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

तकनीकी सारांश: थियामाइन मेटाबॉलिज्म डिसफंक्शन सिंड्रोम 5 के लिए TPK1 में एक नवीन CNV की पहचान हेतु होल जीनोम सीक्वेंसिंग

समस्या विवरण
थियामाइन मेटाबॉलिज्म डिसफंक्शन सिंड्रोम 5 (THMD5) एक दुर्लभ ऑटोसोमल रिसेसिव न्यूरोमेटाबोलिक विकार है, जो TPK1 जीन में द्वियुग्मकी (biallelic) रोगजनक वेरिएंट्स के कारण होता है, जो थियामाइन पाइरोफॉस्फोकाइनेज (TPK) को एनकोड करता है। हालांकि 30 से अधिक रोगजनक वेरिएंट्स दर्ज किए जा चुके हैं, लेकिन अधिकांश मिससेंस म्यूटेशन हैं। TPK1 से जुड़े कॉपी नंबर वेरिएशंस (CNVs) अत्यंत दुर्लभ हैं और अक्सर मानक होल एक्सोम सीक्वेंसिंग (WES) या लक्षित जीन पैनल द्वारा अनपेक्षित रह जाते हैं, क्योंकि वे कोडिंग एक्सॉन्स को पूरी तरह से कवर करने या गैर-कोडिंग क्षेत्रों में ब्रेकपॉइंट्स वाले बड़े संरचनात्मक विविधताओं का विश्वसनीय रूप से पता लगाने में विफल हो सकते हैं। फलस्वरूप, वयस्क रोगियों या असामान्य प्रस्तुतियों वाले व्यक्तियों में THMD5 का निदान चुनौतीपूर्ण बना हुआ है। यह अध्ययन TPK1 के आनुवंशिक स्पेक्ट्रम को विस्तारित करने और जटिल आनुवंशिक घावों की पहचान करने में होल जीनोम सीक्वेंसिंग (WGS) की नैदानिक उपयोगिता का मूल्यांकन करने की आवश्यकता को संबोधित करता है।

कार्यप्रणाली
इस अध्ययन में एक चीनी परिवार का विश्लेषण किया गया जिसमें दो प्रभावित भाई-बहन (एक 31 वर्षीय प्रोबैंड और उसका 33 वर्षीय बड़ा भाई) और तीन अप्रभावित परिवार के सदस्य (माता-पिता और एक छोटा भाई) शामिल थे।

• नैदानिक डेटा संग्रह: व्यापक नैदानिक इतिहास, न्यूरोलॉजिकल परीक्षण, न्यूरोइमेजिंग (MRI), प्रयोगशाला निष्कर्ष (सीरम लैक्टेट सहित), और संज्ञानात्मक मूल्यांकन (MMSE, MoCA, ADAS-Cog) एकत्र किए गए।
• आनुवंशिक विश्लेषण: सभी परिवार के सदस्यों पर Illumina TruSeq DNA PCR-Free Library Preparation का उपयोग करके होल जीनोम सीक्वेंसिंग (WGS) की गई, जिससे औसत गहराई 30× प्राप्त हुई। डेटा को BWA का उपयोग करके मानव संदर्भ जीनोम (hg19) के साथ संरेखित किया गया और Gene Analysis ToolKit (GATK) के साथ विश्लेषित किया गया।
• वेरिएंट सत्यापन और व्याख्या: पहचाने गए वेरिएंट्स को सेंगर सीक्वेंसिंग के माध्यम से सत्यापित किया गया। वेरिएंट्स को Variant Effect Predictor (VEP) का उपयोग करके व्याख्यायित किया गया और डेटाबेस (ClinVar, OMIM, HGMD, gnomAD) के विरुद्ध स्क्रीन किया गया। रोगजनकता का आकलन कम्प्यूटेशनल एल्गोरिदम (SIFT, PolyPhen-2, FATHMM) का उपयोग करके किया गया और ACMG/ClinGen दिशानिर्देशों के अनुसार वर्गीकृत किया गया। CNVs की व्याख्या विशेष रूप से संवैधानिक कॉपी-नंबर वेरिएंट्स के तकनीकी मानकों के आधार पर की गई।
• फेजिंग (Phasing): अध्ययन ने कंपाउंड हेटरोज़ायगस वेरिएंट्स की cis/trans फेजिंग निर्धारित करने के लिए WGS डेटा के स्प्लिट-रीड सीक्वेंस विश्लेषण का उपयोग किया।

