Haploinsufficiency的CSF-1R和高密度脂蛋白患者的临床病理特征
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摘要目的:阐明遗传、临床病理的和神经影像学特征的遗传患者弥漫性脑白质病与球状体(高密度脂蛋白)集落刺激因子1受体(CSF-1R)突变。
方法:我们表现的分子遗传分析CSF-1R患者高密度脂蛋白。详细的临床和神经影像学结果进行回顾性调查。五个病人神经病理检查。
结果:我们发现6种不同CSF-1R7指数变异患者从日本家庭无关。的CSF-1R突变包括3小说已知突变和1个错义突变进化保守氨基酸,和1小说剪切位点突变。我们确定了一种新颖的移码突变。逆转录PCR分析表明移码突变导致nonsense-mediated mRNA衰变产生过早终止密码子,这表明haploinsufficiencyCSF-1R足以引起高密度脂蛋白。免疫印迹分析显示,患者的大脑CSF-1R表达水平低于对照组。MRI特点研究结果的参与胼胝体白质和稀疏的信号改变,和序列分析显示,白质病变和脑萎缩无情地与疾病进展时间。白质的参差不齐的钙化常常CT观察到。Neuropathologic分析表明小胶质细胞在病人的大脑表现出不同的形态和分布。
结论:这些发现表明,患者高密度脂蛋白,无论变异类型CSF-1R显示特点临床和神经影像学特征,CSF-1R信号的扰动haploinsufficiency可能发挥作用在小胶质功能障碍导致高密度脂蛋白的发病机制。
术语表
- ASV=
- 异常剪接变体;
- CSF-1R=
- 集落刺激因子1受体;
- 清洁技术基金=
- c端片段;
- 天赋=
- fluid-attenuated反转恢复;
- GLUT-5=
- 葡萄糖transporter-5;
- 高密度脂蛋白=
- 遗传与球状体弥漫性脑白质病;
- POLD=
- 色素正色的脑白质营养不良;
- RT=
- 反转录;
- 单核苷酸多态性=
- 单核苷酸多态性;
- WML=
- 白质病变
世袭的弥漫性脑白质病与球状体(高密度脂蛋白)是一种进行性痴呆疾病,主要影响大脑白质。1高密度脂蛋白患者临床特点是逐渐出现认知和行为障碍,其次是运动能力损伤如步态障碍,动作迟缓。1,- - - - - -,3最近,一个基因编码的集落刺激因子1受体(CSF-1R)已被确定为致病基因患者高密度脂蛋白。4突变之前描述患者的hdl位于的激酶结构域内CSF-1R。4,- - - - - -,7先前的研究表明,细胞表达突变CSF-1R有缺陷的自身磷酸化CSF-1R由于CSF-1刺激。4这一发现表明,CSF-1R异常信号是高密度脂蛋白的发病机制相关;然而,精确的病理机制扰动CSF-1R信号导致高密度脂蛋白仍然难以捉摸。
高密度脂蛋白的总值neuropathologic特征具有突出的退行性变化与额叶脑白质突出和胼胝体。1显微镜检查显示髓鞘和轴突的损失和大量存在的neuroaxonal球状体。1,8,- - - - - -,11另一个独特的neuropathologic特性是色素的存在背景的巨噬细胞白质破坏。这些病理特征描述的一般色素正色的患者脑白质营养不良(POLD)。12,13患者POLD最近被证实携带CSF-1R突变。14
在这项研究中,我们发现7指数无关的谱系和无家族史的病人被发现携带各种类型的人CSF-1R突变。我们试图描述分子遗传学、临床神经影像,neuropathologic发现这些病人。
方法
标准协议的审批、登记和病人同意。
我们招收了7渊源者从7无关的日本家庭。基因组DNA是孤立的从患者外周白细胞。本研究机构审查委员会批准的新泻大学的和书面的知情同意是获得所有的病人和他们的照顾者。临床疑似病人高密度脂蛋白被称为我们的基因检测实验室CSF-1R。患者的临床表现、神经影像学结果进行回顾性评估,具备医师资格认证的神经学家。
遗传分析。
突变分析CSF-1R进行使用的两条链序列的扩增编码外显子和菌进行侧翼intronic序列如前所述。4突变被发现时,我们证实,突变没有发现已知的单核苷酸多态性(SNP)基于dbsnp,并确定在正常对照组的缺失突变定制TaqMan SNP基因分型分析(应用生物系统公司,培育城市,CA)。预测氨基酸替换的致病性错义突变造成的,我们在网上进行分析使用PolyPhen-2和筛选算法。15,16
从解剖大脑组织的总RNA提取的2患者CSF-1R突变(c。2442+1G>C and p.S688EfsX13) and from peripheral leukocytes from the patient with p.I794T mutation. Complementary DNA was synthesized using a high-capacity cDNA reverse transcription kit (Applied Biosystems).
