آناليز توالي يابي اگزوم در بيماران مبتلا به ناتواني ذهني در جمعيت مركزي ايران

چكيده : مقدمه: در سال‌هاي اخير، روش‌هاي تعيين توالي نسل جديد (NGS) به شناسايي ژن‌هاي مختلف مرتبط با تأخيرهاي تكاملي (DD) و ناتواني ذهني (ID) منجر شده‌اند. اين مطالعه با هدف معرفي جهش‌هاي جديد دخيل در فنوتيپ‌هاي DD/ID كه با تعيين توالي كل اگزوم (WES) شناسايي شده‌اند و همچنين انجام آناليزهاي تكميليin silico بر روي بيماران داراي جهش‌هاي جديد انجام شد. مواد و روش‌ها: از ميان 27 فرد مورد بررسي، 18 نفر براي شناسايي جهش‌هاي جديد غربالگري شدند كه در اين ميان، يك پسر 10 ساله براي بررسي جداگانه انتخاب گرديد. آناليزهاي in silico شامل ميانكنش‌هاي پروتئين-پروتئين (PPI)، ميانكنش‌هاي ژن- miRNA يي (GMI) و آناليزهاي غني‌سازي بر روي ليست ژن‌هاي حاصل از جهش‌هاي جديد انجام شد. تأثير واريانت‌هاي منتخب بر ساختار پروتئين با استفاده از I-TASSER-MTD و SWISS-MODEL بررسي شد و همپوشاني ساختاري نيز با MatchMaker (Chimera) انجام گرديد. بررسي‌هاي تكميلي براي بيمار داراي جهش‌هاي تركيبي هتروزيگوت در ژن NAGLU نيز صورت گرفت. نتايج: در ميان 18 بيمار داراي جهش‌هاي جديد، 10 واريانت براي اولين بار معرفي شدند كه شامل 3 واريانت بيماري‌زا (DNMT1:c.856dup، KCNQ2:c.1635_1636insT و TMEM94:c.2598_2599insC) و 6 واريانت با احتمال بيماري‌زايي بالا بودند. در تحليل PPI و GMI، ژن‌هاي DNMT1 و MRE11 نقش كليدي داشتند و تحليل GMI نشان داد كه miRNAهاي hsa-miR-30a-5p و hsa-miR-185-5p بيشترين اهميت را دارند. مسيرهاي سيستم عصبي R-HSA-112316 (P=7.73E-04) و تنظيم منفي فرآيند آپوپتوز سلول‌هاي عضله صاف (P=3.37E-06) به عنوان مسيرهاي برتر شناسايي شدند. بررسي مدل‌سازي و فوق تطابق نشان داد كه مهم‌ترين عملكرد آنزيم DNMT1 در ساختار جهش‌يافته از بين خواهد رفت. در بيمار داراي جهش‌هاي هتروزيگوت مركب در ژن NAGLU (NAGLU:c.874G‎>A; rs1358994052 و NAGLU:c.1004A‎>G; rs768918822) كه به ترتيب به عنوان واريانت‌هاي بيماري‌زا و احتمالاً بيماري‌زا شناخته شدند، هر دو جهش از نوع بدمعني بودند و در ويژگي‌هاي تنظيمي قرار داشتند. بر همين اساس، آناليزهاي بيشتري بر پايه تمايل اتصال فاكتورهاي رونويسيطراحي شد. در تعاملات PPI، گروه تركيبي هتروزيگوت داراي ژن‌هاي كدكننده پروتئين بيشتري بود و در GMI، كمبود hsa-miR-27a-3p در اين گروه در مقايسه با گروه‌هاي هموزيگوت مشاهده شد. نتايج تحليل ارتباط بيماري-دارو نشان داد كه اعضاي گروه تركيبي هتروزيگوت احتمال كلي جديدي از شروع سرطان را نسبت به دو گروه ديگر دارند. نتيجه‌گيري: اين مطالعه 10 واريانت بيماري‌زا يا احتمالاً بيماري‌زا را كه با DD/ID مرتبط هستند معرفي كرد و اين يافته‌ها با نشانه‌هاي باليني و آناليزهاي in silico پشتيباني شد. همچنين، تمركز ويژه‌اي بر مدل‌سازي ساختار DNMT1 و بررسي بيماري‌زايي جهش‌هاي تركيبي هتروزيگوت در ژن NAGLU صورت گرفت. كليدواژه‌ها: تاخير تكاملي، عقب ماندگي ذهني، توالي يابي كل اگزوم، جهش‌‌هاي جديد، و تحليل in silico.

1405/06/21

محبوبه ربيعي

Developmental delay , Intellectual Disability , Whole-exome sequencing , novel mutations , in silico analysis

Analysis of Whole Exome sequencing in central Iranian population with Intellectual Disability

زيست شناسي سلولي مولكولي و ميكروبيولوژي

Abstract Background: Diverse genes associated with Developmental delays (DD) an‎d intellectual disability (ID) are now being discovered by Next-Generation Sequencing (NGS) approaches. Thus, we aimed to introduce new mutations involved in DD/ID phenotypes detected by Whole-exome sequencing (WES) an‎d additional in silico investigations among patients with novel mutations. Material an‎d Methods: WES results of 27 subjects included, among them, 18 subjects screened to find possible novel mutation. Among the patients, a 10-year-old boy selec‎ted for a separate investigation. In silico analyses were conducted on a generated gene list based on novel mutations including Protein-Protein Interactions (PPIs), Gene-miRNA Interactions (GMIs), an‎d Enrichment analyses. The refined novel variants were then checked for their impacts on protein structure by I-Tasser-MTD an‎d SWISS-MODEL. Superimposition also, done by MatchMaker (Chimera). Additional investigation accomplished for patient with NAGLU compound heterozygote mutations. Results: Eighteen patients had novel mutations, of which, 10 variants introduced for the first time, among them, there were 3 Pathogenic variants (DNMT1:c.856dup, KCNQ2:c.1635_1636insT, an‎d TMEM94:c.2598_2599insC) an‎d 6 likely pathogenic variants. DNMT1 an‎d MRE11 were highly-effective in the PPIs an‎d GMIs. GMIs signified on hsa-miR-30a-5p an‎d hsa-miR-185-5p. Neuronal System R-HSA-112316 (P=7.73E-04) an‎d Negative Regulation of Smooth Muscle Cell Apoptotic Process (P=3.37E-06) were top-scored. Modeling an‎d superimposition investigations revealed that the most important functionality of the DNMT1 enzyme will be lost in mutated structure. For the patient with NAGLU compound heterozygote mutations (NAGLU:c.874G‎>A; rs1358994052 an‎d NAGLU:c.1004A‎>G; rs768918822) as Pathogenic an‎d likely pathogenic variants, respectively. Both of them were missense an‎d also located in regulatory features an‎d we designed further analyses based on the Transcription Factor binding affinity (TFBA). In PPIs, compound heterozygote group had more connected protein-coding genes an‎d through the GMIs, a lack of hsa-miR-27a-3p was found in this group compared with Homozygote Major an‎d Homozygote minor groups. DDA results represented a new general probability of Cancer initiation from the interplays of compound heterozygote members rather than the other two groups. Conclusion: This study introduced 10 potential pathogenic/likely pathogenic variants associated with DD/ID based on clinical clues an‎d supportive in silico analysis with focus on DNMT1 structure modelling as well as pathogenicity of compound heterozygote mutations in NAGLU. Keywords: Developmental delay, Intellectual Disability, Whole-exome sequencing, novel mutations, in silico analysis.

4

167444