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

Resumen Técnico: La secuenciación del genoma completo identifica una nueva CNV en TPK1 para el síndrome de disfunción del metabolismo de la tiamina 5

Planteamiento del problema
El síndrome de disfunción del metabolismo de la tiamina 5 (THMD5) es un trastorno neurometabólico autosómico recesivo poco común causado por variantes patogénicas bialélicas en el gen TPK1, que codifica la pirofosfato quinasa de tiamina (TPK). Aunque se han documentado más de 30 variantes patogénicas, la mayoría son mutaciones de sentido erróneo (missense). Las variaciones en el número de copias (CNV) que involucran a TPK1 son extremadamente raras y a menudo no se detectan mediante la secuenciación del exoma completo (WES) estándar o paneles de genes específicos, los cuales pueden no cubrir completamente los exones codificantes o no detectar de manera fiable las variaciones estructurales de mayor tamaño, particularmente aquellas con puntos de ruptura en regiones no codificantes. En consecuencia, el diagnóstico de THMD5 en pacientes adultos o con presentaciones atípicas sigue siendo un desafío. Este estudio aborda la necesidad de expandir el espectro genético de TPK1 y evaluar la utilidad diagnóstica de la secuenciación del genoma completo (WGS) en la identificación de lesiones genéticas complejas.

Metodología
El estudio analizó una familia china con dos hermanos afectados (un probando de 31 años y su hermano mayor de 33 años) y tres familiares no afectados (padres y un hermano menor).

• Recopilación de datos clínicos: Se recopilaron historias clínicas exhaustivas, exámenes neurológicos, neuroimágenes (RM), hallazgos de laboratorio (incluyendo lactato sérico) y evaluaciones cognitivas (MMSE, MoCA, ADAS-Cog).
• Análisis genético: Se realizó la secuenciación del genoma completo (WGS) en todos los miembros de la familia utilizando la preparación de biblioteca libre de PCR de TruSeq de Illumina, logrando una profundidad promedio de 30×. Los datos se alinearon con el genoma de referencia humano (hg19) mediante BWA y se analizaron con la herramienta de análisis de genes (Gene Analysis ToolKit, GATK).
• Validación e interpretación de variantes: Las variantes identificadas se validaron mediante secuenciación de Sanger. Las variantes se interpretaron utilizando el Predictor de Efecto de Variantes (VEP) y se contrastaron con bases de datos (ClinVar, OMIM, HGMD, gnomAD). La patogenicidad se evaluó mediante algoritmos computacionales (SIFT, PolyPhen-2, FATHMM) y se clasificó de acuerdo con las directrices de ACMG/ClinGen. Las CNV se interpretaron específicamente basándose en los estándares técnicos para las variaciones de número de copias constitucionales.
• Faseo: El estudio utilizó el análisis de secuencia de lectura dividida (split-read) de los datos de WGS para determinar el faseo cis/trans de las variantes heterocigotas compuestas.

Resultados clave

• Fenotipos clínicos:
  • Probando: Inicio a los 13 años con encefalopatía episódica recurrente, ataxia y disartria. Progresó a marcha espástica y rigidez de extremidades a los 19 años. La RM mostró atrofia cerebral, cerebelosa y del tronco encefálico leve. El lactato sérico fue normal. La función cognitiva se mantuvo preservada en gran medida.
  • Hermano mayor: Inicio a los 4 años con síntomas graves, incluyendo lesiones simétricas en los ganglios basales (hiperintensidad en T2, hipointensidad en T1) y lactato sérico elevado (3.65 mmol/L). Progresó a espasticidad grave, alteración de la marcha y deterioro cognitivo (MMSE 20/30), lo que le impidió caminar de forma independiente al llegar a los treinta años.
• Hallazgos genéticos: La WGS identificó variantes heterocigotas compuestas en TPK1 en ambos hermanos afectados:
  1. Una variante de sentido erróneo conocida: NM_0224245.4:c.382C>T (p.Leu128Phe).
  2. Una nueva CNV: NC_000007.13:g.144285435_144289647dup, una duplicación tándem de 4.2 kb que involucra el exón 7 e intrones adyacentes.
  • La secuenciación de Sanger confirmó que la variante de sentido erróneo fue heredada de la madre.
  • El análisis de lectura dividida (split-read) confirmó que la CNV fue heredada del padre y se encontraba en trans con la variante de sentido erróneo.
  • Se predijo que la CNV causaría una interrupción del marco de lectura y decaimiento del ARN mensajero mediado por la terminación prematura (NMD).
• Resultados del tratamiento:
  • El probando recibió dosis altas regulares de tiamina (100 mg/día), lo que resultó en la estabilización de los síntomas sin mayor deterioro.
  • El hermano mayor recibió solo un curso corto de dosis bajas de tiamina (30 mg/día) antes de suspender el tratamiento, lo que derivó en un deterioro neurológico progresivo.

Contribuciones clave

1. Expansión del espectro genético: El estudio reporta una nueva duplicación tándem de 4.2 kb en TPK1, expandiendo el panorama mutacional conocido de THMD5 más allá de las predominantes variantes de sentido erróneo.
2. Superioridad diagnóstica de la WGS: La investigación demuestra que la WGS es superior a la WES o a los paneles de genes específicos para detectar variaciones estructurales complejas como las CNV intragénicas y para determinar el faseo de las variantes heterocigotas compuestas, lo cual es crítico para un diagnóstico preciso.
3. Correlación genotipo-fenotipo: El estudio destaca la heterogeneidad fenotípica significativa entre los hermanos con genotipos idénticos. La divergencia en las trayectorias clínicas se atribuye a la adherencia al tratamiento más que a diferencias genéticas.

Significado y afirmaciones
Los autores afirman que sus hallazgos subrayan la importancia crítica de la terapia con dosis altas de tiamina de por vida en el manejo de la THMD5. Los resultados contrastantes de los dos hermanos —la estabilización en el probando adherente frente al deterioro progresivo en el hermano no adherente— proporcionan evidencia convincente de que la terapia con tiamina puede detener la neurodegeneración incluso si se inicia en etapas avanzadas de la enfermedad.

Además, el artículo sostiene que la WGS debe integrarse en el proceso diagnóstico de los trastornos metabólicos hereditarios, particularmente cuando las pruebas genéticas iniciales no logran obtener un diagnóstico molecular. Al identificar una nueva CNV que probablemente habría pasado desapercibida por otros métodos, el estudio refuerza la necesidad de un análisis genómico exhaustivo para descubrir la etiología genética completa de las enfermedades metabólicas raras. Los autores abogan por la iniciación inmediata de dosis altas de tiamina ante la sospecha clínica o genética de THMD5 para prevenir daños neurológicos irreversibles.