的损失TBK1是一个比利时人常见的额颞叶痴呆的原因
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摘要目的:评估的遗传贡献TBK1,基因涉及肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS),额颞叶痴呆(FTD),和FTD-ALS比利时FTD和ALS患者组包含一个基因没有解决病人的重要组成部分。
方法:我们测序TBK1医院群482患者无关FTD FTD-ALS和147名ALS患者延长比利时FTD-ALS DR158家庭。我们通过隔离研究随访突变携带者,转录和蛋白表达分析和免疫组织化学。
结果:我们确定了11个病人携带功能丧失(LOF)突变导致一个整体突变频率为1.7%(11/629),1.1%患者FTD (5/460), ALS患者的3.4% (5/147),FTD-ALS患者和4.5% (1/22)。我们发现1 LOF突变,p。Glu643del, in 6 unrelated patients segregating with disease in family DR158. Of 2 mutation carriers, brain and spinal cord was characterized by TDP-43-positive pathology. The LOF mutations including the p.Glu643del mutation led to loss of transcript or protein in blood and brain.
结论:TBK1LOF突变是第三个最常见的临床原因FTD比利时基于临床的病人队列,之后C9orf72和入库单临床肌萎缩性侧索硬化症,第二个最常见的原因C9orf72。这些发现强化FTD, ALS属于同一疾病的连续体。
术语表
- 肌萎缩性侧索硬化症=
- 肌萎缩性脊髓侧索硬化症;
- bvFTD=
- 额颞叶痴呆行为变体;
- FTD=
- 额颞叶痴呆;
- FTLD=
- 额颞叶大叶性变性;
- KD=
- 激酶结构域;
- LOF=
- 损失函数;
- NCI=
- 神经元胞质内含物;
- Ser172=
- 丝氨酸172
额颞叶大叶性变性(FTLD)是一个异构神经退行性疾病相关的肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)在大约10% -15%的额颞叶痴呆患者(FTD)。1证据表明,常见疾病通路参与FTD和ALS源于家庭和个体患者的观察,这两种疾病发生(FTD-ALS),1病人组和TDP-43夹杂物。2
近50%的FTD病例和10%的ALS病例聚集在家庭,暗示很强的遗传因素。最令人信服的遗传学证据提供的常见pathomechanism是重复扩张的突变C9orf72ALS患者FTD, FTD-ALS。3,- - - - - -,5最近,TBK1功能丧失(LOF)突变被发现在ALS患者6,7和FTLD-TDP。8
在比利时FTD人群中,已知的突变基因占家庭FTD的30%和75%的家族FTD-ALS,剩下几个家庭与常染色体显性遗传基因没有解决。5,9在这里,我们调查的遗传作用TBK1629年比利时的FTD患者,FTD-ALS,肌萎缩性侧索硬化症。
方法
科目。
与FTD我们研究人口由482名患者,其中22名伴有肌萎缩性侧索硬化症(FTD-ALS),和147年在比利时ALS患者确定通过一个正在进行的多中心合作的神经学部门和记忆诊所合作在比利时神经病学(BELNEU)财团。首页包括额外的病人最初被称为医学基因检测的诊断服务设施。患者使用标准协议和建立临床诊断标准。10,- - - - - -,12后期neuropathologic分析证实诊断与FTD 25例,3 FTD-ALS患者,6 ALS患者。积极的家族历史,即。,at least one first-degree relative with a FTD-ALS spectrum disease, was recorded in 132 patients with FTD (28.7%), 4 patients with FTD-ALS (36.4%), and 18 patients with ALS (12.2%). Of these familial index patients, 93 cases of FTD (70.5%), 1 case of FTD-ALS (25.0%) and 7 cases of ALS (38.9%) were not explained by mutations in the known FTLD and ALS genes (MAPT,入库单,C9orf72,VCP,CHMP2B,付家,TARDBP,SOD1),在广告中基因(PSEN1,PSEN2,应用程序),或者在朊病毒基因(含有朊)。一患者原因不明的FTD-ALS 4-generation指数病人的家庭(家庭DR158),我们收集了基因组DNA和生成淋巴母细胞细胞系的38人,包括4个病人在第三代(图1和表1)。比利时控制群1044人免费的个人和家庭的历史神经退行性或精神疾病细微精神状态检查和评分> 26也进行了分析。
