遺伝子型

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9369 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

ネフロシスチン-1 (NPHP1) の常染色体劣性全遺伝子欠失は、一次繊毛の構造と機能に異常をもたらします。これらの欠失は、腎結石症として知られる尿細管間質性腎疾患、網膜疾患（シニア・ローケン症候群）および神経疾患（ジュベール症候群）を引き起こす可能性があります。腎盂炎は小児における末期腎臓病（ESKD）の一般的な原因であり、成人発症のESKDの最大1%です。一塩基変異体 (SNV) および小さな挿入および欠失 (Indel) は、あまりよく特徴付けられていません。われわれは、英国ゲノミクス・イングランド（GEL）100,000ゲノムプロジェクト（100kGP）に採用された個人に対して、遺伝子病原性スコアリングシステム（GenePy）と遺伝子型から表現型へのアプローチを使用した（n = 78,050）。このアプローチにより、NHS ゲノミクス医療センターによって報告された NPHP1 関連疾患を患っている参加者全員と、さらに 8 人の参加者が特定されました。明らかな劣性遺伝によって裏付けられることが多い極端なNPHP1遺伝子スコアが、がんを含むさまざまなリクルートカテゴリーの患者で観察され、これまで認識されていたよりもさらに広範囲に疾患が存在する可能性が示唆された。合計 10 名の参加者がホモ接合性 CNV 欠失を有し、8 名がホモ接合性または SNV との複合ヘテロ接合性でした。私たちのデータはまた、NPHP1 関連疾患の約 44% が SNV に起因する可能性があるという強力なインシリコ証拠を明らかにしており、タンパク質構造に重大な影響を与える AlphaFold 構造モデリング証拠も備えています。この研究は、NPHP1関連疾患におけるSNVSがCNVと比較して歴史的に過小報告されていることを示唆している。

ネフロシスチン-1 (NPHP1) は、この同じ領域でかなりのホモ接合性欠失が見つかる前に、最初に染色体 2q13 に局在化しました1。ソーニエら。およびヒルデブラントら。は、NPHP1 を別の遺伝子 MALL2,3 とともに最小欠失間隔内で同定しました。彼らは両方とも、ヘテロ接合性欠失を有する患者のNPHP1にはさらなる一塩基変異体（SNV）があることに注目したが、MALLには注目しなかった。ソーニエら。その後、NPHP1 遺伝子には 2 つの逆向き 358 キロベース (kb) の低コピーリピート (LCR) が隣接しており、これらの両方には患者の欠失ブレークポイントを含む 45 kb のより小さな LCR が含まれていることを実証しました 4。

ヒト第 2 染色体は 2 本の祖先大型類人猿染色体の融合から生じ、テロメアとテロメアの融合点は 2q13 に位置します。テロメアにはいくつかの反復配列があり、これがこれらの LCR の存在を説明している可能性があります 5。 LCR はヒトゲノムの 5 ～ 15% に存在し、非対立遺伝子相同組換え (NAHR) 媒介クロスオーバーが発生する可能性があります 5,6。この不均等なクロスオーバーにより、重複、欠失、逆位などのコピー数変異 (CNV) などの構造変異が生じます5。

NPHP1 は、光受容細胞の接続繊毛と、集合管の腎上皮細胞の一次腎繊毛の基部 (移行領域として知られています) に局在しています 7,8。一次繊毛は、細胞表面から突き出た、ほぼ遍在する感覚器官です9。したがって、NPHP1 に関連する疾患は繊毛病として知られています10。

NPHP1 のホモ接合性欠失は、腎盂炎の最も一般的な原因です (症例の 20 ～ 25%) 11、12、13。ギリシャ語で「消失したネフロン」を意味するネフロンフティス症は、古典的に発症年齢に基づいて、乳児期、若年期、および頻度は低いですが青年期の 3 つのカテゴリーに分類される尿細管間質性腎疾患です14。超音波検査では、線維化と皮質髄分化の喪失によるエコー源性の増加を伴う、小さい腎臓から通常の大きさの腎臓が明らかになります。正常組織の喪失により、病気の経過の後半で小さな皮質髄様嚢胞が発生することがあります14。乳児型は、子宮内発症、羊水過少症、生後 2 年間の ESKD を伴う他の型と最も大きく異なりますが、腎臓は正常または縮小ではなく肥大し、より広範な嚢胞の発生が見られます 15。若年性および青年期の腎炎は、慢性腎臓病の発症に先立つ多尿症および多飲症、ならびに成長遅延と関連している可能性があります14。

腎盂炎に加えて、患者の 15% は網膜ジストロフィー (シニア・ローケン症候群) または神経学的 (ジュベール症候群) の表現型を持っています16。網膜の表現型は軽度である可能性があります17。ジュベール症候群（JS）は、小脳失調、精神遅滞、筋緊張低下、新生児呼吸調節不全を特徴とします18。小脳奇形は、いわゆる「臼歯サイン」（MTS）として MRI スキャンで確認できます。他の遺伝子原因に比べて、JS が軽度の NPHP1 変異を持つ患者では、奇形はそれほど重篤ではありません 18、19、20。

NPHP1 のホモ接合性欠失は完全に浸透性であるため、腎盂炎表現型の特徴的です 11,13。腎盂炎が小児における ESKD の主な原因であることは十分に確立されています 14。ただし、Snoek らのより最近のデータは次のとおりです。は、成人発症ESKD21の0.9%においてNPHP1のホモ接合性欠失を同定した。ある人は61歳になって初めてESKDに達した。患者の 69% は、腎結紮、尿細管間質性腎または嚢胞性腎疾患以外の以前の診断を受けていました 21。腎盂炎に関連して報告されているものの、NPHP122 では小さな挿入および欠失 (インデル) および一塩基変異体 (SNV) の特徴があまりよくわかっていません。

