Copresence协会致病性变异和肌萎缩性脊髓侧索硬化症和预后有关
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文摘
背景和目标尽管最近的进步,目前尚不清楚的各种基因/遗传变异相关的肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)交互修改患者的表型。本研究的目的是确定是否copresence ALS基因变异相关的互动对病程的影响。
方法研究人群包括1245名ALS患者识别通过皮埃蒙特注册ALS 2007年和2016年之间,没有携带1型超氧化物歧化酶,焦油DNA结合蛋白,融合在肉瘤致病性变异。控制766年意大利参与者年龄、sex-matched和地理位置匹配的情况。我们认为Unc-13同族体(UNC13A)(rs12608932)、钙调蛋白绑定转录激活1 (CAMTA111)(rs2412208),溶质载体家庭成员2 (SLC11A2)(rs407135),锌指蛋白512 b (ZNF512B)(rs2275294)变异以及ataxin-2 (ATXN2)polyQ中间重复(≥31)和染色体9 72年开放阅读框(C9orf72)GGGGCC intronic扩张(≥30)。
结果整个队列的平均生存时间是2.67年(四分位范围(差)1.67 - -5.25)。在单变量分析中,只有C9orf72(2.51年,差1.74 - -3.82;p= 0.016),ATXN2(1.82年,差1.08 - -2.33;p< 0.001)UNC13AC / C(2.3年,差1.3 - -3.9;p< 0.001)显著降低生存。在考克斯多变量分析中,CAMTA1也出现了相关的独立生存(风险比1.13,95%可信区间1.001 - -1.30,p= 0.048)。2的copresence有害的等位基因/扩张与短生存。特别是,中位数患者的生存CAMTA1G / G + G / T和UNC13AC / C等位基因是1.67年(1.16 - -3.08)相比,2.75年(1.67 - -5.26)的病人没有携带这些变体(p< 0.001);患者的生存CAMTA1G / G + G / T等位基因和ATXN2≥31中间polyQ重复是1.75年(0.84 - -2.18)(p< 0.001);患者的生存ATXN2≥31polyQ重复和UNC13AC / C等位基因是1.33年(0.84 - -1.75)(p< 0.001);患者的生存C9ORF72≥30和UNC13AC / C等位基因是1.66年(1.41 - -2.16)。每一对有害的等位基因/扩展特定临床表型有关。
讨论我们发现基因变异作为修饰符ALS的生存或表型可以作用于自己的。总体而言,54%的患者至少1有害的常见变异或重复扩张,强调我们的研究结果的临床影响。此外,修饰符的互动影响基因的识别是一个至关重要的线索来解释肌萎缩性侧索硬化症临床异质性和应该考虑在设计和解释临床试验的结果。
术语表
- 肌萎缩性侧索硬化症=
- 肌萎缩性脊髓侧索硬化症;
- ALSFRS-R=
- 修改后的肌萎缩性侧索硬化症功能评定量表;
- ATXN2 =
- ataxin-2;
- C9orf72 =
- 染色体9 72年开放阅读框;
- CAMTA1 =
- 钙调蛋白结合转录激活1;
- FTD=
- 额颞叶痴呆;
- 付家 =
- 融合在肉瘤;
- 全科医生=
- 全科医生;
- 人力资源=
- 风险比;
- 位差=
- 四分位范围;
- SLC11A2 =
- 溶质载体家庭11成员2;
- SOD1 =
- 1型超氧化物歧化酶;
- TARDBP =
- 焦油DNA结合蛋白;
- TDP-43=
- 焦油DNA结合protein-43;
- UNC13A =
- Unc-13同族体一;
- WGS=
- 全基因组测序;
- ZNF512B =
- 锌指蛋白512 b
肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)是一种进行性退化性疾病的中枢神经系统,表现为上运动神经元和下运动神经元的参与,以及皮质额颞叶皮层的神经元。ALS是一种多因子的紊乱造成的遗传和环境之间的交互。1而相对很少有人知道环境对ALS的贡献,致病性变异在30多个基因与疾病,最常见的是染色体9 72年开放阅读框(C9orf721型)、超氧化物歧化酶(SOD1)、焦油DNA结合蛋白(TARDBP),并在肉瘤融合(付家)。总体而言,遗传病因以大约70%的ALS患者的家族历史显然ALS患者和10%的零星的肌萎缩性侧索硬化症。2
除了致病基因外,其他基因已经被报道是ALS表型的修饰符,尤其是患者的生存。在这其中,最相关的是Unc-13同族体(UNC13A)(rs12608932变种),3,4钙调蛋白结合转录激活1 (CAMTA1)(rs2412208变种),5ataxin-2 (ATXN2)(中间polyQ重复),6,7溶质载体家庭11成员2 (SLC11A2)(rs407135变种),8和锌指蛋白b (512ZNF512B)(rs2275294变种)。9有趣的是,UNC13A变体也已被证明是一个修饰词的反应药物。10这些现象很重要,从临床试验的角度来看。它不仅为药物开发提供额外的新目标,但它也表明,这些数据应该被纳入临床试验设计;它们对生存的影响通常等于预期的治疗效果,意义平衡基因治疗和安慰剂武器需要避免假阳性结果。
尽管有这些进展,目前尚不清楚各种ALS基因/基因变异在交互修改患者的表型。本研究旨在确定copresence变异与疾病相关的互动影响的ALS在以人群为基础的队列。
方法
研究人群包括2007年和2016年之间的ALS患者诊断和确定一个意大利未来基于寄存器(皮埃蒙特和瓦莱达奥斯塔注册ALS)。11,12所有患者被诊断为定,可能,可能的实验室,或可能的ALS根据El堆渣场修订标准。13更多细节关于流行病学在eMethods注册报告(links.lww.com/WNL/C799)。列表的控件被随机确定病人的全科医生(GPs)和匹配的情况下按性别和年龄(±5年)。因为医生协助人员的名单是由定义在同一个社区ALS患者的辅助,一个地理上的匹配是保证。
全基因组分析
全基因组测序(WGS)方法详细报道eMethods (links.lww.com/WNL/C799)。WGS 1029名ALS患者和766名对照已经被报道。14一个额外的290例ALS接受WGS所描述的地方。15
ATXN2CAG和C9orf72重复分析
C9ORF72intronic扩展使用一个既定repeat-primed PCR方法测定。ATXN2polyQ重复外显子1 (NM_002973.3)放大使用荧光引物和大小由毛细管电泳在ABI3130基因分析仪(应用生物系统公司,培育城市,CA)。两种方法详细描述eMethods和eAppendix 1 (links.lww.com/WNL/C799)。
生存基因修饰符
在这项研究中,我们考虑下面的报告基因与ALS的结果:UNC13A,CAMTA1,SLC11A2,ZNF512B。我们也认为这些基因之间的交互和C9orf72重复扩张和ATXN2polyQ中间重复,它也会影响ALS患者的生存。基因变异被一分为二,如下所示:UNC13AC / CvsUNC13AA / A + A / C;CAMTA1G / G + G / TvsCAMTA1T / T;SLC11A2A / C + C / CvsSLC11A2/一个;ZNF512BC / C + C / TvsZNF512BT / T。第一个等位基因(s)称这是有害的。二分法都是基于最初的报告基因在肌萎缩性侧索硬化症或后续研究的文章3,- - - - - -,5,8,9和被证实在我们的群组(数据没有显示)。
临床变量
修订ALS的月平均下降功能评定量表(ALSFRS-R) (∆ALSFRS-R)是使用以下公式计算:(48−ALSFRS-R评分诊断)/(时间从发病到确诊,几个月)。同样,月平均体重下降(∆重量)计算在诊断−健康的体重(体重)/(时间从发病到确诊,几个月)。最后,疾病传播的一个代理,国王举行的月平均下降(∆国王)计算(国王的分期诊断)/(时间从发病到确诊,几个月)。
