Meckel-Gruber综合征基因，MKS3，Joubert综合征突变

摘要

Joubert综合征（JS[MIM213300])是一种常染色体隐性多系统疾病，其特征是发育迟缓、张力减退、呼吸模式不规则、眼球运动异常，¹轴位图像上可见小脑蚓部发育不全/发育不良伴脑干异常，趾间窝深度大于通常所见深度，伴有中脑被盖变窄和小脑上脚增厚，导致“臼齿征”（MTS）。²其他可变特征包括视网膜营养不良和肾异常，这定义了JS的B型，也称为“小脑-眼-肾”综合征（CORS）。JS是一种遗传异质性疾病。迄今为止，已确定两个基因的突变与JS有关：空气处理接口1(JBTS3型染色体6q23.3）^三最近，CEP290公司(JBTS5型第12q21.3页）。^4,5此外NPHP1型在一组NPHP患者和一种轻度MTS患者中，发现了与导致青少年肾病（NPHP）相同的缺失，从而定义了NPHP1型作为第四个JS位点(JBTS4型2013年第2季度）。⁶另外两个位点，JBTS1/CORS1标准⁷和JBTS2型/CORS2、，^8,9分别映射到染色体9q34.3和11p12-11q13.3。

一些JS患者偶尔会出现枕部脑膨出和多指畸形。这些特征也见于Meckel-Gruber综合征（MKS[MIM249000])这是一种罕见的常染色体隐性致死疾病，其特征是轴后多指畸形、多囊肾发育不良、肝胆管增生、肝发育缺陷和典型的中枢神经系统畸形。在典型的MKS病例中，包括枕后脑膨出、前脑发育不全和菱形屋顶发育不全，但Dandy-Walker（DW）畸形、脑积水和胼胝体发育不全也被描述为偶发特征。MKS基因具有异质性，三个基因座已被映射到17q23(MKS1型)，2013年第11季度(MKS2公司)和8q24(MKS3公司). 最近，已经确定了两个基因：MKS1型芬兰人的17q¹⁰和MKS3公司巴基斯坦和阿曼家庭8q。¹¹JS和MKS之间的表型重叠进一步得到了在Wpk公司MKS大鼠模型，包括胼胝体发育不全和脑积水，但不包括无脑积水。¹²在大鼠中发现错义突变P394LMks3型该基因可能是一个低形态等位基因，因为该基因具有温和的表型和活性Wpk公司老鼠。¹¹

排序时MKS1型和MKS3公司31名表现为脑-视网膜-数字综合征的非血缘胎儿的基因，由于缺乏至少一个MKS诊断标准，该综合征被诊断为“Meckel-like”，¹³我们确定MKS3公司一个有两个兄弟姐妹（胎儿JS-661和JS-660）的家庭的突变。在这两种情况下，分别在妊娠30周（WG）和28周（WG）终止妊娠，原因是超声检测到后窝异常和肾脏充血、肿大。肾脏组织学显示了一个保守的皮质髓质组织，微囊主要位于髓质中(图1A类[面板a、b、d和e]）和两个胎儿的肝胆管增殖(图1A类[面板c和f]）。完整的胎儿尸检未发现其他畸形。对胎儿JS-661进行详细的神经病理学分析，发现小脑重14克（年龄第50百分位：8克），横径33毫米（年龄第五十百分位数：32毫米）。小脑和脑干矢状切面显示第四脑室扩大、广泛开放、蚓部发育不良/抬高，小脑梗厚。小脑的组织学研究证实蚓部发育不全减少到少数叶，齿状核碎裂，浦肯野细胞异位。脑干体积缩小，并包含异常的纵向束。橄榄下核发育不全，锥体不对称且缩小（数据未显示）。在胎儿JS-660中，小脑重10克（年龄第50百分位：10克），横径为33毫米（年龄第五十百分位数：35毫米）。横切面显示第四脑室扩张、畸形，两侧为扩大的小脑脚（模仿臼齿形状）(图1B类[面板g]）。在组织学检查中，发现虫体结构残存，齿状核碎裂，浦肯野细胞异位。脑干发育不全，纵向束异常，横向束减少(图1B类[面板i]）。我们确定了两个MKS3公司这个家族的突变。第15外显子Y513C的错义突变是从父亲遗传来的，而复杂的indel突变（13-bp缺失，包括外显子22/intron 22边界被2bp替换）是从母亲遗传来的。2315_2323+4del13insGG突变删除了供体剪接位点，在228条控制染色体中缺失。Y513C错义突变位于蛋白质的细胞外区域，影响在进化过程中保守的氨基酸。¹¹214条染色体中未发现该突变。在电子分析中，使用^{PolyPhen公司}程序预测，这种变化是致病性的，具有高位置特异性独立计数（PSIC）得分差异>2。¹⁴