मुख्य परिणाम

• नैदानिक फेनोटाइप:
  • प्रोबैंड: आयु 13 वर्ष में पुनरावर्ती एपिसोडिक एन्सेफैलोपैथी, अतालता (ataxia) और डिस्अर्थ्रिया के साथ शुरुआत। 19 वर्ष की आयु तक स्पैस्टिक गेट (spastic gait) और अंग की जकड़न में प्रगति हुई। MRI में हल्के सेरेब्रल, सेरेबेलर और ब्रेनस्टेम शोष (atrophy) के लक्षण दिखे। सीरम लैक्टेट सामान्य था। संज्ञानात्मक कार्य काफी हद तक संरक्षित रहा।
  • बड़ा भाई: आयु 4 वर्ष में गंभीर लक्षणों के साथ शुरुआत, जिसमें सममित बेसल गैन्ग्लिया घाव (T2 पर हाइपरइंटेंसिटी, T1 पर हाइपोइंटेंसिटी) और बढ़ा हुआ सीरम लैक्टेट (3.65 mmol/L) शामिल है। गंभीर स्पैस्टिसिटी, गेट डिस्टर्बेंस और संज्ञानात्मक हानि (MMSE 20/30) के साथ प्रगति हुई, जिससे वह तीस की उम्र तक स्वतंत्र रूप से चलने में असमर्थ हो गया।
• आनुवंशिक निष्कर्ष: WGS ने दोनों प्रभावित भाई-बहनों में TPK1 में कंपाउंड हेटरोज़ायगस वेरिएंट्स की पहचान की:
  1. एक ज्ञात रोगजनक मिससेंस वेरिएंट: NM_0224_45.4:c.382C>T (p.Leu128Phe)।
  2. एक नवीन CNV: NC_000007.13:g.144285435_144289647dup, जो एक्सॉन 7 और आस-पास के इंट्रॉन्स को शामिल करने वाला एक 4.2 kb टैंडम डुप्लीकेशन है।
  • सेंगर सीक्वेंसिंग ने पुष्टि की कि मिससेंस वेरिएंट मां से विरासत में मिला था।
  • स्प्लिट-रीड विश्लेषण ने पुष्टि की कि CNV पिता से विरासत में मिला था और यह मिससेंस वेरिएंट के साथ trans में था।
  • अनुमान लगाया गया कि CNV रीडिंग फ्रेम व्यवधान और नॉनसेंस-मीडिएटेड डिके (NMD) का कारण बनता है।
• उपचार के परिणाम:
  • प्रोबैंड को नियमित उच्च खुराक थियामाइन (100 mg/day) दी गई, जिसके परिणामस्वरूप लक्षणों का स्थिरीकरण हुआ और आगे कोई गिरावट नहीं देखी गई।
  • बड़े भाई को उपचार बंद करने से पहले केवल कम खुराक वाला थियामाइन (30 mg/day) का एक संक्षिप्त कोर्स दिया गया, जिससे प्रगतिशील न्यूरोलॉजिकल गिरावट हुई।

मुख्य योगदान

1. आनुवंशिक स्पेक्ट्रम का विस्तार: यह अध्ययन TPK1 में एक नवीन 4.2 kb टैंडम डुप्लीकेशन की रिपोर्ट करता है, जो प्रमुख मिससेंस वेरिएंट्स से परे THMD5 के ज्ञात उत्परिवर्तन परिदृश्य को विस्तृत करता है।
2. WGS की नैदानिक श्रेष्ठता: शोध यह प्रदर्शित करता है कि WGS, इंट्राजेनिक CNVs जैसे जटिल संरचनात्मक विविधताओं का पता लगाने और कंपाउंड हेटरोज़ायगस वेरिएंट्स की फेजिंग निर्धारित करने के लिए WES या लक्षित पैनलों की तुलना में श्रेष्ठ है, जो सटीक निदान के लिए महत्वपूर्ण है।
3. जीनोटाइप-फेनोटाइप सहसंबंध: अध्ययन समान जीनोटाइप वाले भाई-बहनों के बीच महत्वपूर्ण फेनोटाइपिक विषमता को उजागर करता है। नैदानिक प्रक्षेपवक्र (trajectories) में अंतर आनुवंशिक भिन्नताओं के बजाय उपचार के पालन (adherence) के कारण है।

महत्व और दावे
लेखकों का दावा है कि उनके निष्कर्ष THMD5 के प्रबंधन में जीवन भर, उच्च खुराक वाली थियामाइन थेरेपी के महत्वपूर्ण महत्व को रेखांकित करते हैं। दोनों भाई-बहनों के विपरीत परिणाम—अनुपालन करने वाले प्रोबैंड में स्थिरीकरण बनाम गैर-अनुपालन करने वाले भाई में प्रगतिशील गिरावट—इस बात का पुख्ता प्रमाण देते हैं कि थियामाइन थेरेपी रोग के पाठ्यक्रम में देरी से शुरू होने पर भी न्यूरोडीजेनेरेशन को रोकने में सक्षम है।

इसके अलावा, यह शोध दावा करता है कि जब प्रारंभिक आनुवंशिक परीक्षण से आणविक निदान प्राप्त करने में विफलता हो, तो WGS को वंशानुगत चयापचय विकारों के नैदानिक वर्कअप में एकीकृत किया जाना चाहिए। एक नवीन CNV की पहचान करके जिसे अन्य विधियों द्वारा अनदेखा किया जा सकता था, यह अध्ययन दुर्लभ चयापचय रोगों के पूर्ण आनुवंशिक कारणों को उजागर करने के लिए व्यापक जीनोमिक विश्लेषण की आवश्यकता को सुदृढ़ करता है। लेखक THMD5 के नैदानिक या आनुवंशिक संदेह होने पर अपरिवर्तनीय न्यूरोलॉजिकल क्षति को रोकने के लिए तत्काल उच्च खुराक थियामाइन शुरू करने की वकालत करते हैं।