単一変異関連検査は一般的な疾患の変異を特定することに成功していますが、症例数が高くても稀な変異については依然として検出力が不十分です23。そこで、私たちは遺伝子レベルのスコアリングシステムである GenePy24 を適用しました。 GenePy は、バリアントレベルのデータを遺伝子レベルのデータに変換するソフトウェアです。 GenePy は、インシリコの有害性メトリクス、集団対立遺伝子頻度、各変異体で観察された接合性を組み込むことにより、各個人の全遺伝子病原性のスコアを生成します 24。遺伝子内の複数の変異の影響は、各個人の単一の累積遺伝子病原性スコアに組み合わされます。 GenePy スコアは連続的ですが、正規分布に従いません。 GenePy スコアが高いほど、まれで有害な変異による病原性変異負荷が大きいことを表すため、基本レベルでは直感的です。 GenePy スコアは、多数の候補バリアントに優先順位を付けるための基礎として使用できます。

2018年に募集を完了した英国ゲノミクス・イングランド（GEL）10万ゲノムプロジェクト（100kGP）は、がんや希少疾患の患者のゲノムを解読し、このデータをデジタル臨床記録にリンクすることを目的としている。その目的は、臨床診断を改善し、治療法を調整し、新しい科学的発見を可能にし、研究を英国国民保健サービス (NHS) の臨床的に統合されたゲノム医療サービスと結び付けることでした25。

全ゲノム配列決定と100kGPプロジェクトからの長期的な臨床データを使用。私たちは、遺伝子型から表現型へのアプローチを使用して、NPHP1 および関連する表現型の病原性変異を特定することを目的としました。 100kGP に採用されたすべての個人について NPHP1 の GenePy スコアを生成し、さらにコピー数変異 (CNV) データを組み込みました。また、100kGPに集められた個体におけるCNVとSNVの頻度を調査し、表現型に寄与するSNVの証拠を評価した。私たちは、疾患に関係なく、100kGPに集められたすべての個人の遺伝子型を考慮することにより、遺伝子優先アプローチまたは遺伝子型から表現型へのアプローチを適用しました。次に、異なる変異に関連する表現型スペクトルを関連付けるために、逆表現型解析を実施しました。

100,000 ゲノムプロジェクトは、イングランド東部の国立研究倫理局研究倫理委員会、ケンブリッジ南研究倫理委員会によって承認されました。すべての方法は、関連するガイドラインおよび規制に従って実行されました。元の研究の一環として、すべての被験者および/またはその法的保護者からインフォームドコンセントが得られました。

プロジェクトの GEL データセット (研究レジストリ ID 109) へのアクセスは腎 GEL 臨床解釈パートナーシップ (GeCIP) によって承認され、すべての分析は GEL 研究環境内で行われました。希少疾患またはがんについて GEL が定義した適格基準を持つ患者は、長期にわたる電子健康記録を含む臨床表現型データに関連付けられた生殖系列全ゲノム配列決定に同意しました。特定のヒト表現型オントロジー (HPO) データは、参加者の募集カテゴリーに応じて募集時に収集されました 26。追加の長期的表現型データには、ICD-10 コードとして記録された英国の NHS 病院のすべての入院、救急、外来予約の詳細を含む病院エピソード統計 (HES) データベースが含まれていました 27。参加者の大多数は血液サンプルを提供しましたが、生殖系列 DNA 抽出のために唾液を提供した参加者は少数でした。生殖細胞系 DNA に加えて、がん部門に採用された一部の参加者は体細胞腫瘍細胞の DNA も提供しました。

表現型データは、LabKey Main プログラム暫定データリリース v11.028 から抽出されました。ヒト表現型オントロジー (HPO) の用語は、GEL プロトコル 29 に従ってゲノム医療センター (GMC) を募集することによって提供されました。

ゲノムデータは、集約マルチサンプルバリアントコールフォーマット (VCF; aggV2) メインリリースバージョン 11 (17/12/20) から取得されました。すべてのサンプルは、Illumina HiSeq X 機器の単一レーンで 150 bp ペアエンドリードで配列決定されました。バイナリベースコール（BCL）ファイル形式の生のシーケンス出力は、iSAAC Aligner（v. 03.16.02.19）を構成する Illumina North Star バージョン 4 全ゲノムシーケンスワークフロー（NSV4、v. 2.6.53.23）で処理されました。および Starling Small Variant Caller (v.2.4.7)。 CNV は、Illumina キャンバスソフトウェア 30 を使用して Genomics England パイプラインによって呼び出されました。サンプルは、デコイ配列を使用して NCBI Genome Reference Consortium Human Build 38 アセンブリにアラインメントされました。 Illumina gVCF genotyper (v.2019.02.26) を使用して、単一サンプルの gVCF を集約しました。

マルチソース gVCF を凝集 gVCF から抽出し、そこから NPHP1 遺伝子座 (NCBI GRCh38/hg38 (chr2:110,123,335–110,205,062) を使用して定義) を bcftools 1.631,32 を使用して選択しました。

最低品質基準を満たすバリアント（GQ > 20、平均 GQ > 35、DP > 10、最大欠落率 70%）は、vcftools 0.1.16 を使用して特定され、下流分析用に保持されました (n = 12,780)33。

全遺伝子病原性スコアを生成するために、コーディング変異体と非コーディング変異体の両方に GenePy アルゴリズム v.1.3 を適用しました 24,34。特定の遺伝子 (g) と個体 (h) の GenePy スコア (S) は、遺伝子内の各両対立遺伝子変異体遺伝子座 (i) がその予測される有害性に従って重み付けされるすべての変異体 (k) の効果の合計です (次を使用)。 CADD(Di)、接合性およびグローバル対立遺伝子頻度 (gnomAD v3.0)) (f)。

次に、gnomAD_version 3.0 の対立遺伝子頻度データ (f) および遺伝子の RefGene データベースの ANNOVAR 1.0 を使用して、VCF に注釈が付けられました35。有害性 (D) の注釈付けには、Combined Annotation dependent Depletion (CADD) v1.6 が使用されました36。バリアントを CADD PHRED スコアが 15 を超えるバリアントに限定しました (n = 214)。このカットオフは、CADD で考えられるすべての標準的なスプライス部位の変更と非同義バリアントの中央値を表すために選択されました。