免疫印迹分析。
蛋白质的额叶皮层解剖情况下(c。2442+1G>C and p.S688EfsX13) and control subjects without neurologic disorders were extracted and fractionated as previously described.17Detergent-extracted溶解产物受到十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳免疫印迹紧随其后。认识到糖基的多克隆抗体anti-CSF-1R CSF-1R (C-20,圣克鲁斯生物技术、达拉斯、TX)和单克隆抗体识别分子的n端CSF-1R (B8、圣克鲁斯生物技术)是用于检测总CSF-1R。CSF-1R磷酸化在Tyr546 Tyr723, Tyr809检测到使用特定antiphosphorylated CSF-1R抗体(细胞信号技术,贝弗利,MA)。细胞培养实验方法在e-Methods描述首页神经病学®网站www.首页neurology.org。
分析MRI和CT。
我们检查了总共23 7个病人高密度脂蛋白的核磁共振成像CSF-1R突变。MRI进行诊断用途使用1.5 t磁共振成像系统。轴向T1和t2加权图像和fluid-attenuated反转恢复(天赋)是获得所有的病人。纵向MRI研究的7个病人高密度脂蛋白进行使用之前报道的半定量的评定量表。18半定量的评级是由2专家审查员。2审查员之间的分数非常赞同一个显著相关(组内相关系数= 0.98,95%置信区间97 - 99)。7病人的脑部CT评估。
Neuropathologic技术和免疫组织化学。
Neuropathologic检查进行活检标本取自病人的额叶白质三世和4解剖患者的大脑,19病人VI,病人二世的祖父(病人IHC1表e 1),20.不包括一个病人表1(病人IHC2表e 1)。病人的临床病理的发现IHC2谁被发现携带CSF-1R突变的p。我79年4Twere reported in detail elsewhere.9Formalin-fixed,石蜡包埋部分做好准备,并与苏木精和伊红染色和Kluver-Barrera方法。串行部分的活检标本,解剖大脑的额叶和枕叶也被应用与多克隆抗体Iba1 (Wako,里士满,弗吉尼亚州;下),CSF-1R (C-20)(1:10 0)和葡萄糖transporter-5 (GLUT-5) (IBL、明尼阿波利斯、锰;1:50)和单克隆抗体CD68 (Dako Carpinteria, CA;1:200)。额叶的解剖控制,部分3例无神经系统疾病和2例阿尔茨海默病或罹患者应用。详细信息表e 1控制情况下是可用的。
结果
的识别CSF-1R突变。
我们确定了6个不同的突变CSF-1R与日本起源的高密度脂蛋白(7渊源者图1一个)。这些变异包括3小说错义突变(c.2294G > / p。G765D c.2342C > A / p。一个781E,and c.2470C>T/p.P824S), one novel splice-site mutation (c.2442+1G>T), and one novel single nucleotide insertion generating a premature stop codon (c.2060_2061insT/p.S688EfsX13). We detected one known missense mutation (c.2381T>C/p. I794T)4,6,7在2例显然无关的谱系。错义突变都位于酪氨酸激酶域的CSF-1R。中描述这些突变没有dbSNP数据库并没有出现在124健康对照组。错义突变氨基酸取代的高度保守的跨物种(图e-1A)。在硅片的分析使用PolyPhen-2错义突变和筛选项目显示,这些突变与高概率预测致病。
临床表现。
家庭发生在3渊源者,常染色体显性遗传被怀疑。四个渊源者没有家族史的神经系统疾病;因此,这些病人显然代表了零星病例,虽然可能仍不完全外显率或其他因素可能占家族历史的缺乏。患者的临床表现的细节CSF-1R突变是总结在表1。患者的发病年龄从36岁到55岁不等的平均发病年龄44岁。认知障碍是一个初始的所有患者的症状。认知障碍以及行为和人格改变是红衣主教的所有患者的临床特征。帕金森症状如动作迟缓和步态障碍,锥体的迹象,和癫痫发作频繁的相应的临床表现。6 7例发展为坐轮椅有严重痴呆发病后5年内有沟通问题。一个病人在发病后1年仍回廊,口头谈话的能力。
信使rna的表达突变CSF-1R。
