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谈trio全外显子组测序的陷阱:印记基因和亲代嵌合

2017-08-26 14:00:02基因检测与解读

     基于trio的全外显子组测序已经被证实是一种对于智力障碍(intellectual disability, ID)和先天性畸形(congenital malformation, CM)患者的致病基因检测非常有效的策略。其中,de novo突变在智障和先天性畸形的发病原因中占据了很重要的作用。据估计,约有高达40%的散发病例都是由de novo突变导致的。在世界范围内应用最广泛的全外显子组测序的分析流程大部分都集中在de novo突变,X连锁遗传以及隐性遗传这三个遗传模式上。

 

然而,在这篇“基因印记:基于trio的全外显组测序的致命弱点(阿喀琉斯之踵)”(Genet Med 2016;18:1163–1164)一文中, Aten等强调了在对智力障碍的致病突变进行研究时,需要把印记基因考虑进去。他们描述了在对一个具有数名患者的ID大家系进行致病突变筛查时所遇到的困难。这个家庭病同时被两个独立的研究中心以不同的诊断策略进行研究。有一个策略是,对这个家族部分成员进行了trio全外显子组测序,而对其他的家庭成员则进行了单独的外显子组测序,这种策略没有帮助研究者找到任何致病突变。另外一个策略是通过对整个家系系谱进行分析以后,发现所有的患者都通过他们的父亲连锁在一起,基于这个分析,一个移码突变在父系遗传的MAGEL2基因上被发现。这个截短突变发生在父源表达的MAGEL2基因上,而MAGEL2位于印记的15q11q13 Prader-Willi综合征区域,与Schaaf-Yang 综合征有关。另外一个在运用常规分析流程时通常会遇到的陷阱是亲代嵌合体的存在。Deciphering Developmental Disorders最近提供的一个未公开的数据显示,大于有2%左右的儿童致病性de novo突变在其父母的组织中存在嵌合现象。

 

我们的报道是关于一个7岁患儿。这名患儿最开始是3岁时来医院进行医学评估的。他是一个非近亲结婚家庭中的第二个孩子,没有疾病家族史,有一个健康的哥哥。孕期无异常(胎动正常),因臀位行剖宫产。出生体重2830g(15百分位)。在新生儿阶段未发现肌张力低、吸吮困难或者自发运动缺乏。在三岁时的体检中,患儿表现出明显的生长迟缓(身高:-4 SD,体重:-3 SD,头围:-2.5 SD)。皮肤干燥,头发生长异常。具有长头、耳位低、宽鼻梁、长人中以及牙齿间距宽等特殊面容。双侧膝关节有重度挛缩,锥型指,食指、中指、无名指和小指均为屈曲指,掌纹稀疏。具有男性生殖器,但是阴茎和阴囊发育不全。双侧隐睾已经手术矫正。精神运动发育明显滞后,不能独走,几乎不能说话,仅能理解简单的指令。有过两次癫痫(MRI和脑电图均正常),因为不明原因的慢性便秘和反复低血糖正在胃肠科和内分泌科进行治疗。没有任何明确的临床诊断。目前已经进行的基因检测包括核型分析,订制的60K寡核苷酸芯片(KaryoArray v3.0)以及CytoSNP-850 K 芯片(Illumina),结果均正常。后续的基于trio的外显子组策略运用了de novo的分析流程,显示在MAGEL2基因(NM_019066.4)上存在一个 de novo的杂合移码突变(c.1996dupC, p.Gln666fs)。该突变位点曾经在Schaaf–Yang综合征的患者中报道过。一代测序验证了先证者确实存在该突变,并且发现在他父亲身上以嵌合体的形式存在同样的移码突变。实际上,在重新浏览患儿父母的BAM文件数据时发现这个突变在50个reads中仅测到2次。此后,我们又运用一个订制的包括1,253个与智力障碍、自闭症以及其他常见遗传性疾病相关基因的panel(Clinical panel V1.0)进行高通量测序,结果仍然是50个reads中测到2次,突变的等位基因约占4%,再次确认了该位点的嵌合状态。在这个病例中,因为使用的分析工具(GATK HaplotypeCaller)对于de novo突变的cut-off值设定为10%,并且父亲身上的体细胞嵌合度非常低,所以这个分析流程能够将该患儿中的这个突变位点识别为de novo。当诊断结果出来的时候,患儿的父亲即将迎来另一个孩子的出生(与另一个配偶所生)。因为MAGEL2是一个印记基因并且在父源生殖腺存在嵌合现象,使得再生育时该病的再发风险由1-2%上升到10-20%。

 

总之,我们报道了一个已经由分子生物学方法确诊了的Schaaf-Yang 综合征病例,这个病例是目前我们所知道的第一例由父源嵌合的MAGEL2基因突变导致的Schaaf-Yang 综合征病例。我们同时发现,在分析单个患者的数据,尤其是其致病基因位于印记基因或者亲代嵌合存在的情况下,可能会遇到分析陷阱。总体来说,对于难以解释的ID/CM病例,尤其是当怀疑是de novo突变致病时,trio分析是一个好的分析方法。但是,就像这个案例所提示的,对于印记基因,应当考虑采取特殊的不包含某一种特定遗传模式的分析流程。只有这样,de novo突变、遗传性突变以及嵌合状态的突变才能都被检测出来。当致病突变位于非印记基因时,如果用de novo的普通分析流程来进行分析,那些低丰度的嵌合可能被丢掉,但是通过直接查阅BAM文件,或者进行Sanger测序验证可以看出来。同时,患儿中的致病性显性突变也可能因为其在亲本中存在比较高的嵌合度而被普通的de novo突变流程过滤掉。因此,我们推荐对印记基因需要用特殊的生物信息学参数,并且要意识到亲代的嵌合性对于常规的de novo分析流程以及遗传咨询都可能是一个陷阱。

 

本文翻译自PMID:28640240(回复数字获得全文)

 

译者介绍

 

罗敏娜:博士,毕业于清华大学,现就职于国家卫生计生委科学技术研究所人类遗传资源中心。主要从事Joubert综合征及其他纤毛疾病的遗传机制研究以及常见单基因遗传病的基因检测技术研发工作,是Joubert综合征关爱之家的发起人之一。

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