cDNA的表达载体转染工具细胞系，研究其对细胞代谢的影响。

结果

临床表现

根据病史调查，患者从18个月开始出现双侧踝关节肿胀和骨折。他的运动和语言发展方面明显落后于同龄人。右脚踝多处骨折，脚踝和膝盖肿胀，限制了他的行动。X射线表现为脊柱侧弯、右脚踝骨髓炎样改变、骨变形、多关节骨质破坏、部分椎体变形后骨髓炎样改变(图1)。

NTRK1基因的变异分析

通过WES鉴定了一个存在复合杂合变异的NTRK1基因，由两种变异组成，即(NM_002529.3) c.851-33T > A和c.2242C > T（Arg748Trp) (图2A)。图2B显示了NTRK1基因和肽链中两个变异的位置。其中，前者在东亚人群中普遍存在，而后者是一种未被报道的新的错义突变，REVEL评分为0.650，表明这种变异是不确定的，但很可能是致病性的。Arg748残基在物种间保持进化保守(图2C)。

REVEL评分：An ensemble method for predicting the pathogenicity of missense variants using the following tools individually: MutPred, FATHMM, VEST, PolyPhen, SIFT, PROVEAN, MutationAssessor, MutationTaster, LRT, GERP, SiPhy, phyloP, and phastCons; with the cutoff value of >0.7。

为了阐明p.Arg748Trp对分子结构和蛋白质功能的影响，作者进行了分子动力学模拟和体外实验。WT和Mut模型如图3A所示。结果表明，p.Arg748Trp突变体以色氨酸取代强碱性精氨酸，破坏了Arg748侧链形成的氢键，有望改变其电位分布。由分子动力学可知，从均方根偏差和均方根波动(Root mean square deviation and root mean squarefluctuation)的轨迹来看，Arg748Trp Mut比WT更灵活 (图3B, C)。此外，Trp748与其余残基之间形成的氢键比Arg748与其余残基之间形成的氢键要多(图3D)，这可能导致相应的环区柔性较差。此外，Arg748Trp可以影响两个β折叠之间连接区域的二级结构 (图3E)。

NTRK1Arg748Trp突变对代谢的影响

根据细胞内荧光信号 (图4A)和NTRK1mRNA的相对表达水平 (图4B)，转染效率较理想。

两组代谢产物有显著性差异 (WT和Mut)在图4C、D中显示。通路富集结果表明，受NTRK1 Arg748Trp影响最显著的代谢途径是嘌呤代谢 (图4E；表1)。具体地说，AMP的体积下降，而腺苷的体积增加。随后，在所有催化腺苷酸水解的酶中，qRT-PCR显示与野生型细胞相比，Mut转染细胞中NT5C2mRNA的表达显著上调 (图4F)。

结论

这对夫妇的未来怀孕将有25%的机会受到影响，因此需要推荐潜在的干预措施，如产前诊断或植入前诊断。本研究的主要局限是，目前还没有确凿的证据来阐明新的NTRK1变异对功能的影响。

综上所述，本研究提出了一个新的复合杂合子NTRK1变异，其中包括一个新的变异c.2242C > T (p. Arg748Trp)。本研究的发现扩展了对NTRK1突变的了解，并为该家族未来妊娠的遗传咨询提供了关键信息。