标准协议的审批、登记和病人同意。
所有参与者提供书面知情同意参与临床,病理和基因研究。临床研究协议和知情同意表格被批准的当地的医学伦理委员会合作临床中心。遗传学研究协议和知情同意表格被大学医院医学伦理委员会批准的安特卫普和安特卫普大学的。
实验程序。
19个编码TBK1外显子被放大在多重PCR反应使用MASTR技术(http://www.multiplicom.comMiSeq平台上)和测序(Illumina公司;圣地亚哥,CA)和1个外显子被Sanger测序分析。确定变量的验证和亲戚突变携带者使用Sanger测序分析。
TBK1记录测量8成淋巴细胞细胞突变携带者和额叶皮质2运营商使用的实时PCR扩增TBK1管家基因扩增子,量化对2。我们实时PCR测序产品建立基于编码转录等位基因多态性rs7486100突变或编码。我们用免疫印迹蛋白质的溶解产物单克隆抗体的淋巴母细胞细胞和脑TBK1对GAPDH和量化。我们执行neuropathologic分析大脑和脊髓的2TBK1突变携带者。
附录e 1上首页®网站首页Neurology.org包含更多的技术细节。
结果
TBK1突变分析和对转录和蛋白质表达的影响。
我们的编码区域的筛选TBK1和确定2移码,1胡说,1剪切位点突变,和2个氨基酸缺失在11个不相关的指数患者(表1、表e 1和图e 1)。进一步,我们确定了5 5例错义突变。拷贝数变异的分析TBK1外显子并没有透露其实整个基因缺失或重复。
我们预测,废话和移码突变导致过早终止密码子mRNA nonsense-mediated腐烂降解。互补脱氧核糖核酸序列TBK1淋巴母细胞细胞Ser398Profs * 11的载体,在大脑的p。年代er518Leufs*32 carrier, did not identify the mutant allele, suggesting a complete loss of the mutant transcript. Quantification ofTBK1成绩单证明一个高度基因表达降低,恢复到正常水平使用蛋白质合成抑制剂(图2)。免疫印迹分析表明近50%的蛋白表达减少淋巴母细胞细胞在大脑(图3)。
在DR189突变影响基因内区8剪接提供导致在坐标系跳过外显子8成淋巴细胞细胞和大脑。此外,使用神秘的外显子拼接网站8导致了帧频失调的成绩单(图2)。定量PCR分析显示,30%减少淋巴母细胞细胞中表达和表达式的大脑(降低50%图2)。免疫印迹分析发现只有正常蛋白质带成淋巴细胞细胞中表达降低了45%和34%,大脑溶解产物,表明没有稳定的蛋白质产生突变的成绩单(图3)。
淋巴母细胞细胞的患者携带在坐标系缺失突变,p。Asp167del和p。Glu643del (n = 5),TBK1转录表达并没有减少。同时,cDNA序列显示两个等位基因的存在。然而,我们观察到显著降低蛋白质含量44%的p。Glu643del载体(p= 0.0017)。在p。一个sp167del carrier, protein expression was not altered (图3)。
5错义突变被分散在四个功能域(表e 1和图e 1)。三个错义mutations-p。Arg271Leu, p。His322Tyr, and p.Ile515Thr—were absent from 1,044 control individuals. We observed p.Ala535Thr in 1 male control (age at inclusion 63 years), and p.Lys291Glu in a male control and a female control (age at inclusion 67 and 69 years). Two mutations, p.Arg271Leu and p.Ala535Thr, were predicted neutral, while the other 3 mutations received variable effects using 3 prediction algorithms. Missense mutation carriers did not show reduced transcript and protein expression levels (figure e-2).