共有909名患者进行认知评估在诊断时使用一个广泛的测试电池。病例分为5类根据共识标准诊断ALS额颞叶认知和行为症状。16电池评估视觉空间的功能、语言、执行功能,记忆,和社会认知,以及焦虑和抑郁,详细报道eMethods (links.lww.com/WNL/C799)。17
统计分析
哈迪温伯格平衡计算的变体。生存的每个基因的影响首先单独评估。第二,所有基因都是评估在考克斯多变量分析。第三,等位基因之间的相互作用在生存和其他被一双评估基因表型特征。与Mann-Whitney连续变量之间的差异进行评估U测试。用χ离散变量之间的差异进行评估2测试。用来计算生存和kaplan - meier曲线是与生存率较相比,设置开始日期日0时,死亡的日期或气管造口术作为终点。后续审查案件的最后一天是12月31日,2021年。
进行多变量分析为生存与Cox比例风险模型(逐步向后)保留的标准p值< 0.1。在最后的模型中,我们考虑重要的一个p值< 0.05。除了基因检查,下列变量纳入模型:发病年龄(连续),从发病到诊断(连续),遗传性别(男性和女性),网站的出现(球和脊髓),国王举行ΔALSFRS-R(连续)、用力肺活量在诊断(连续)%,∆重量(连续)、∆国王(连续)和慢性阻塞性肺疾病(yes和no)。采用SPSS 28.0统计软件包(SPSS,芝加哥,IL)的分析。
标准协议的审批、登记和病人同意
这项研究是经伦理委员会批准的ALS专家中心都灵和诺瓦拉(Comitato Etico Azienda Ospedaliero-Universitaria异食癖德拉敬礼e德拉Scienza,都灵和Comitato Etico Azienda Ospedaliero-Universitaria德拉马焦雷Carita,诺瓦拉# 0038876)。病人和控制提供入学前书面知情同意。根据意大利法律数据库是匿名隐私保护。
数据可用性
个体层面的序列数据都可以在数据库的基因型和表型(加入数字:phs001963.v1.p1)。表型数据将提供动力要求感兴趣的研究人员。
结果
在2007 - 2016年期间,共有1445名患者被诊断出患有肌萎缩性侧索硬化症研究区域。其中,1319例(91.2%)有可用的DNA和全基因组测序。共有74名患者SOD1(n = 45),TARDBP(n = 22)付家(n = 7)致病变种被排除在异构的临床过程的分析,因为不同的错义和无意义的致病性变异的基因。18因此,最终的研究人群包括1245例(n = 689名男性患者(55.3%),平均发病年龄68.0年=[四分位范围(差)60.3 - -74.3])。一个流程图总结报告为病人选择eFigure 1 (links.lww.com/WNL/C799)。共有766个匹配控制包括在这项研究中。病例的临床和人口特征和控制详细表1。
研究变异的等位基因的频率在eTable报告1 (links.lww.com/WNL/C799)。为UNC13A中,等位基因频率明显不同的情况下和控制(p= 0.037);等位基因频率并没有偏离哈迪温伯格平衡控制(p= 0.29),而病人中观察到偏差(p= 0.015),反映出与C等位基因相关的风险增加。此外,对于ZNF512B等位基因频率明显不同的病例和控制(p= 0.027);然而,对于病人和控制,等位基因的频率ZNF512B不偏离哈迪温伯格平衡。CAMTA1和SLC11A2等位基因频率之间没有不同的病例和控件(p= 0.60,p分别为= 0.33),和等位基因频率没有偏离哈迪温伯格平衡的情况下和控制。共40例(3.2%)ATXN2polyQ重复≥31,91名患者(7.3%)的C9orf72重复扩张。基因变异和扩张的频率没有偏离预期的数据。