我们试图确定在本研究发现的突变导致变更的mRNA表达或异常剪接。澄清这些问题,我们进行逆转录(RT)使用信使rna pcr分析标本来自外周白细胞或冷冻的大脑组织。放大的序列分析CSF-1R信使rna从患者p。我79年4T突变revealed that the mutantCSF-1R等位基因表达水平与正常等位基因(图e-1B)。我们下一个调查mRNA表达病人的大脑皮层的单核苷酸插入生成一个过早终止密码子(p.S688EfsX13)。这种过早的终止密码子预测是导致nonsense-mediated mRNA衰变。21为了测试这个预测,我们放大外显子15的CSF-1R通过rt - pcr。这一分析显示,突变等位基因的表达水平明显下降的价格相比正常等位基因(图1 b)。我们试图进一步确定剪切位点突变患者中的异常剪接变体(c.2442 + 1 g > T)涉及外显子18。rt - pcr分析使用设计引物来扩增外显子17日至20日透露,2额外的扩增片段被发现在病人的mRNA除了正常的片段(图e-1C)。我们subcloned这些异常的拼接成绩单和确定3异常与跳过外显子剪接变体18(图e-1C)。这些接头成绩单翻译成在坐标系截断CSF-1R蛋白质。
蛋白质的表达CSF-1R hdl患者的大脑。
建立变更的mRNA表达和异常剪接的CSF-1R发生在患者的大脑,我们接下来研究蛋白质的表达CSF-1R在大脑中。我们提取的蛋白质2患者额叶皮层的移码突变(p.S688EfsX13)和剪切位点突变(c.2442 + 1 g > T)以及控制没有神经障碍。使用anti-CSF-1R抗体免疫印迹分析揭示了长篇CSF-1R迁移∼150 kDa作为一个成熟的形式和∼130 kDa作为一个不成熟的形式,和裂解c端片段(CTF)迁移∼55 kDa (图1 c)。完整的表达水平和裂解CSF-1R周大福的患者明显低于对照组(图1 c)。
有缺陷的自身磷酸化表达突变CSF-1R CSF-1R的细胞。
解决功能性质的突变CSF-1R确定患者的hdl,我们短暂的转染野生型和突变CSF-1Rs cDNA HEK293T细胞。免疫印迹分析使用anti-CSF-1R抗体显示类似的表达水平在野生型和突变体CSF-1Rs(图e-2A)。在不断的刺激与CSF-1包含血清中,野生型CSF-1R显示本构自身磷酸化酪氨酸CSF-1R的546年和723年,而没有一个8突变体中发现我们的病人(S688EfsX13、G765D A781E, I794T,异常剪接变体(ASV) 1, ASV2, ASV3,和P824S)和2之前报道的突变体(M766T和M875T)4显示检测到的自身磷酸化CSF-1R(图e-2A)。我们下一个检查ligand-induced自身磷酸化的CSF-1R CSF-1刺激(25 ng / mL)后的血清培养基。与CSF-1刺激后,我们观察到的野生型CSF-1R自身磷酸化酪氨酸723年和809年时间的方式,而无论是ASV1还是I794T CSF-1R显示自身磷酸化(图e-2B)。延长这一发现,我们是暂时性的转染10突变CSF-1Rs检查ligand-induced自身磷酸化与CSF-1或IL-34 CSF-1R的刺激。没有一个突变CSF-1Rs接受了自身磷酸化的CSF-1R(图e-2C)。
然后我们决定是否错义突变影响自身磷酸化的野生型CSF-1R显性负态度。HEK293细胞诱导表达FLAG-tagged野生型CSF-1R进一步转染myc-His-tagged野生型和突变体CSF-1R。野生型的Coexpression CSF-1R CSF-1R自身磷酸化水平的增加与观察mock-transfected细胞表达FLAG-tagged野生型CSF-1R(图e-2D)。Coexpression突变CSF-1Rs没有抑制自身磷酸化水平发生在FLAG-tagged野生型CSF-1R(图e-2D)。这些发现表明,自身磷酸化的错义突变体造成损失的CSF-1R,但不抑制野生型的自身磷酸化CSF-1R显性负的机制。
核磁共振发现特征。
核磁共振成像显示了每个病人图2一个和图e - 3。所有的病人显示双边hyperintensities与额叶白质优势天赋或t2加权成像可视化。变薄的胼胝体hyperintensity病变被发现在疾病的早期阶段(图2一个)。白质的变化和胼胝体已经检测到在一个病人发病前5年,接受MRI评估他的头痛48岁(图2一个)。这一发现表明MRI改变先于hdl的临床症状。
纵向MRI变化。
纵向MRI变化测定7 hdl患者在使用MRI评定量表。18总MRI分数范围从12至44岁的白质病变(WML)分数范围从11到32岁,和萎缩分数范围从1到12。与疾病持续时间这些MRI评分增加,每年平均分数的变化分别为3.7±1.5总分,WML得分2.5±1.1,1.3±0.5萎缩得分。有统计上显著的相关性疾病的持续时间与总(r= 0.94,p< 0.01)、WML (r= 0.94,p< 0.01)和萎缩(r= 0.92,p< 0.01)的评分(图2中,罪犯)。我们发现一个WML得分和萎缩得分显著相关性(r= 0.94,p< 0.01)(图2 e)。
脑CT特征。
