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

Resumo Técnico: Sequenciamento do Genoma Completo Identifica uma Nova CNV em TPK1 para a Síndrome de Disfunção do Metabolismo da Tiamina 5

Definição do Problema
A síndrome de disfunção do metabolismo da tiamina 5 (THMD5) é um distúrbio neurometabólico raro, autossômico recessivo, causado por variantes patogênicas bialélicas no gene TPK1, que codifica a tiamina pirofosfoquinase (TPK). Embora mais de 30 variantes patogênicas tenham sido documentadas, a maioria são mutações de sentido trocado (missense). As variações no número de cópias (CNVs) envolvendo o TPK1 são extremamente raras e frequentemente não detectadas pelo sequenciamento do exoma completo (WES) padrão ou painéis gênicos direcionados, que podem falhar em cobrir totalmente os éxons codificantes ou detectar de forma confiável grandes variações estruturais, particularmente aquelas com pontos de quebra em regiões não codificantes. Consequentemente, o diagnóstico da THMD5 em pacientes adultos ou naqueles com apresentações atípicas permanece desafiador. Este estudo aborda a necessidade de expandir o espectro genético do TPK1 e avaliar a utilidade diagnóstica do sequenciamento do genoma completo (WGS) na identificação de lesões genéticas complexas.

Metodologia
O estudo analisou uma família chinesa com dois irmãos afetados (um probando de 31 anos e seu irmão mais velho de 33 anos) e três familiares não afetados (pais e um irmão mais novo).

• Coleta de Dados Clínicos: Históricos clínicos abrangentes, exames neurológicos, neuroimagem (RM), achados laboratoriais (incluindo lactato sérico) e avaliações cognitivas (MMSE, MoCA, ADAS-Cog) foram coletados.
• Análise Genética: O sequenciamento do genoma completo (WGS) foi realizado em todos os membros da família utilizando a Preparação de Biblioteca PCR-Free Illumina TruSeq DNA, alcançando uma profundidade média de 30×. Os dados foram alinhados ao genoma de referência humano (hg19) usando BWA e analisados com a ferramenta de análise de genes Gene Analysis ToolKit (GATK).
• Validação e Interpretação de Variantes: As variantes identificadas foram validadas via sequenciamento Sanger. As variantes foram interpretadas usando o Variant Effect Predictor (VEP) e rastreadas em bancos de dados (ClinVar, OMIM, HGMD, gnomAD). A patogenicidade foi avaliada por meio de algoritmos computacionais (SIFT, PolyPhen-2, FATHMM) e classificada de acordo com as diretrizes ACMG/ClinGen. As CNVs foram especificamente interpretadas com base nos padrões técnicos para variantes de número de cópias constitucionais.
• Faseamento: O estudo utilizou a análise de sequência de leitura dividida (split-read) dos dados de WGS para determinar o faseamento cis/trans das variantes heterozigotas compostas.

Principais Resultados

• Fenótipos Clínicos:
  • Probando: Início aos 13 anos com encefalopatia episódica recorrente, ataxia e disartria. Evoluiu para marcha espástica e rigidez de membros aos 19 anos. A RM mostrou atrofia cerebral, cerebelar e de tronco encefálico leve. O lactato sérico estava normal. A função cognitiva permaneceu amplamente preservada.
  • Irmão Mais Velho: Início aos 4 anos com sintomas graves, incluindo lesões simétricas nos núcleos da base (hiperintensidade em T2, hipointensidade em T1) e lactato sérico elevado (3,65 mmol/L). Evoluiu para espasticidade grave, distúrbio de marcha e comprometimento cognitivo (MMSE 20/30), tornando-o incapaz de caminhar de forma independente na casa dos trinta anos.
• Achados Genéticos: O WGS identificou variantes heterozigotas compostas em TPK1 em ambos os irmãos afetados:
  1. Uma variante de sentido trocado (missense) patogênica conhecida: NM_022445.4:c.382C>T (p.Leu128Phe).
  2. Uma nova CNV: NC_000007.13:g.144285435_144289647dup, uma duplicação em tandem de 4,2 kb envolvendo o éxon 7 e íntrons adjacentes.
  • O sequenciamento Sanger confirmou que a variante de sentido trocado foi herdada da mãe.
  • A análise de leitura dividida (split-read) confirmou que a CNV foi herdada do pai e estava em trans com a variante de sentido trocado.
  • A CNV foi prevista como causadora de interrupção da matriz de leitura e decaimento mediado por nonsense (NMD).
• Resultos do Tratamento:
  • O probando recebeu tiamina em alta dose regularmente (100 mg/dia), resultando na estabilização dos sintomas sem novos agravamentos.
  • O irmão mais velho recebeu apenas um curto curso de baixa dose de tiamina (30 mg/dia) antes de interromper o tratamento, levando ao declínio neurológico progressivo.

Principais Contribuições

1. Expansão do Espectro Genético: O estudo relata uma nova duplicação em tandem de 4,2 kb em TPK1, expandindo o panorama mutacional conhecido da THMD5 além das predominantes variantes de sentido trocado.
2. Superioridade Diagnóstica do WGS: A pesquisa demonstra que o WGS é superior ao WES ou painéis direcionados para a detecção de variações estruturais complexas, como CNVs intragênicas, e para determinar o faseamento de variantes heterozigotas compostas, o que é crítico para um diagnóstico preciso.
3. Correlação Genótipo-Fenótipo: O estudo destaca a heterogeneidade fenotípica significativa entre os irmãos com genótipos idênticos. A divergência nas trajetórias clínicas é atribuída à adesão ao tratamento, e não a diferenças genéticas.

Significância e Alegações
Os autores afirmam que seus achados ressaltam a importância crítica da terapia com tiamina em alta dose e de longo prazo no manejo da THMD5. Os resultados contrastantes dos dois irmãos — a estabilização no probando aderente versus a deterioração progressiva no irmão não aderente — fornecem evidências convincentes de que a terapia com tiamina pode deter a neurodegeneração mesmo quando iniciada tardiamente no curso da doença.

Além disso, o artigo afirma que o WGS deve ser integrado à investigação diagnóstica de distúrbios metabólicos hereditários, particularmente quando os testes genéticos iniciais não produzem um diagnóstico molecular. Ao identificar uma nova CNV que provavelmente seria perdida por outros métodos, o estudo reforça a necessidade de uma análise genômica abrangente para descobrir a etiologia genética completa de doenças metabólicas raras. Os autores defendem a iniciação imediata de terapia com tiamina em alta dose após a suspeita clínica ou genética de THMD5 para prevenir danos neurológicos irreversíveis.