GenePy アルゴリズムは、VCF ファイルで表されるインデルと SNV を組み込むように合理化されていますが、CNV データは体系的に組み込まれていません。したがって、NPHP1 遺伝子内のストップゲインバリアントおよび gnomAD 構造バリアント v2 を使用した対立遺伝子頻度で観察された最大 CADD 1.6 スコアとして (D) を任意に割り当てることにより、NPHP1 の CNV 全遺伝子欠失の GenePy スコアを全遺伝子スコアと統合しました。 (f = 1.798 × 10–3)。

特定された変異は、Missense 3D データベースと Maestro Suite v13.1 および BioLuminate 4.6 Release 2022-1 (Maestro & BioLuminate, Schrödinger, LLC, New York, NY, 2021) の両方を使用してモデル化されました37,38,39,40,41 。変異は、以下の基準に従って病原性であると特定された：（1）置換により、埋もれた荷電残基が非荷電残基に置き換えられる、（2）置換により、すべての側鎖/側鎖のH結合および/または側鎖が破壊される/主鎖結合 H-結合、(3) 置換は、すべての側鎖/側鎖 H-結合および/または側鎖/主鎖 H-結合を破壊します。 (4) 置換により空洞容積が 70 Å3 以上拡張または縮小され、(5) 置換により、埋められた野生型によって形成された塩橋が破壊されます。 N-O 結合の最大長は 5.0 Å です。

SNV、インデル、および CNV をランク付けされた NPHP1 GenePy スコアに組み込んだ、遺伝子型から表現型へのアプローチにより、上位にランクされた個人の腎臓、網膜、または神経学的表現型が特定されました (表 1 を参照)。 HES データは募集日以降のみ入手可能であるため、発症年齢は過大評価される可能性があります。合計 26 人の参加者が、単一遺伝子性 NPHP1 関連疾患と一致する両対立遺伝子劣性遺伝子型を持っていることが確認されました。私たちのアプローチにより、腎臓または網膜の表現型を持ち、一遺伝子性常染色体劣性疾患の遺伝子型が一定である18人の患者が特定されました。 NHSのゲノム医療センターはこれまでにそのうち8件を報告している。合計 10 個の NPHP1 のホモ接合性 CNV 全遺伝子欠失が発見されました。単一遺伝子疾患と一致するホモ接合性または複合ヘテロ接合性 SNV が、腎臓、網膜、または神経学的表現型を持つ 8 人の患者で同定されました (図 1 を参照)。

単一遺伝子性 NPHP1 関連疾患の両対立遺伝子型を持つ多数の参加者によるバイオインフォマティクスワークフロー。遺伝子型から表現型へのアプローチ（浸透性腎または網膜の表現型を持つ参加者と持たない参加者）と GEL 臨床パイプラインによって報告された参加者の比較を括弧内に示します。このアプローチは、執筆時点で GEL 臨床解釈パイプラインによって解決されたように、個人をピックアップするのに十分な感度を持っていました。

gnomAD v3.0 および CADD 1.6 の PHRED スコアが 15 ～ 47 であると、すべての SNV および indel の対立遺伝子頻度は 4 × 10−3 以下でした (表 2 を参照)。変異体の病原性の評価は、米国医科遺伝学ゲノミクス学会 (ACMG) および配列変異体の解釈に関する分子病理学協会のガイドラインに従って実施されました 42。 GEL 全ゲノム配列決定の段階的調整は利用できず、可能性のある複合ヘテロ接合変異を有する参加者を確認するには、可能な場合には親ゲノムの分析が必要でした。ただし、複合ヘテロ接合ミスセンス変異はヘテロ接合 CNV 欠失とイントランスである必要がありますが、ホモ接合変異体は位相情報を必要としません。候補変異体の分離に関する親ゲノムの評価は 3 つのケースで可能でした。参加者 9 は、R668C と S666C について複合ヘテロ接合性である可能性があります。しかし、両方の変異体が父親にも存在し、シス内に存在することが確認されました。参加者 33 人は、R545K と R444C について複合ヘテロ接合性である可能性があります。ただし、両方の変異が参加者の母親に存在し、シス内に存在することが確認されました。参加者 14 人における複合ヘテロ接合性変異体 (R639I および Y78H) は、それぞれの親で 1 つの変異体と分離することが確認されました。 de novo であると証明された変異体はありませんでした。中程度から高い CADD スコアを持つ多くのイントロン変異体を含め、スプライシングに影響を与えると予測される変異体はありませんでした。ヘテロ接合性の病原性バリアントおよび分離できなかったバリアント、または ClinVar で良性と予測されたバリアントを含む、これらのバリアントのリストは補足データに含まれています (補足表 1 を参照)。

CNV分析により、344家族（0.54%）の参加者78,050人中424人が、がんおよび希少疾患コホート全体でCNV欠失を確認されたことが明らかになった。 CNV 欠失の対立遺伝子頻度は、がんおよび希少疾患コホートで同様であり、gnomAD SV v2.1 に記載されている頻度の 2 倍でした (表 3 を参照)。エクソームベースのシーケンスは CNV を呼び出すのがより困難であることを考えると、後者は驚くべきことではないかもしれません。

10 の異なる家系からの 10 個のホモ接合性 CNV 欠失は、GenePy スコアの降順で合わせて 20 位にランクされました。このうち 6 件は、GEL ゲノム医療センターによってこれまで報告されていませんでした。ホモ接合性 CNV 欠失を持つ 8 人の参加者は、ESKD (n = 6) または CKD ステージ 4 (n = 2) の腎不全を患っていました。 HES ICD-10 データまたはリクルートメント HPO 用語のいずれかを使用して最初に腎臓の表現型を記録したときの年齢は 6 歳から 52 歳の範囲でした。 4人の参加者は、最初に記録された網膜表現型の年齢が25歳から54歳までの網膜ジストロフィーを患っていた。参加者1人は利用可能な表現型データがなかったが、「原因不明の若年者腎不全」のため募集され、50歳未満にESKDを発症する必要があった。 1 人の参加者が悪性黒色腫のがんコホートに登録され、52 歳までに尿細管間質性腎炎および高血圧性腎疾患を伴う ESKD を患い、54 歳までに遺伝性網膜ジストロフィーを患いました。遺伝子欠失のヌル変異体の性質により、病原性の非常に強力な証拠が得られます。