整个队列的平均生存时间是2.67年(差1.67—-5.25)。研究变异的C9orf72(平均生存2.51年,差1.74 - -3.82;p= 0.016),ATXN2(平均生存1.82年,差1.08 - -2.33;p< 0.001)UNC13AC / C(平均生存2.3年,差1.3 - -3.9;p< 0.001)显著相关短生存在单变量分析中,而变异CAMTA1G / G + G / T(平均生存2.58年,差1.59 - -5.08;p= 0.231),SLC11A2A / C + C / C(平均生存2.66年,差1.59 - -5.58,p= 0.665)ZNF512BC / C + C / T(平均生存2.66年。差1.66 - -5.16;p= 0.325)不影响ALS的结果(eFigures 2 - 7日,links.lww.com/WNL/C799)。考克斯在多变量分析中,C9orf72(风险比[HR] 1.65, 95%可信区间1.30 - -2.08,p< 0.001),ATXN2(HR 1.65, 95%可信区间1.18 - -2.29,p= 0.003),UNC13A(HR 1.31, 95%可信区间1.09 - -1.58,p= 0.005)CAMTA1(HR 1.13, 95%可信区间1.001 - -1.30,p= 0.048)是独立与生存相关(表2)。因此,我们评估的综合影响C9orf72,ATXN2,UNC13A,CAMTA1在ALS患者结果有害的等位基因或扩张与那些没有相比,在成对的基础上。
当评估通过对基因的相互作用,我们发现,在大多数基因对,都有害的等位基因的存在/重复扩张与生存相比,其他情况下短得多。之间的交互部分的例外C9orf72和CAMTA1,这是近乎显著(p= 0.052)。
具体地说,总共有68例(5.5%)进行的CAMTA1G / G + G / T和UNC13AC / C等位基因。生存中值为1.67(1.16 - -3.08)年为2.75(1.67 - -5.26)的患者没有携带有害的等位基因在基因(p< 0.001)(图1)。从表型的角度来看,这两个患者CAMTA1G / G + G / T和UNC13AC / C等位基因在四年以上的特征,发病年龄更高∆重量,和更频繁的球开始(eTable 2,links.lww.com/WNL/C799)。
总共有20例(1.6%)进行CAMTA1G / G + G / T等位基因和ATXN2≥31中间polyQ重复。生存中值为1.75(0.84 - -2.18)年为2.67(1.67 - -5.25)的患者没有携带有害的等位基因在基因(p< 0.001)(图2)。患者的表型CAMTA1G / G + G / T等位基因和ATXN2≥31CAG重复发作的特点是更频繁的球和更高的∆ALSFRS-R和∆国王(eTable 3,links.lww.com/WNL/C799)。
总共有38例(3.1%)同时进行CAMTA1G / G + G / T等位基因和C9ORF72重复扩张。他们的生存中值是2.33(1.49 - -3.84)年为2.67(1.67 - -5.25)的患者没有携带任何这些有害的等位基因(p= 0.052)(图3)。患者CAMTA1G / G + G / T等位基因和C9ORF72≥30有8年发病年龄更年轻,也更经常受到共病额颞叶痴呆(FTD) (34.4% vs 15.3%) (eTable 4,links.lww.com/WNL/C799)。
6个病人(0.5%)进行ATXN2≥31polyQ重复和UNC13AC / C变体;他们的平均生存时间为1.33(0.84 - -1.75)和2.67(1.67 - -5.25)对于那些携带ATXN2≤30CAG重复和UNC13AA / A + A / G(p< 0.001)(图4)。
五个病人(0.4%)两种C9ORF72≥30和UNC13AC / C等位基因;他们的平均生存时间为1.66(1.41 - -2.16)和2.67(1.67 - -5.25)对于那些携带C9ORF72≥30和UNC13AA / A + A / G(p< 0.019)(图5)。
最后,在当前队列中,任何情况下C9orf72扩张进行一个ATXN2中间重复扩张。