五6病人脑CT显示多个参差不齐的钙化影响白质(图3一和图e-4A)。额叶白质的钙化物质优先开发邻近侧脑室前角的。病理分析冯Kossa染色病变钙化的病人静脉显示病变包含钙沉积(图3中,B和C图的军医,罪犯)。
Neuropathologic发现患者的hdl。
组织病理学,所有患者高密度脂蛋白表明扩散损失的大脑白质髓鞘和轴突的有严重神经胶质过多症突出在额叶(图4一)。在白质病变,有分散轴突(球状体图4 b)显示磷酸化的免疫反应性神经纤维细丝与褐色颗粒和大量的吞噬细胞(图4 c)。有趣的是,使用小胶质细胞/巨噬细胞免疫组织化学标记,包括Iba1、CD68, GLUT-5,透露小胶质细胞特征。例如,尽管弥漫性脑白质变性和astrogliosis,活化的小胶质细胞在空间限制而不是分布广泛(图4 d)。活化的小胶质细胞(Iba1、CD68、GLUT-5-immunopositive细胞)和吞噬细胞(Iba1 CD68-immunopositive,但GLUT-5-negative细胞)似乎隔离(数据没有显示)。在人体组织中,GLUT-5 immunopositivity选择性地观察小胶质细胞而不是其他单核吞噬细胞。22,23此外,个别小胶质细胞展示了他们特有的形态与薄过程和许多knotlike结构(图4中,情况)。此外,在患者的白质高密度脂蛋白,活化的小胶质细胞的数量immunopositive CSF-1R (图4中,我和J)明显小于那些观察到大脑受到阿尔茨海默病和罹(图4中,K和L)。
讨论
我们的病人的临床表现是本质上类似报道。2,- - - - - -,4结合前面的报告,5,6这项研究表明,高密度脂蛋白在日本人口相对比较常见。我们发现了一个新的突变的单核苷酸插入(c。20.60_ 2061insT) that causes a frameshift generating a premature stop codon (p.S688EfsX13). This premature stop codon fulfills the criterion of nonsense-mediated mRNA decay.21支持这一概念,mRNA分析表明,突变等位基因不表达病人的大脑组织。这一发现表明,haploinsufficiencyCSF-1R为发展中高密度脂蛋白是充分的。目前还不能确定是否错义突变CSF-1R导致haploinsufficiency或CSF-1R的显性负效果。我们的细胞培养实验显示额外的表达突变CSF-1R细胞中诱导表达野生型CSF-1R没有抑制CSF-1R的自身磷酸化发生在野生型CSF-1R。这些发现表明,的显性负影响错义突变CSF-1R不可能机制在高密度脂蛋白错义突变。
病人的MRI研究显示相对统一的结果以frontoparietal胼胝体白质变化与参与。稀疏的胼胝体通常伴随着信号强度变化只观察到的非常早期的阶段。根据我们的经验,矢状视图的大脑核磁共振t2加权像天赋或用于检测这样的胼胝体的早期特征变化。侧脑室增大没有皮质萎缩也是一个早期MRI特征特性,这可能反映了白质体积减少。我们先前使用评定量表作为量化MRI异常报告。18MRI评分疾病持续时间的增加而增加,有显著相关性的MRI评分和疾病持续时间。这表明MRI量表可能是一个有用的工具来监控疾病进展。
钙化在额叶白质经常被观察到患者的CTCSF-1R突变。这些钙化的CT图像没有重视患者的hdl除了一名患者病理诊断为高密度脂蛋白在他类似的观察钙化。24常规CT图像经常失败检测小白质钙化;因此,我们建议使用薄片CT技术,可靠地检测到这么小的病变。白质的钙化物质可能是一个特异功能患者的hdl,因为他们通常不观察其他神经疾病患者或健康的老年个体。的注意,CSF-1R信号有助于调节破骨细胞细胞骨架重组25,26;因此,钙化的病人可能是直接相关的病理生理学CSF-1R突变。
大脑的病理检查患者高密度脂蛋白显示异常空间限制的方式活化的小胶质细胞和小胶质细胞的形态学改变,尽管弥漫性脑白质变性和astrogliosis。此外,CSF-1R immunopositivity剩余活化的小胶质细胞明显弱于在大脑和其他疾病。在老鼠身上空突变纯合子Csf1r和CSF-1配体基因(Csf1op / op),减少了小胶质细胞的数量和形态变化的报告。27,- - - - - -,31日小胶质细胞的组织病理特征在目前的病人似乎类似于突变小鼠中,尽管异常的程度是不同的两个物种之间。此外,宏观研究的大脑Csf1r等缺陷的小鼠大脑的大小降低,脑室扩大,胼胝体也普遍观察到的缺陷患者高密度脂蛋白。31日损伤的CSF-1R-mediated小胶质修复轴突退化可能导致高密度脂蛋白的发展,因为老鼠表现出有缺陷的小胶质细胞/巨噬细胞在大脑中显示remyelination受损。32相比之下,最近的一项研究表明,CSF-1R表达在神经元和CSF-1政府提高神经元细胞存活率没有显著小胶质激活神经退化的小鼠模型。33此外,结果表明,CSF-1R表达神经干细胞和CSF-1R配体直接刺激神经细胞的分化和神经前体细胞生存。31日进一步的调查是必要的澄清是否小胶质细胞或神经元在高密度脂蛋白的发病机制发挥主要的作用。