8 人の参加者は、腎臓または網膜疾患およびホモ接合性または複合ヘテロ接合性 SNV と一致する表現型を持っていました。これらには、ホモ接合性ストップゲイン変異 (1 つの家族から 2 人の兄弟)、ミスセンス変異を伴うヘテロ接合 CNV 欠失 (1 つの家族から 2 人の兄弟)、2 つの異なるホモ接合ミスセンス変異 (2 つの家族から 2 人)、および 2 つの異なる複合ヘテロ接合の可能性が含まれます。ミスセンス突然変異 (2 つの家族からの 2 人の個人)。ホモ接合性ストップゲイン変異およびホモ接合性ミスセンス変異を有する参加者、およびホモ接合性CNV欠失を有する10人中3人は血族関係を有することが知られていた。これら 8 人のうち、ホモ接合性ストップゲインバリアントを持つ 2 人の兄弟は、ヌルバリアントのため、ACMG ガイドラインに従って病原性があると報告される可能性があります。他の SNV は、まれな (4.00E-04) か、または 18 ～ 28.9 の CADD スコアを持つ病原性の強力なインシリコ証拠を持つ新規ミスセンス変異体でした。

8家族からのさらに8人の参加者は、単遺伝子性NPHP1関連疾患と一致する劣性遺伝子型を持っていたが、表現型は証明されていなかった。これらには、複合ヘテロ接合ミスセンス変異の可能性のある6個と、ミスセンス変異を伴うイントランス型複合ヘテロ接合CNV欠失2個が含まれていた。腎臓または網膜の表現型が証明されていない参加者 1 名が癌コホートに採用されました。もう1人は、知的障害を持ち、腎臓または網膜疾患に関する表現型データが入手できない状態で募集された参加者の親戚でした。

多くのヘテロ接合 CNV 欠失 (n = 414) が発見され、その中には GenePy ランキングのトップ 50 に 6 つが含まれていました。がんコホートに集められた参加者では2つのヘテロ接合性CNV欠失が同定されたが、腎臓または網膜の表現型は記録されなかった。しかし、この欠失は、CADD 1.6 PHRED スコアが 15.56 のイントロン変異体とイントランスであり、活性エンハンサーマーク (H3K27ac) で見つかりました。残りのヘテロ接合性 CNVS は共同ランク 593 であり、CADD 1.6 による追加の予測病原性バリアントは見つかりませんでした。

病原性または推定される病原性バリアント（表 2 に記載）が NPHP1 の構造的完全性に影響を与える可能性があるかどうかを調べるために、AlphaFold によって最近リリースされた NPHP1 の構造モデル（UNIPROT#O15259）に最も顕著な変化をマッピングしました43,44。。つまり、AlphaFold アルゴリズムは、配列の複数の配列アラインメント (MSA) から抽出された共進化残基のコンタクトマップの分析に基づく AI システムであり、2 つのニューラルネットワークにフィードします。1 つはタンパク質データバンク (PDB) 構造でトレーニングされ、原子間の角度と距離を予測します。もう 1 つは、形状と構造の精度を採点するように訓練された人です。このモデルは、NPHP1 ポリペプチド鎖内の 5 つの異なる構造領域を特定します (図 2 を参照): コイル状のらせん構造が豊富な N 末端ドメイン (およそ残基 1 ～ 100)、最初の無秩序領域 1 (残基 100 ～ 150) ）、SH3 ドメイン（r.150 ～ 210）、第 2 の無秩序領域（210 ～ 240）、およびベータシートとアルファヘリックスの両方が豊富な球状 C 末端ドメイン（240 ～ 732）。予測の品質は、2 つの不規則な領域を除いて、これらの領域のほとんどで一般に一貫して高くなります。抗アポトーシス機能を媒介することが知られている BAG ドメインタンパク質ファミリーのような N 末端コイルコイルドメインと、細胞接着に関与すると考えられている SH3 ドメインの実験構造データが入手可能です 45,46。

NPHP1 バリアントのアルファフォールドモデリング。 (A) AlphaFold によって予測され、予測された主要領域によって手動で注釈が付けられた NPHP1 ポリペプチドのモデル。 (B) NPHP1 構造モデル内で GenePy によって同定された変異のマッピング。 (C) NPHP1 モデルにおける残基 R683 とその予測側鎖取り巻き。 (D) NPHP1-R683W 変異体モデルにおける残基 W683 とその予測側鎖取り巻き。 (C) と (D) では、H 結合はシアンの点線で示されています。 (E) NPHP1 オーソログ (主に脊椎動物) における R683 の保存を示す多重配列アラインメント。色分けの範囲は、系統保存のレベルに応じて、変数 (シアン) および平均 (白) から保存 (マルーン) まであります。

NPHP1 の構造モデルにより、ミスセンス予測因子と Maestro Suite v13.1 および BioLuminate 4.6 Release 2022-1 (Maestro & BioLuminate, Schrödinger, LLC, New York,ニューヨーク、2021)37、38、39、40、41。まず、すべての変異は、予測されたドメイン含有領域に位置することがわかりました (補足図 1B および補足表 2)。第二に、M575T と R683W を除いて、ほとんどの変異は構造に重大な影響を及ぼさないと予測されました。ただし、M575T の場合、残渣サイズの減少を考慮すると、キャビティの大幅な変化が予測されます (図示せず)。また、反対側の R684W については、変化の予測には以下が含まれます: この置換により、埋もれた荷電残基が非荷電残基 (TRP) に置き換えられ、残基 P670、D621、Q619 との複数の H 結合が破壊され、形成された塩橋が破壊されます。 R683 の NE 原子と D621 の OD1 原子による。 90.504 Å3 の収縮とともに (補足図 1C、D; 補足表 3)。最後に、R683 が系統発生的に保存されていることを確認しました (補足図 1E)。

