Whole genome sequencing identified a novel copy number variant on TPK1 gene in a Chinese family with thiamine metabolism dysfunction syndrome 5

ملخص تقني: تسلسل الجينوم الكامل يحدد تغيراً جديداً في عدد النسخ (CNV) في جين TPK1 لمتلازمة خلل أيض الثيامين النوع 5

بيان المشكلة
تعد متلازمة خلل أيض الثيامين النوع 5 (THMD5) اضطراباً استقلابياً عصبياً نادراً وراثياً بصفة متنحية، ناتجاً عن متغيرات ممرضة ثنائية الأليل في جين TPK1، الذي يشفر إنزيم ثيامين بيروفوسفات كيناز (TPK). وبينما تم توثيق أكثر من 30 متغيراً ممرضاً، فإن معظمها عبارة عن طفرات مغلطة (missense mutations). وتعتبر تغيرات عدد النسخ (CNVs) التي تشمل جين TPK1 نادرة للغاية وغالباً ما تظل غير مكتشفة بواسطة تسلسل الإكسوم الكامل (WES) أو لوحات الجينات المستهدفة، والتي قد تفشل في تغطية الإكسونات المشفرة بالكامل أو الكشف الموثوق عن التباينات الهيكلية الكبيرة، لا سيما تلك التي تقع نقاط انكسارها في المناطق غير المشفرة. وبناءً على ذلك، يظل تشخيص THMD5 لدى المرضى البالغين أو أولئك الذين يعانون من أعراض غير نمطية أمراً صعباً. تعالج هذه الدراسة الحاجة إلى توسيع الطيف الجيني لـ TPK1 وتقييم الفائدة التشخيصية لتسلسل الجينوم الكامل (WGS) في تحديد الآفات الجينية المعقدة.

المنهجية
حللت الدراسة عائلة صينية تضم شقيقين مصابين (المريض الأول يبلغ من العمر 31 عاماً، وشقيقه الأكبر يبلغ من العمر 33 عاماً) وثلاثة أفراد غير مصابين من العائلة (الوالدان وشقيق أصغر).

• جمع البيانات السريرية: تم جمع التاريخ السريري الشامل، والفحوصات العصبية، والتصوير العصبي (الرنين المغناطيسي)، والنتائج المختبرية (بما في ذلك اللاكتات في المصل)، والتقييمات المعرفية (MMSE، MoCA، ADAS-Cog).
• التحليل الجيني: تم إجراء تسلسل الجينوم الكامل (WGS) لجميع أفراد العائلة باستخدام تحضير مكتبة Illumina TruSeq DNA PCR-Free، محققاً متوسط عمق 30×. تم محاذاة البيانات مع الجينوم المرجعي البشري (hg19) باستخدام BTA وتم تحليلها باستخدام أداة تحليل الجينات (GATK).
• التحقق من المتغيرات وتفسيرها: تم التحقق من المتغيرات المحددة عبر تسلسل سانجر (Sanger sequencing). تم تفسير المتغيرات باستخدام برنامج (VEP) وفحصها مقابل قواعد البيانات (ClinVar، OMIM، HGMD، gnomAD). تم تقييم الإمراضية باستخدام خوارزميات حاسوبية (SIFT، PolyPhen-2، FATHMM) وصُنفت وفقاً لإرشادات ACMG/ClinGen. تم تفسير الـ CNVs خصيصاً بناءً على المعايير التقنية لمتغيرات عدد النسخ الدستورية.
• تحديد الطور (Phasing): استخدمت الدراسة تحليل تسلسل القراءة المنقسمة (split-read) لبيانات WGS لتحديد طور (cis/trans) للمتغيرات متغايرة الزيجوت المركبة.