作者的贡献
博士Konno起草执行手稿,研究概念,采集的数据,分析数据。博士)的大作起草手稿,执行的研究概念,采集的数据,分析数据。玛丽恩博士进行研究的概念,采集的数据,分析数据。小山博士进行了采集的数据和分析数据。Nozaki博士进行了采集的数据和分析数据。博士Harigaya执行采集的数据。博士Nishimiya执行采集的数据。博士Matsunaga执行采集的数据。博士Yoshikura执行采集的数据。石原博士提供至关重要的试剂和执行采集的数据。 Dr. Arakawa performed acquisition of data. A. Isami performed acquisition of data. Dr. Okazaki performed acquisition of data. Dr. Yokoo provided vital reagents and performed acquisition of data. Dr. Itoh provided vital reagents and performed acquisition of data. Dr. Yoneda performed acquisition of data. Dr. Kawamura performed acquisition of data. Dr. Inuzuka performed acquisition of data. Dr. Takahashi performed acquisition of data and study supervision. Dr. Nishizawa performed acquisition of data and study supervision. Dr. Onodera performed acquisition of data and study supervision. Dr. Kakita performed acquisition of data, interpretation of data, and study supervision. Dr. Ikeuchi performed drafting the manuscript, study concept, interpretation of data, and obtaining funding.
研究资金
支持的科研补助金T.I.(21200041)日本社会的促进科学,卫生部的补助金,日本劳动和福利,椿本纪念基金会的资助(t)。
信息披露
t . Konno收到研究椿本纪念基金会的支持。m·恩是由科学研究补助金的日本社会科学的推广。答:小山报告没有披露。h . Nozaki由卫生部的补助金,日本的劳动力和福利。y Harigaya, j . Nishimiya a . Matsunaga n . Yoshikura k .石原a . Isami k .冈崎h . Yokoo伊藤k、m . Yoneda和m河村建夫报告没有披露。t Inuzuka由补助金来自卫生部、劳动和福利的日本。高桥是由科学研究补助金的日本社会促进科学和卫生部的补助金,日本的劳动力和福利。m . Nishizawa是由科学研究补助金的日本社会,促进科学和卫生部的补助金,日本的劳动力和福利。o . Onodera是由科学研究补助金的日本社会,促进科学和卫生部的补助金,日本的劳动力和福利。a . Kakita是由科学研究补助金的日本社会促进科学和卫生部的补助金,日本的劳动力和福利。 T. Ikeuchi is funded by Grants-in-aid for Scientific Research from the Japan Society of Promotion of Science and a Grant-in-aid from the Ministry of Health, Labour and Welfare of Japan. Go to首页Neurology.org为充分披露。
承认
作者感谢参与本研究的患者及其亲属和Drs。Tokunaga、Kawachi Sugai, Toyoshima援助与数据收集。
脚注
去首页Neurology.org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。
编辑、页面102年
- 收到了2013年5月28日。
- 接受的最终形式2013年11月16日。
- ©2014美国神经病学学会的首页
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