p.Glu643del DR158家庭、种族隔离和共享。
六个指数病人进行p无关的。Glu643del突变(表1),其中指标病人III-8常染色体显性FTD-ALS家庭DR158包含13例(表1和图1)。十个病人家庭DR158被诊断出患有痴呆综合征,即。,FTD(n = 4) or unspecified dementia (n = 6), while 2 patients had a diagnosis of ALS. The mean onset age was 69.1 ± 7.7 years, with a mean disease duration of 6.4 ± 3.9 years. The 5 patients with FTD or FTD-ALS presented with bvFTD (table e-2). Remarkably, memory loss and disorientation were present relatively early in the disease in most of the p.Glu643del mutation carriers (table e-2). However, most of these patients also developed early behavioral problems. One patient with ALS (III-1) and 1 patient with FTD-ALS (III-8) presented with ALS with spinal onset (table e-2), both showing signs of motor neuron disease on EMG. Analysis of all family members indicated that the disease segregated with the p.Glu643del mutation on a disease haplotype of minimal 7.5 Mb (图1)。7突变携带者没有症状年龄≥70岁,包括专性载体的II-5 II-5和两个孩子,在他们最后的临床评价,79,81,和82岁(图1)。鉴于家庭DR158频繁发生的精神疾病,它不能排除FTD的症状并不认可(表依照)。载体II-5和她的一个孩子,目前81岁有重复的萧条。载体II-3去世,时年68岁,被诊断为精神分裂症。的一个无症状的儿童患者II-1酗酒,现在的70岁。其他5 p的运营商。Glu643del mutation and their relatives, we identified 2 distinct disease haplotypes that differed from that in DR158 (图1和表e - 3)。在家庭DR663, ALS患者II-1 II-2进行,除了TBK1突变,C9orf72重复扩张,无症状的sib与没有TBK1突变,63岁(图1)。
Genotype-phenotype相关性。
平均发病年龄在11点突变携带者(表1)是59.6±8.6年。在4 p。Glu643del carriers, excluding the 2 patients carrying aC9orf72重复扩张,我们计算平均发病年龄为66.3±3.9岁,后来显著(p比5 = 0.04)另一个LOF突变的患者,平均发病年龄为57.4±6.0年。当我们包括所有受影响的载体家庭DR158意义变得更强(p= 0.004)。同时,疾病持续时间的平均值是8.3±1.8年大大延长(p= 0.016)比意味着疾病持续时间2.6±2.2年另一个LOF突变患者越来越影响如果所有DR158患者包括(p= 0.002)。四个5 FTD突变携带者和FTD-ALS患者行为变异FTD (bvFTD)(表依照)。3 FTD患者p。Glu643del mutation expressed extrapyramidal symptoms, while the patients with FTD with anotherTBK1突变没有(表依照)。1例患者bvFTD (DR1120),肌肉束状观测在1肢(表依照)。DR158出现脊髓ALS发病的渊源者;3其他记录ALS患者(DR663, DR1123 DR1124)发病的网站是球(表依照)。3TBK1突变携带者和ALS FTD-ALS (DR158。我我我- - - - - -8,DR112年3,DR112年4), we had EMG reports, while of 3 other patients with ALS (DR663, DR1044, DR1127), no detailed information was available. Based on a clinical examination, there was no cognitive evidence for FTD in the majority of ALS cases. However, in ALS patient DR1124 memory deficits and the impression of behavioral disinhibition were reported (table e-2), but we did not have sufficient information to determine if the criteria for possible FTLD were fulfilled.
Neuropathologic FTD的脑部检查病人DR189 (p.Gly272_Thr331del)显示,轻度神经损失的额叶皮质。我们发现适量TDP-43和p62神经元胞质内含物(NCI)和神经突短无营养的,但没有intraneuronal核内包涵体(图4中,A、B、D和ETDP B型proteinopathy)兼容。13在ALS患者DR1124 (p.Ser518Leufs * 32),病理上下运动神经元疾病的迹象还不明显。TDP-43积极NCI主要是局限于舌下神经核和腹侧角宫颈癌和thoraco-lumbar脊髓神经元(图4中,C、F)。染色与TBK1显示变量细胞质神经免疫反应性。神经元尼氏小物质的脊髓腹角的染色。我们没有观察到病人和控制之间的差异(图4中,G-L)。
讨论
整体TBK1LOF突变频率为1.7% (11/629),1.1% (5/460),FTD FTD-ALS 4.5%(1/22), 3.4%(5/147)在肌萎缩性侧索硬化症。患者FTD,TBK1LOF突变解释原因不明的家族FTD病例的3.2%,第三个最常见的遗传原因C9orf72和入库单突变(图e - 3),与FTLD-TDP队列的结果一致。8在肌萎缩性侧索硬化症人群中,TBK1突变后的第二个最常见的C9orf72突变(图e - 3)。