النتائج الرئيسية

• الأنماط الظاهرية السريرية:
  • المريض الأول: بدأ في سن 13 مع اعتلال دماغي نوبي متكرر، ورنح (ataxia)، وعسر تكلم. تطور إلى مشية تشنجية وتيبس في الأطراف بحلول سن 19. أظهر الرنين المغناطيسي ضموراً طفيفاً في المخ والمخيخ وجذع الدماغ. كان مستوى اللاكتات في المصل طبيعياً. ظلت الوظيفة المعرفية محفوظة إلى حد كبير.
  • الأخ الأكبر: بدأ في سن 4 مع أعراض شديدة تشمل آفات متناظرة في العقد القاعدية (فرط شدة في T2، ونقص شدة في T1) وارتفاع مستوى اللاكتات في المصل (3.65 مليمول/لتر). تطور إلى تشنج شديد واضطراب في المشية وضعف معرفي (MMSE 20/30)، مما جعله غير قادر على المشي بشكل مستقل في الثلاثينيات من عمره.
• النتائج الجينية: حدد WGS متغيرات متغايرة الزيجوت مركبة في جين TPK1 لدى كلا الشقيقين المصابين:
  1. متغير مغلط معروف وممرض: NM_022445.4:c.382C>T (p.Leu128Phe).
  2. تغير في عدد النسخ (CNV) جديد: NC_000007.13:g.144285435_144289647dup، وهو تضاعف جانبي بطول 4.2 كيلو قاعدة يشمل الإكسون 7 والإنترونات المجاورة.
  • أكد تسلسل سانجر أن المتغير المغلط موروث من الأم.
  • أكد تحليل القراءة المنقسمة أن الـ CNV موروث من الأب وأنه في حالة trans مع المتغير المغلط.
  • من المتوقع أن يؤدي الـ CNV إلى تعطيل إطار القراءة وتحلل الحمض النووي الريبي بوساطة الطفرات غير المعنى (NMD).
• نتائج العلاج:
  • تلقى المريض الأول جرعات عالية ومنتظمة من الثيامين (100 ملجم/يوم)، مما أدى إلى استقرار الأعراض دون مزيد من التدهور.
  • تلقى الأخ الأكبر دورة قصيرة فقط من جرعة منخفضة من الثيامين (30 ملجم/يوم) قبل التوقف عن العلاج، مما أدى إلى تدهور عصبي تدريجي.

المساهمات الرئيسية

1. توسيع الطيف الجيني: تسجل الدراسة تضاعفاً جانبياً جديداً بطول 4.2 كيلو قاعدة في جين TPK1، مما يوسع المشهد الطفري لـ THMD5 بعيداً عن المتغيرات المغلطة السائدة.
2. التفوق التشخيصي لـ WGS: تظهر الدراسة أن WGS يتفوق على WES أو اللوحات المستهدفة في اكتشاف التباينات الهيكلية المعقدة مثل الـ CNVs داخل الجينات وتحديد طور المتغيرات متغايرة الزيجوت المركبة، وهو أمر بالغ الأهمية للتشخيص الدقيق.
3. الارتباط بين النمط الجيني والنمط الظاهري: تسلط الدراسة الضوء على التباين الكبير في الأنماط الظاهرية بين الشقيقين رغم امتلاكهما لنفس الأنماط الجينية. ويُعزى الاختلاف في المسارات السريرية إلى الالتزام بالعلاج وليس إلى الاختلافات الجينية.

الأهمية والادعاءات
يزعم المؤلفون أن نتائجهم تؤكد الأهمية القصوى لـ العلاج طويل الأمد بجرعات عالية من الثيامين في إدارة THMD5. وتوفر النتائج المتباينة للشقيقين — الاستقرار لدى المريض الملتزم مقابل التدهور التدريجي لدى الأخ غير الملتزم — دليلاً قوياً على أن العلاج بالثيامين يمكن أن يوقف التحلل العصبي حتى عند البدء به في مرحلة متأخرة من المرض.

علاوة على ذلك، تؤكد الورقة البحثية ضرية دمج WGS في العمل التشخيصي للاضطرابات الاستقلابية الموروثة، خاصة عندما تفشل الاختبارات الجينية الأولية في تقديم تشخيص جزيئي. ومن خلال تحديد CNV جديد كان من المرجح أن يتم إغفاله بواسطة الطرق الأخرى، تعزز الدراسة ضرورة التحليل الجينومي الشامل للكشف عن المسببات الجينية الكاملة للأمراض الاستقلابية النادرة. ويدعو المؤلفون إلى البدء الفوري في العلاج بجرعات عالية من الثيامين عند الاشتباه السريري أو الجيني في THMD5 لمنع حدوث ضرر عصبي لا رجعة فيه.