18人の参加者が、劣性NPHP1関連疾患の診断と一致する遺伝子型および腎臓または網膜の表現型を持っていると同定された。これらのうち、ホモ接合型 NPHP1 欠失を持つ 10 人の参加者は、ACMG ガイドラインに従って病原性があるとみなされる可能性があります。 8人の患者はホモ接合性および複合ヘテロ接合性SNVを有しており、これにはCNV欠失を伴うイントランスの2つの有意性不確実なヘテロ接合性変異体(VUS)が含まれていた。これらのうち、ACMG 基準に従って病原性として分類できるのは、ホモ接合性ストップゲイン変異を持つ 2 つだけです。

他の SNV は希少 (4.00E-04) であるか、または病原性の強力なインシリコ証拠を持つ新規のミスセンス変異体でした。 CADD PHRED スコアは 18 ～ 28.9 でした。いくつかの原因となる変異が失われるリスクを承知で、カットオフ CADD スコア 15 以上を選択しました。このカットオフは、CADD で考えられるすべての標準的なスプライス部位の変更と非同義バリアントの中央値を表すために選択されました。 CADD PHRED スコアが 15 を超える変異体は、ヒトゲノムで発生する可能性のある最も有害な置換の上位 0.5% に入ることが予測されます。しかし、他の多くの遺伝子のミスセンス変異体と同様に、高価で時間のかかる in vitro または in vivo 機能アッセイを行わなければ、それらを臨床病原性として正式に分類することはできません。これは、現在、ハイスループットのゲノミクスから、病原性を確認するためのハイスループットの機能アッセイの欠如へと移行している臨床解釈のボトルネックという、より広範な問題を引き起こしています。これらの変異がまれであるか、特定の家族にプライベートでさえあることを考えると、「十分に確立された in vitro または in vivo 機能研究」を開発するコストは法外に高額になる可能性が高く、患者とその家族にとっての橋渡し的利益の損失につながる可能性があります。機能的な実験的証拠が利用可能な場合、それはアポトーシスと細胞接着におけるいくつかのタンパク質ドメインの役割を裏付けています 45,46。これらの SNV の AlphaFold 構造モデリングにより、タンパク質構造に対する重大な影響がさらに予測されました。

さらに8人の参加者は、単遺伝子性NPHP1関連疾患と一致する劣性SNV遺伝子型を有していたが、腎臓または網膜の表現型は記録されていなかった。 1人はがんを抱えて採用され、3人は「罹患していない」親族だった。一般に、癌のために募集された参加者および発端者以外の希少疾患参加者については、表現型データが不足しています。癌の治療を受けているすべての患者で腎機能の検査が必ず行われているにもかかわらず、癌参加者の GEL 募集プロセスでは、日常的に腎機能の文書化は必要ありません。募集時に表現型が記録されておらず、長期的な ICD-10 HES データがない「影響を受けていない」血縁者は、臨床的に評価されていない、無症状の疾患を患っている、または文書化されていない臨床疾患を患っているか、後から発現する可能性があるか完全に診断されていないことが原因である可能性があります。浸透剤。

複合ヘテロ接合性を評価する場合、いくつかの変異体が同じ染色体上に存在する可能性があることが難しい点です。これは現在、Genomics England で使用されているようなショートリードデータでは評価できません。保護者の評価により、参加者 1 名にイントランスの存在が確認されました。複合ヘテロ接合性変異を持つ発端者の表現型データが不足しているのは、彼らの年齢が若いためである可能性がある。彼らは一生のうちに重大な病気を発症する可能性があります（2人は15歳未満でした）。 Snoekらによるホモ接合型NPHP1 CNV欠失に関するアレイベースのデータ。は、個人が 70 歳まで末期腎臓病に達しない可能性があることを示唆しています 21。浸透度を明らかにし、他の症例を確認するには、GEL の HES データを使用してこれらの参加者を長期的に追跡する必要があります。

100kG プロジェクトへの多数の参加者は、NPHP1 および関連疾患の病原性変異の全範囲を特定するユニークな機会を提供しました。したがって、我々は、より客観的で、遺伝子型と表現型を区別しないアプローチを適用しました。症例対照アプローチに比べて大きな利点は、予測された祖先や血縁関係に基づいて分析から参加者を除外する必要がなくなることです。遺伝文献において非ヨーロッパ人の祖先を持つ個人が過小評価されていることを考えると、これは特に重要です。短い読み取りデータを実装するすべてのアプローチと同様、このアプローチにも同じ制限があります。これには、高度に変動する領域のバリアントを検出する感度の低下や位相表現の欠如が含まれます。位相データの欠如は、接合性を決定するために親 DNA が利用できない可能性がある成人発症疾患で特に問題となるため、複合ヘテロ接合性バリアントを評価する能力が制限されます。すべての大規模データと同様に、GenePy のスコアリングはデータの品質と、体系的なバイアスや技術的なアーティファクトの除去に依存します。ただし、使用されたゲノミクスイングランドデータは完全性が高く、すべてのサンプルが Illumina HiSeq X の単一レーンの 150 bp ペアエンドリードで配列決定されました。