我们也评估对ALS患者结果的影响1、2或3有害的等位基因。573个病人(46.0%)没有有害的等位基因的平均生存时间3.0年(1.67 - -5.92)相比,2.67年(1.75 - -5.0)对于那些携带1有害变异/扩张(543例,43.6%),1.84年(1.25 - -3.25)对于那些携带2有害变异/扩张(125例,10.0%),0.84年(0.33 - -1.33)4(0.3%)患者携带3变种(p< 0.001)。相应的生存曲线报告eFigure 8 (links.lww.com/WNL/C799)。临床4病人携带3有害的等位基因的细节发表在eTable 5。这些病人的特点是发病年龄超过70年,很短的时间内从发病到诊断(3 - 8个月),各种ALSFRS-R成绩(10-42)和快速诊断疾病,所表示的∆ALSFRS-R∆国王。三个4对血脂异常患者的合并症。只有1前吸烟是吸烟者。由于这些特点,患者很可能携带多个有害的变异可以错过由于其极其快速的临床过程。
讨论
在我们的群体中,我们发现选中的copresence有害的等位基因在常见变异或重复扩张,分别是不利于ALS患者的生存期有相加作用。特别是,copresenceCAMTA1G / G + G / T变异与UNC13AC / C变体或ATXN2polyQ中级扩张或C9ORF72扩张显著恶化有关病人的结果。这种效应评估的copresence时也发现了UNC13AC / C变体与C9orf72GGGGCC扩张或ATXN2polyQ中间扩张。在我们的群体中,672名患者(54%)进行至少1有害变异/扩张。
ALS表型的遗传修饰符通常孤立地研究。3,- - - - - -,5,8,9例外2研究报告的同现C9orf72重复扩张和UNC13AC / C变异显著恶化ALS患者的预后。19,20.然而,识别机制的广泛表型异质性ALS,阻碍了探索有效的治疗方法,2仍然是重要的未满足的肌萎缩性侧索硬化症研究的目标。ALS异质性可能是因为基因之间的相互作用,年龄,性别,1,21和环境因素相关的生活方式(即。、体力活动、吸烟)22,23和代谢因素(即。,lipid metabolism, gut microbiome).24,- - - - - -,26在这项研究中,我们已经表明,另一个元素确定ALS表型异质性的copresence生存下来的2个或更多不同的遗传修饰符。
我们没有确认的预后作用2检查的变体,SLC11A2(rs407135)和ZNF512B(rs2275294)。的预后效果SLC11A2据报道只有1研究小群体,之后从未被复制。8同样的,ZNF512B一直在评估只有两小群患者的亚洲血统,占总共388名参与者。9,27因此,对于这两种基因,需要进一步的研究来探索其可能的预后作用肌萎缩性侧索硬化症。
CAMTA1G / G + G / T等位基因在群体似乎与所有其他检查基因在缩短ALS生存。之间的交互CAMTA1G / G + G / T和UNC13AC / C变异,占68例(5.5%),除了强烈的负面影响生存,也是表型特点是发病年龄老,更频繁的球开始,更高的体重减少(∆重量)。之间的交互CAMTA1G / G + G / T和ATXN2≥31(20例,1.6%)的特点是增加∆ALSFRS-R∆国王,指示一个更快的传播和运动症状恶化。最后,患者CAMTA1G / G + G / T和C9ORF72≥30年轻,∆国王的增加,有较高FTD的频率。病例数之间的交互UNC13AC / C和C9ORF72≥30(5例,0.4%)UNC13AC / C和ATXN2≥31(6例,0.5%)太低,以发现任何明显的表型差异。
这些相互作用的生物原因仍有待阐明。由这些基因编码的蛋白质可能在分子水平上进行交互。据报道,焦油DNA结合protein-43 (TDP-43),胞质内含物是疾病的病理特点,提高翻译CAMTA1和midline-1-interacting G12-like蛋白质通过功能机制操作通过他们的5′非翻译区28;然而,这篇文章没有评估的发生CAMTA1G / G + G / T变体差异影响观察效果。最近,它已经表明,TDP-43压制神秘exon-splicing事件UNC13A,导致的减少UNC13A蛋白表达。29日,30.此外,C / C基因变异UNC13A促进了神秘的外显子核TDP-43枯竭。28,29日独立于之前报道机制,CAMTA1被发现是一个相关的神经退行性疾病的“支配性调控因子”转录程序在培养汽车neuron-based ALS模型。31日生物临床前模型的研究是有必要的,了解这些基因如何交互。