所有描述LOF突变,除了1,不同于其他发表的报告。p。Glu643del mutation that was present in 6/629 (1%) unrelated Belgian patients was also found in 2/1,010 German patients with sporadic ALS.7我们显示隔离的p。Glu643del mutation with disease. The presence of 3 different disease haplotypes of at least 3 Mb among the p.Glu643del carriers might be explained by a mutation hotspot due to a repetitive (GAA)3码序列编码3 Glu残留物(641 - 643)或由于一个极端遥远的共同创始人。表达研究淋巴母细胞和脑细胞3 LOF突变携带者证实了转录和蛋白质的损失导致蛋白质含量降低50%,之前报道。7,8一个了不起的新发现是,p。Glu643del mutation had no effect on transcript levels but resulted in a near 50% reduced protein expression in blood, possibly due to loss of protein stability. The p.Asp167del mutation and the missense mutations did not show reduced transcript or protein levels, but we cannot exclude their pathogenicity by mechanisms like reduced kinase activity or hampered protein dimerization. TBK1 has a 4-domain structure with an N-terminal kinase domain (KD), a ubiquitin-like domain, an α-helical scaffold dimerization domain, and a C-terminal domain14(图e 1)。正确的激酶功能这些领域之间的相互作用是至关重要的。TBK1 trans-autophosphorylation被激活的丝氨酸172 (Ser172) homodimerization是必需的。15,16Ser172位于激酶激活循环开始KD的守恒DFG主题(残留物,157 - 159年)和扩展198残渣。15有趣的是,p。一个sp167del mutation is located in this activation loop and hence might hamper the conversion of TBK1 to the active state. In otherTBK1报道,一些错义突变被发现致病。7,8至少从一个使用预测算法预测,我们的一些错义突变致病,我们预计,有些人可能会阻碍适当的蛋白质功能。进一步的实验来确认这些预测是必要的。
临床异质性的TBK1显现出从不同的表型突变携带者FTD-ALS谱和一系列的发病年龄和疾病持续时间,与观察C9orf72航空公司的扩张。17然而,值得注意的是,患者5 6 FTD或FTD-ALS指数TBK1与bvFTD突变了。后来的发病年龄和与p相关疾病持续时间更长。Glu643del mutation suggested that this mutation has a milder pathogenic effect. Since amnestic deficits and orientation problems were apparent early in the disease process, it might be interesting to screenTBK1患者的临床诊断,还因为在另一个研究2 4 FTLD-TDP患者TBK1突变了临床的广告。8在ALS家庭DR663,我们发现这两个TBK1p。Glu643del mutation and aC9orf72重复扩张(> 80个重复单位)隔离与疾病。2妹妹抬两种突变出现一个非常年轻的年龄(41和51岁)和更短的疾病持续时间(< 1和2年)相比其他p。Glu643del突变携带者。此外,另一个指数肌萎缩性侧索硬化症的病人群体,DR1044,同时进行TBK1p。Glu643del mutation and aC9orf72重复扩张仅59重复单位。这个病人已经63岁后发病,确凿的我们最近发现短重复扩张患者(45 - 80单位)后患者相比,发病年龄较长的扩张。18此外,疾病外显率p。Glu643del mutation is highly variable, with 7 carriers of family DR158 still unaffected at age ≥70 years, with 2 at age 81 and 82 years, nearly 2 SDs beyond the mean onset age. The 7 unaffected carriers were not homozygous for the minor protective allele ofTMEM106Brs1990622。19观察到TDP-43 B型脑或脊髓病理患者的区别C9orf72缺失突变的p62-positive夹杂物包含二肽重复。20.,21以前曾有报道称在这个病理1 FTD-ALS患者7在另一项研究报道FTLD-TDP类型3突变携带者。8
的观察TBK1变异存在于零星的重要组成部分和晚发性成人神经退行性疾病的患者并不少见,因为减少了外显率,类似于描述的是什么C9orf72的基因突变,并在较小程度上入库单突变。9相对较高的新创突变率可能是另一种解释,观察p的支持。Glu643del突变发生在三个不同的单体型的背景。同时,提出了其他人,8超过1基因可能参与一些病人,观察到家庭DR663隔离两种TBK1和一个C9orf72突变。