私たちのデータは、表現型に関して偏りなく遺伝子型および関連する表現型を同定できるジーンファーストアプローチの利点を裏付けています。このアプローチはあらゆる遺伝子に適用でき、まだ病気を発症していない可能性のある参加者も含まれます。注目すべきことに、この遺伝子型と表現型のアプローチでは、執筆時点で GEL 臨床解釈パイプラインによって解決されたと報告されている個人を見逃さなかった。 GMC の出口アンケートデータによると、7 家族から 9 人の参加者が臨床解釈パイプラインを使用して GEL によって報告されました。ただし、NPHP1 以外の別の網膜遺伝子 (PDE6B) についても報告されました。これは、一部の参加者が複数の単一遺伝子性分子診断を受けている可能性を強調しています。 7,374 人の患者を対象とした 1 つの全エクソーム研究では、101 人 (4.9%) が複数の遺伝子座を含む診断を受けており、関連する表現型は別個であるか重複している可能性があります 47。複数の遺伝子診断を受けたすべての患者は血族であることが知られていた。

NPHP1 のホモ接合性 CNV 欠失は、腎不全の明確な原因です。しかし、腎臓および網膜疾患に対する SNV およびインデルの寄与は、あまりよく特徴付けられていません。この研究は、NPHP1 病原性バリアントがこれまでの推定よりも一般的であること、および SNV が NPHP1 関連の単一遺伝子疾患の診断の最大 44% を占める可能性があることを示唆しています。腎臓または網膜の表現型が記録されていない参加者（若年または身元不明のため）はまだこれらの表現型を示す可能性があるため、これは控えめな推定値を表す可能性があります。

遺伝子病原性スコア (GenePy) と組み合わせたジーンファースト (遺伝子型から表現型) アプローチにより、血縁関係や祖先に関係なく、英国 100,000 ゲノムプロジェクトにおけるネフロシスチン 1 (NPHP1) の完全な分子遺伝スペクトルの同定が可能になりました。 AlphaFold 構造モデリングからの支持データは、NPHP1 関連疾患の診断の最大 44% が、十分に説明されている CNV 欠失に加えて SNV によって引き起こされている可能性があることを示唆しています。ロングリードシークエンシングによる段階的ゲノムデータの利用可能性が高まることで、このアプローチの威力がさらに高まり、複合ヘテロ接合性バリアントの信頼できる評価が可能になることが期待されます。長期的な追跡調査により、GenePy スコアの高い個人の将来の病状を予測する能力に関するデータが提供されます。

完全なデータは、Genomic England Secure Research Environment で入手できます。 Genomics England 100,000 Genomes Project の参加者のプライバシーと機密性を保護し、ヘルスケアおよびゲノムデータの使用について参加者から与えられた同意を遵守するために、アクセスが制御されます。研究者は、Genomics England Clinical Interpretation Partnership (GeCIP) (https://www.genomicsengland.co.uk/about-gecip/for-gecip-members/data-and-data-access) に登録した後、完全なデータへのアクセスが許可されます。 /) および合理的な要求に応じて責任著者に連絡することによって。

Konrad、M.ら。 2q13 領域の大きなホモ接合性欠失は、若年性腎盂炎の主な原因です。ハム。モル。ジュネット。 5、367–371 (1996)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ヒルデブラント、F. et al. SH3 ドメインタンパク質をコードする新規遺伝子が 1 型腎炎で変異しています。ジュネット。 17、149–153 (1997)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Saunier, S. 推定上の src 相同性 3 ドメインを持つタンパク質をコードする新規遺伝子は、家族性若年性腎炎の候補遺伝子です。ハム。モル。ジュネット。 6、2317–2323 (1997)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Saunier, S. et al. NPHP1 遺伝子座の特徴づけ: 家族性若年性腎盂炎における欠失に関与する変異機構。午前。 J. ハム。ジュネット。 66、778–789 (2000)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ユアン、B.ら。ヒトNPHP1遺伝子座の比較ゲノム解析により、霊長類における複雑なゲノム構造とその局所的進化が明らかになった。 PLoS ジュネット。 11、e1005686 (2015)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

Bailey、JA、Yavor、AM、Massa、HF、Trask、BJ、Eichler、EE セグメント重複: 現在のヒトゲノムプロジェクトアセンブリ内の組織と影響。ゲノム研究所 11、1005–1017 (2001)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

フリーガウフ、M. et al. ネフロシスチンは、腎臓および呼吸器繊毛の移行ゾーン、および繊毛を接続する光受容体に特異的に局在します。混雑する。社会ネフロル。 17、2424–2433 (2006)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Eley, L.、Moochhala, SH、Simms, R.、Hildebrandt, F. & Sayer, JA Nephrocystin-1 は Ack1 と直接相互作用し、ヒト集合管で発現します。生化学。生物物理学。解像度共通。 371、877–882 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Reiter, JF & Leroux, MR 繊毛症を支える遺伝子と分子経路。ナット。モル牧師。セルバイオル。 18、533–547。 https://doi.org/10.1038/nrm.2017.60 (2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wolf, M. & Hildebrandt, F. 腎盂炎。小児科。ネフロル。 26、181–194。 https://doi.org/10.1007/s00467-010-1585-z (2011)。

論文 PubMed Google Scholar

ハルブリッター、J. et al. 腎盂関連繊毛症患者1,056人の世界的コホートにおいて99の新規変異を同定。ハム。ジュネット。 132、865–884 (2013)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hildebrandt, F.、Attanasio, M. & Otto, E. 腎盂炎: 繊毛症の疾患メカニズム。混雑する。社会ネフロル。 20、23–3 https://doi.org/10.1681/ASN.2008050456 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ブラウン、DA およびヒルデブラント、F. 繊毛病。コールドスプリングハーブ。視点。バイオル。 9、028191 (2017)。

記事 Google Scholar

Hildebrandt, F. & Zhou, W. 腎盂炎関連繊毛症。混雑する。社会ネフロル。 18 年、1855 ～ 1871 年。 https://doi.org/10.1681/ASN.2006121344 (2007)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ヒルデブラント、F. et al. 若年性腎盂炎 1 型の家系の分子遺伝学的同定: 腎不全への進行率。腎臓内科 51、261–269 (1997)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

カリディ、G.ら。腎網膜症候群：NPH1遺伝子座のホモ接合性欠失を有する患者における網膜異常と劣性腎盂炎の関連。午前。Ｊ．腎臓Ｄｉｓ． 32、1059–1062 (1998)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Birtel, J. et al. NPHP1 遺伝子関連腎炎は潜在性網膜症を伴います。腎臓内科 100、1092–1100 (2021)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