本研究并非没有限制。首先,并不是所有的患者进行认知功能检测,减少认知评估基因相互作用的可能性。然而,临床和人口特征的测试和nontested患者相似,限制了可能的选择性偏差。第二,很少有患者同时进行ATXN2≥31CAG重复和UNC13AC / C有害的等位基因或C9ORF72≥30和UNC13AC / C有害的等位基因,减少的可能性,评估他们的表型和限制这些分析的力量。同样,由于减少了携带超过2变异的患者数量,我们无法评估的影响超过2变种。更大的患者群是必要的分析这些组合和计算多基因的生存风险评分。此外,外部复制我们的发现有必要确认在其他人群。我们研究的一个显著的方面就是它以人群为基础的本质,因为它包含大约90%的事件队列的患者在皮埃蒙特和瓦莱达奥斯塔的地区。14已经证明了普遍和事件人群强烈不同于临床的角度来看,包括生存,支持研究来自事件的概念,以人群为基础的群组更好代表ALS人口。32,33
我们证明了基因变异和扩张作为遗传修饰符ALS的生存可以自己行动或一致。总体而言,54%的病人进行至少1有害的等位基因在常见的变体或重复扩张,凸显我们的研究结果的临床影响。这一观点有几个含义。首先,确定修饰基因的交互作用代表了一个重要的线索来解释肌萎缩性侧索硬化症临床异质性。第二,这些变异的交互效应可能对临床试验设计和解释产生深远的影响,尤其是相对常见的组合,如协会CAMTA1G / G + G / T和UNC13AC / C变体系列占5.5%的病人和减少病人的生存超过1年。第三,我们的研究表明,变异作为表型修饰符应该被包括在ALS基因面板为病人和他们的家庭提供更好的预测的疾病和改善治疗干预措施的计划。
研究资金
这项工作是支持的意大利卫生部(Ministero德拉敬礼,Ricerca疗养地Finalizzata,格兰特rf - 2016 02362405);Progetti di Rilevante重回国家队的感兴趣项目的教育部,大学和研究(批准2017 snw5mb);欧盟委员会(European Commission)的健康第七框架计划(fp7/2007 - 2013赠款协议259867);地平线2020计划(项目难题赠款协议101017598);和联合Programme-Neurodegenerative疾病研究(力量、ALS-Care和Brain-Mend项目),意大利教育部颁发的大学和研究。这部分工作是支持校内国家老化研究所的研究项目(格兰特Z01-AG000949-02)。本研究表现优秀的部门下授予的意大利大学和研究神经科学的“丽塔利Montalcini那里”部门,意大利都灵大学健康科学部门,大学东部山前,意大利诺瓦拉。
信息披露
a亚蔡是科学顾问委员会三菱田边,生原体,罗氏,德纳里峰制药,Cytokinetics,莉莉,Amylyx制药和收到生原体的研究资助。c . Moglia a . Canosa Manera, m . Grassano r . Vasta f .帕伦博,s . Gallone m . Brunetti f•德•马奇中一段Dalgard, r·贾g·莫拉·l·柯拉s D 'Alfonso和l .马志尼报告没有披露。B.J. Traynor持有美国、加拿大和欧洲专利的临床检测和治疗干预hexanucleotide在C9orf72重复扩张。从Cytokinetics a卡尔沃获得研究资助。去首页Neurology.org/N为充分披露。
附录的作者
脚注
去首页Neurology.org/N为充分披露。资金信息和披露认为作者相关的,如果有的话,年底提供这篇文章。
这篇文章加工费由国立卫生研究院资助。
先前发表在medRxiv doi:10.1101 / 2022.09.25.22280338。
提交和外部同行评议。处理编辑器是副主编安东尼·阿马托医学博士FAAN。
- 收到了2022年11月1日。
- 接受的最终形式2023年3月17日。
- 联邦政府的书面工作由员工作为自己的职责的一部分,根据美国版权法,“美国政府工作”标题下的版权保护美国17代码不可用。因此,版权不扩展到联邦政府雇员的贡献。
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