TBK1是一个重要的丝氨酸/苏氨酸激酶IKK家族的磷酸化的广泛的底物参与几个细胞过程,包括先天免疫反应/炎症,22自噬,23,24和细胞增殖。25基质的TBK1包括optineurin (OPTN),26,27另一个在ALS LOF突变的基因,28p62,病理口供的重要组成部分和显示FTLD的突变和肌萎缩性侧索硬化症。29日,30.p62和OPTN 2自噬适配器控制蛋白质选择性自噬降解。31日,32此外,TBK1目标VPS37C transport-I所需蛋白质endosomal排序的复杂,33从而调节水泡逆转录病毒出芽系统也参与神经退化,如CHMP2B。34膜泡运输系统功能紊乱可能反过来诱导自噬缺陷。35像其他FTD / ALS基因,包括VCP,36也参与了自噬,自突变OPTN和TBK1也参与了青光眼,37,38我们的研究结果强调自噬缺陷的重要作用在退化。39在抗病毒先天免疫反应和TBK1 OPTN通过NF-KB涉及复杂的通路。40
在这项研究中,我们证明了LOF突变TBK1与比利时FTD-ALS谱系障碍临床病人群,可以在家庭隔离根据一种常染色体显性遗传模式,和存在散在病例的重要组成部分。的识别TBK1强调FTD的收敛和ALS 1连续将加速有效的药物开发。
作者的贡献
伊尔丝Gijselinck:文献检索,数据,研究设计,遗传数据收集,数据分析,数据解释,写作。萨拉范Mossevelde:患者样本收集、临床数据收集,数据分析,数据解释,写作。朱莉·范德Zee:病人数据收集、基因数据收集、数据分析、数据解释。安妮Sieben:患者样本收集、临床数据收集、神经病理学数据收集、数据,数据分析,数据解释,写作。斯蒂芬妮Philtjens:遗传数据收集,数据分析。Bavo希曼:文献检索,实验数据收集、数据分析、数据解释。Sebastiaan Engelborghs:患者样本收集、临床数据收集、数据分析、数据解释。马修Vandenbulcke:患者样本收集、临床数据收集、数据分析、数据解释。迎接De Baets:文献检索,数据,蛋白质结构数据收集、数据分析、数据解释。Veerle鲍默:数据收集、数据分析、数据解释。 Ivy Cuijt: genetic data collection, data analysis. Marleen Van den Broeck: genetic data collection, data analysis, data interpretation. Karin Peeters: patient samples collection, genealogy data collection, data analysis. Maria Mattheijssens: patient samples collection, genealogy data collection, data analysis. Frederic Rousseau: data analysis, data interpretation. Rik Vandenberghe: patient samples collection, clinical data collection, data analysis, data interpretation. Peter De Jonghe: patient samples collection, clinical data collection, data analysis, data interpretation. Patrick Cras: patient samples collection, clinical data collection, data analysis, data interpretation. Peter P. De Deyn: patient samples collection, clinical data collection, data analysis, data interpretation. Jean-Jacques Martin: patient samples collection, neuropathology data collection, data analysis, data interpretation, writing. Marc Cruts: literature search, study design, data interpretation, writing, study supervision. Christine Van Broeckhoven: literature search, figures, study design, genetic data collection, genealogy data collection, data analysis, data interpretation, writing, study supervision.
研究资金
研究赞助商没有参与研究设计、数据收集、数据分析、数据解释,或写报告的。这项研究的部分资金由比利时科技政策办公室大学间的程序;卓越的弗拉芒政府支持的欧洲计划中心神经退化(科恩);佛兰德李立伟主持Methusalem卓越计划;佛兰德李立伟主持弗兰德斯脉冲程序痴呆研究网络(VIND);老年痴呆症研究基金会(SAO-FRA);医学基金会女王伊丽莎白(QEMF);研究基金会的弗兰德斯(FWO);科技创新机构的弗兰德斯(IWT)和安特卫普大学的研究基金,比利时;和大都会人寿基础医学研究奖C.V.B. FWO提供博士奖学金……和一个博士后奖学金I.G.文章加工费是由佛兰德斯脉冲程序痴呆研究网络(VIND)。
信息披露
作者报告没有披露相关的手稿。去首页Neurology.org为充分披露。
承认
作者感谢神经学家玛丽·德·关口(AZ Oudenaarde),弗雷德里克•克莱门特(AZ Roeselare)和马克Bruyland (AZ Glorieux Ronse)对患者的临床评估,人事的遗传分子遗传学VIB部门服务设施(http://www.vibgeneticservicefacility.be),安特卫普生物研究所Born-Bunge的支持。
脚注
比利时神经病学(首页BELNEU)联合体成员列出首页®网站首页Neurology.org。
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。本文所支付的加工费是佛兰德斯脉冲程序痴呆研究网络(VIND)。
补充数据首页Neurology.org
- 收到了2015年5月19日。
- 接受的最终形式2015年8月18日。
- ©2015美国神经病学学会的首页
这是一个开放的分布式根据文章Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives许可证4.0 (CC BY-NC-ND),它允许下载和共享工作提供适当的引用。工作不能以任何方式改变或商业使用。
引用
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