マサチューセッツ州パリシら。若年性腎炎に関連するNPHP1遺伝子欠失は、ジュベール症候群患者の一部に存在します。午前。 J. ハム。ジュネット。 75、82–91 (2004)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

カリディ、G.ら。神経症状を伴う腎盂炎 1 型欠失症候群: 有病率と関連性の重要性。腎臓内科 70、1342–1347 (2006)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

カストーリ、M.ら。 NPHP1 遺伝子欠失は、ジュベール症候群関連疾患のまれな原因です。 J.Med. ジュネット。 42、e9 (2005)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Snoek、R. et al. NPHP1 (ネフロシスチン-1) 遺伝子の欠失は、成人発症の ESRD を引き起こします。混雑する。社会ネフロル。 29、1772–1779 (2018)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, Y.、Chen, F.、Wang, J.、Zhao, Y. & Liu, F. NPHP1 の 2 つの新規ホモ接合性変異が遅発性末期腎疾患を引き起こす：中国人における成人腎盂炎の症例報告異婚家族。 BMCネフロール。 20、1–5 (2019)。

記事 Google Scholar

Bansal, V.、Libiger, O.、Torkamani, A. & Schork, NJ 希少変異体を含む関連研究のための統計分析戦略。ナット。ジュネ牧師。 11、773–785 (2010)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Mossotto、E. et al. GenePy - 次世代シーケンスデータを使用して個人の遺伝子病原性を推定するためのスコア。 BMCバイオインフォーム。 20、254 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

ゲノミクスイングランド。 National Genomics Research and Healthcare Knowledgebase v5。 https://doi.org/10.6084/m9.figshare.4530893.v5 (2019)。

ケーラー、S.ら。 2021 年のヒト表現型オントロジー。Nucleic Acids Res. 49、D1207–D1217 (2021)。

論文 PubMed Google Scholar

世界保健機関。精神障害および行動障害の ICD-10 分類: 臨床的説明と診断ガイドライン。 ICD-10 精神障害および行動障害の分類 (1992)。

ネルソン、EK et al. LabKey Server: 科学データの統合、分析、コラボレーションのためのオープンソースプラットフォーム。 BMCバイオインフォーム。 12、71 (2011)。

記事 Google Scholar

ケーラー、S.ら。 Human Phenotype Ontology (HPO) 知識ベースとリソースの拡張。核酸研究所 47、D1018–D1027 (2019)。

論文 PubMed Google Scholar

Roller, E.、Ivakhno, S.、Lee, S.、Royce, T. & Tanner, S. Canvas: コピー数変異の多用途かつスケーラブルな検出。バイオインフォマティクス 32、2375–2377 (2016)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Li、H. SNP コーリング、突然変異発見、関連マッピング、および配列データからの集団遺伝的パラメータ推定のための統計的フレームワーク。バイオインフォマティクス 27、2987–2993 (2011)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

NPHP1 ネフロシスチン 1 [ホモ・サピエンス (ヒト)] - 遺伝子 - NCBI。 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/4867

Danecek、P. et al. バリアント呼び出しフォーマットと VCFtools。バイオインフォマティクス 27、2156–2158 (2011)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

GitHub—UoS-HGIG/GenePy-1.3: GRCh38 と GRCh37 (hg19) の両方と互換性のある最新の GenePy バージョン。 https://github.com/UoS-HGIG/GenePy-1.3

Wang, K.、Li, M. & Hakonarson, H. ANNOVAR: ハイスループットシーケンスデータからの遺伝的変異の機能的アノテーション。核酸研究所 38、e164–e164 (2010)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

Rentzsch, P.、Witten, D.、Cooper, GM、Shendure, J. & Kircher, M. CADD: ヒトゲノム全体にわたる変異体の有害性の予測。核酸研究所 47、D886–D894 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Khanna, T.、Hanna, G.、Sternberg, MJE & David, A. Missense3D-DB Web カタログ: 4M のヒトタンパク質をコードする遺伝子変異体の原子ベースの分析およびリポジトリ。ハム。ジュネット。 140、805–812 (2021)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ittisoponpisan, S. et al. 予測されたタンパク質の 3D 構造は、ミスセンス変異が疾患に関連しているかどうかについて信頼できる洞察を提供できるでしょうか? Ｊ．Ｍｏｌ．バイオル。 431、2197–2212 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhu, K. et al. 相同性モデリング、エネルギーベースの精密化、およびループ予測の組み合わせを使用した抗体の構造決定。タンパク質の構造。機能。バイオインフォーム。 82、1646–1655 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Salam, NK、Adzhigirey, M.、Sherman, W.、Pearlman, DA、Thirumalai, D. タンパク質のジスルフィド結合を予測するための構造ベースのアプローチ。タンパク質工学デス。セル。 27、365–374 (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Beard, H.、Cholleti, A.、Pearlman, D.、Sherman, W. & Loving, KA 物理ベースのスコアリングを適用して、タンパク質間複合体における単一アミノ酸変異の結合自由エネルギーを計算します。 PLoS One 8、e82849 (2013)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

リチャーズ、Ｓ．ら。配列変異の解釈に関する基準とガイドライン: 米国医科遺伝ゲノミクス学会と分子病理学協会の共同コンセンサス勧告。ジュネット。医学。 17、405–424 (2015)。

論文 PubMed PubMed Central Google Scholar

Varadi, M. et al. AlphaFold タンパク質構造データベース: 高精度モデルによりタンパク質配列空間の構造範囲を大幅に拡大します。核酸研究所 50、D439–D444 (2022)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ジャンパー、J. et al. AlphaFold による高精度なタンパク質構造予測。 Nature 596, 583–589 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

