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

Résumé technique : Le séquençage du génome entier identifie une nouvelle CNV dans TPK1 pour le syndrome de dysfonctionnement du métabolisme de la thiamine 5

Énoncé du problème
Le syndrome de dysfonctionnement du métabolisme de la thiamine 5 (THMD5) est une maladie neurométabolique autosomique récessive rare causée par des variants pathogènes bialléliques dans le gène TPK1, qui code pour la thiamine pyrophosphokinase (TPK). Bien que plus de 30 variants pathogènes aient été documentés, la majorité sont des mutations faux-sens. Les variations du nombre de copies (CNV) impliquant TPK1 sont extrêmement rares et souvent non détectées par le séquençage de l'exome entier (WES) standard ou par des panels de gènes ciblés, qui peuvent échouer à couvrir entièrement les exons codants ou à détecter de manière fiable les variations structurelles plus larges, particulièrement celles dont les points de rupture se situent dans des régions non codantes. Par conséquent, le diagnostic du THMD5 chez les patients adultes ou présentant des présentations atypiques reste difficile. Cette étude répond à la nécessité d'élargir le spectre génétique de TPK1 et d'évaluer l'utilité diagnostique du séquençage du génome entier (WGS) pour identifier les lésions génétiques complexes.

Méthodologie
L'étude a analysé une famille chinoise comprenant deux frères atteints (un probant de 31 ans et son frère aîné de 33 ans) et trois membres de la famille non affectés (les parents et un frère cadet).

• Collecte des données cliniques : Les antécédents cliniques complets, les examens neurologiques, la neuroimagerie (IRM), les données de laboratoire (incluant le lactate sérique) et les évaluations cognitives (MMSE, MoCA, ADAS-Cog) ont été recueillis.
• Analyse génétique : Le séquençage du génome entier (WGS) a été réalisé sur tous les membres de la famille en utilisant la préparation de bibliothèque PCR-free TruSeq DNA d'Illumina, atteignant une profondeur moyenne de 30×. Les données ont été alignées sur le génome de référence humain (hg19) à l'aide de BWA et analysées avec le Gene Analysis ToolKit (GATK).
• Validation et interprétation des variants : Les variants identifiés ont été validés par séquençage Sanger. Les variants ont été interprétés via le Variant Effect Predictor (VEP) et passés au crible dans des bases de données (ClinVar, OMIM, HGMD, gnomAD). La pathogénicité a été évaluée à l'aide d'algorithmes computationnels (SIFT, PolyPhen-2, FATHMM) et classée selon les directives ACMG/ClinGen. Les CNV ont été spécifiquement interprétées selon les normes techniques pour les variants de nombre de copies constitutionnels.
• Phasage : L'étude a utilisé l'analyse de séquence de lecture fractionnée (split-read) des données WGS pour déterminer le phasage cis/trans des variants hétérozygotes composites.

Résultats clés

• Phénotypes cliniques :
  • Proband : Début à l'âge de 13 ans avec encéphalopathie épisodique récurrente, ataxie et dysarthrie. Progression vers une démarche spastique et une raideur des membres à l'âge de 19 ans. L'IRM a montré une légère atrophie cérébrale, cérébelleuse et du tronc cérébral. Le lactate sérique était normal. La fonction cognitive était largement préservée.
  • Frère aîné : Début à l'âge de 4 ans avec des symptômes sévères incluant des lésions symétriques des ganglions de la base (hyperintensité en T2, hypointensité en T1) et un lactate sérique élevé (3,65 mmol/L). Progression vers une spasticité sévère, des troubles de la marche et une déficience cognitive (MMSE 20/30), le rendant incapable de marcher de manière indépendante dans la trentaine.
• Résultats génétiques : Le WGS a identifié des variants hétérozygotes composites dans TPK1 chez les deux frères affectés :
  1. Un variant faux-sens pathogène connu : NM_022445.4:c.382C>T (p.Leu128Phe).
  2. Une nouvelle CNV : NC_000007.13:g.144285435_144289647dup, une duplication en tandem de 4,2 kb impliquant l'exon 7 et les introns adjacents.
  • Le séquençage Sanger a confirmé que le variant faux-sens était hérité de la mère.
  • L'analyse de lecture fractionnée (split-read) a confirmé que la CNV était héritée du père et se trouvait en trans avec le variant faux-sens.
  • La CNV devait entraîner une rupture du cadre de lecture et une dégradation par l'ARNm (NMD).
• Résultats thérapeutiques :
  • Le proband a reçu une thiamine à haute dose régulière (100 mg/jour), ce qui a entraîné une stabilisation des symptômes sans nouvelle détérioration.
  • Le frère aîné n'a reçu qu'une courte cure de thiamine à faible dose (30 mg/jour) avant d'interrompre le traitement, entraînant un déclin neurologique progressif.

Contributions clés

1. Expansion du spectre génétique : L'étude rapporte une nouvelle duplication en tandem de 4,2 kb dans TPK1, élargissant le paysage mutationnel du THMD5 au-delà des variants faux-sens prédominants.
2. Supériorité diagnostique du WGS : La recherche démontre que le WGS est supérieur au WES ou aux panels ciblés pour la détection de variations structurelles complexes comme les CNV intragéniques et pour déterminer le phasage des variants hétérozygotes composites, ce qui est crucial pour un diagnostic précis.
3. Corrélation génotype-phénotype : L'étude souligne l'hétérogénéité phénotypique significative entre les deux frères possédant les mêmes génotypes. La divergence des trajectoires cliniques est attribuée à l'observance thérapeutique plutôt qu'à des différences génétiques.

Signification et affirmations
Les auteurs affirment que leurs conclusions soulignent l'importance critique d'une thérapie par thiamine à haute dose et à vie dans la gestion du THMD5. Les résultats contrastés des deux frères — la stabilisation chez le proband adhérent par rapport à la détérioration progressive chez le frère non adhérent — fournissent une preuve convaincante que la thérapie par la thiamine peut arrêter la neurodégénérescence, même lorsqu'elle est initiée tardivement dans le cours de la maladie.

De plus, l'article soutient que le WGS devrait être intégré dans le bilan diagnostique des maladies métaboliques héréditaires, particulièrement lorsque les tests génétiques initiaux ne permettent pas d'obtenir un diagnostic moléculaire. En identifiant une nouvelle CNV qui aurait probablement été manquée par d'autres méthodes, l'étude renforce la nécessité d'une analyse génomique complète pour découvrir l'entièreté de l'étiologie génétique des maladies métaboliques rares. Les auteurs préconisent l'instauration immédiate d'une thérapie par thiamine à haute dose dès la suspicion clinique ou génétique de THMD5 afin de prévenir des dommages neurologiques irréversibles.