マンネラ、V. et al. NPHP1 の N 末端ドメインは、抗アポトーシス機能を持つ単量体左手逆平行 3 本鎖コイルドコイルに折り畳まれます。 ACS Chem. バイオル。 14、1845–1854 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ル・メール、A.ら。ヒトネフロシスチンのSH3ドメインの溶液NMR構造と突然変異を引き起こす若年性腎盂炎の解析。タンパク質の構造。機能。バイオインフォーム。 59、347–355 (2005)。

記事 Google Scholar

ポージー、J.E. et al. 多座位ゲノム変異に起因する疾患表現型の解決。Ｎ．Ｅｎｇｌ． J.Med. 376、21–31 (2017)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

この研究は、100,000 ゲノムプロジェクトによって生成されたデータと調査結果へのアクセスを通じて可能になりました。 100,000 ゲノムプロジェクトは、Genomics England Limited (保健社会福祉省の完全所有会社) によって管理されています。 100,000 ゲノムプロジェクトは、国立衛生研究所とイギリスの NHS によって資金提供されています。 Wellcome Trust、Cancer Research UK、Medical Research Council も研究インフラに資金を提供しています。 100,000 ゲノムプロジェクトは、患者から提供され、ケアとサポートの一環として国民保健サービスによって収集されたデータを使用します。 David Rinaldo は、Maestro & BioLuminate スイート (ニューヨーク州シュレディンガー) を使用したモデリングに関して有益なアドバイスをいただきました。 NPHP1 のコピー数変異の分析は、最初は Alexion Pharmaceuticals Inc.の Guillermo del Angel 博士によって行われました。この研究は、国立衛生研究所 (NIHR) サウサンプトン生物医学研究センターの支援を受けました。表明された見解は著者の見解であり、必ずしも NIHR または保健社会福祉省の見解ではありません。

著者とその所属のリストは論文の最後に表示されます。

サウサンプトン大学、Duthie Building (MP 808)、サウサンプトン総合病院、Tremona Road Shirley、サウサンプトン、SO16 6YD、英国

ゲイリー・レガット、グオ・チェン、スミット・ナレイン、クリスティーン・ガスト、ロドニー・D・ギルバート、サラ・エニス

Medetia、イマジン遺伝病研究所、24 Boulevard du Montparnasse、75015、パリ、フランス

ルイス・ブリセーニョ＝ロア＆ジャン＝フィリップ・アネロー

ウェセックス腎臓センター、ポーツマス病院大学 NHS トラスト、Southwick Hill Road、Cosham、ポーツマス、PO6 3LY、英国

ゲイリー・レガット & クリスティーン・ガスト

サウサンプトン小児病院、サウサンプトン総合病院、Tremona Road Shirley、サウサンプトン、SO16 6YD、英国

ロドニー・D・ギルバート

University Hospital Southampton NHS Foundation Trust、Southampton General Hospital、Tremona Road Shirley、サウサンプトン、SO16 6YD、英国

ゲイリー・レガット

ゲノミクスイングランド、ロンドン、英国

JC アンブローズ、P. アルムガム、R. ベバース、M. ブレダ、F. ボードマンプリティ、CR ブーストレッド、H. ブリテン、MA ブラウン、MJ コールフィールド、GC チャン、A. ギース、A. ハンブリン、S. ヘンダーソン、TJPハバード、R. ジャクソン、L.J. ジョーンズ、D. カスペラビシユート、M. ケイクシ、A. コウサタナス、L. ラーンスタイン、A. レイキー、SEA リー、IUS レオン、F.J. ロペス、F. マレディー＝クロウ、M. マッケンタガート、F.ミネシ、J. ミッチェル、L. ムツィアナス、M. ミュラー、N. ムルガエス、AC ニード、P. オドノバン、CA オダムス、C. パッチ、D. ペレスギル、MB ペレイラ、J. プリンジャー、T. ラヒム、A. レンドン、T. ロジャース、K. サベージ、K. サワント、RH スコット、A. シディク、A. ジークハート、SC スミス、A. ソシンスキー、A. スタッキー、M. タンギー、AL テイラータバレス、ERA トーマス、 SR トンプソン、A. トゥッチ、MJ ウェランド、E. ウィリアムズ、K. ウィトコウスカ、SM ウッド、M. ザロヴィツキ

ウィリアム・ハーベイ研究所、クイーン・メアリー大学ロンドン校、ロンドン、EC1M 6BQ、英国

ボードマン・プリティ F、コールフィールド MJ、ヘンダーソン S、ジョーンズ LJ、カスペラビシユート D、ムツィアナス L、ミューラー M、ニード AC、パッチ C、ソシンスキー A、ERA トーマス、トゥッチ A、ウィトコウスカ K、SM ウッド

イースト・アングリア大学、ノリッジ、英国

JN グリフィン

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

全ゲノム配列決定データの分析と解釈は、主に GL、GC、SN、SEGL によって作成された表 1、2、3 および補足表 1 によって実行されました。プロテオミクスに関する専門知識は、LBR および JPALBR によって提供されました。作成された補足図 1 および補足表臨床的観点は GL、CG、RDG によって提供されました。原稿は GL と LBR によって書かれ、他のすべての著者からの意見も提供されました。

ゲイリー・レガットへの通信。

JPA と LBR は Medetia Pharmaceuticals の株主です。 JPA と LBR は、現在 PCT 国内審査段階にある特許出願 WO2109/075369A1 の著者です。その他の利益相反はありません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープンアクセスこの記事はクリエイティブコモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブコモンズライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれています。素材が記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Leggatt, G.、Cheng, G.、Narain, S. 他遺伝子型から表現型へのアプローチは、ネフロシスチン-1 (NPHP1) 関連疾患における一塩基変異体の過小報告を示唆しています (英国 100,000 ゲノムプロジェクト)。 Sci Rep 13、9369 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-32169-4

引用をダウンロード

受信日: 2022 年 8 月 26 日

受理日: 2023 年 3 月 23 日

公開日: 2023 年 6 月 9 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32169-4

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティガイドラインに従うことに同意したことになります。虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。

ニュース