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图1

胎儿疾病的病理特征MKS3公司突变。A、，胎儿JS-661（28周龄）和JS-660（30周龄）肾脏和肝脏的组织学模式（苏木精-伊红-藏红染色）。肾脏低(面板a和d日)和高(面板b和e（电子）)放大倍数。高倍镜下显示肝脏(面板c和（f）). 肾脏组织学显示保守的皮质髓质组织，有6至8代成熟肾小球。在JS-661的深层皮层中发现了微囊。髓质管状微囊(黑色箭头)在两者中都观察到。肝组织学显示门脉纤维化伴重要的弥漫性胆管增生(蓝色箭头)在两个胎儿中。B、，脑干和小脑的神经病理学表现。JS-660胎儿小脑脚水平脑干和小脑横切面(面板g)与对照个体相比(面板h). 在面板g中，请注意由于第四脑室（V4）畸形而导致的臼齿倒置，侧边有粗大的小脑脚（P）。第四脑室的顶部由蚓部结构的残余物构成（V）。小脑叶含有异位Purkinje细胞（数据未显示）。发育不良的脑桥纵束（LT）组织混乱，横向纤维减少(面板i)与对照个体相比(面板j); 更高倍镜下，这在尾部水平上更容易看到。

尽管这些胎儿没有出生后诊断所需的神经症状，但该家族高度怀疑JS。因此，我们质疑MKS公司在典型JS患者中可以发现基因突变，并对22例JS患者进行了测序，无NPHP1型删除。的序列分析MKS3公司三名患者的基因突变证实了这一点MKS3公司确实是JS的基因。突变和临床数据总结于表1.

JS-05是一名14岁的阿尔及利亚女孩，父母有血亲关系，Romano等人（在他们的文章中被指定为“案例2”）已经报道过。¹⁵她严重残疾，表现为张力减退、严重精神发育迟滞、刻板动作和无独立行走能力。她有呼吸异常，但没有动眼神经失用症或异常眼动。视网膜电图和视盘成像结果正常。她没有肾脏或肝脏受累。脑成像显示小脑发育不良，MTS无幕上异常(图2). 纯合子MKS3公司在内含子23（IVS23+5G→C）的供体剪接位点附近发现突变。402条染色体中没有这种突变。父母和健康的姐妹都是突变的杂合基因，而健康的兄弟继承了两个正常的等位基因。从患者及其父亲的淋巴细胞中提取RNA，使用位于外显子20（正向：GTAAGCATGGAGAACATATT）和26（反向：CATTGGTTCCATGAATCCATT）的引物进行RT-PCR，显示转录物小于预期的正常大小（754 bp）(图3A类). 测序证实外显子从第22外显子跳到第24外显子(图3B类). 这种亚基缺失预测了一种缺乏氨基酸775至813的蛋白质，该氨基酸构成蛋白质的大部分假定螺旋结构域（氨基酸756至912）。

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图2

一名正常对照个体、一名7岁受累女孩（JS-09）和一名14岁受累女性（JS-05）的脑部MRIMKS3公司突变。A、，JS-09的矢状面MRI显示扩张的第四脑室轻微上移位(白色箭头). JS-05的第四个心室大小正常，但移位严重。JS-09和JS-05患者均显示上蚓部发育不良。蚓部中下段发育不良。B、，小脑半球水平轴位图像显示JS-09和JS-05患者蚓部中下段发育不良；两个半球没有被任何蠕虫结构分开。患者JS-09还患有半球小脑发育不良。C、，显示MTS的轴向图像(白色箭头)JS-09和JS-05患者小脑上脚水平。

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图3

二者的分析MKS3公司RNA水平的剪接突变。A、，引物位于MKS3公司患者JS-05、JS-05和对照个体的父亲中的外显子20（正向）和26（反向）。在对照个体中可以看到预期的野生型大小（754 bp），而在JS-05患者中，较小的带（617 bp）对应于没有外显子23的转录本。患者JS-05的父亲显示了正常和突变的转录本。B、，患者JS-05的RT-PCR的直接测序显示从外显子22到24的跳跃。C、，显示野生型的患者JS-09的RT-PCR直接测序(上限)和异常(下线)16个内含子bp插入对应的转录本(盒装的).

JS-09是一名轻度受累的7岁女孩，其他地方也有报道（作为“病例11”）。¹⁵她表现为张力减退、共济失调、动眼症和眼球运动异常。她没有呼吸异常或视网膜、肾脏或肝脏受累。她有轻微的运动迟缓（2.5岁时行走）和中度的精神发育迟缓。脑磁共振成像（MRI）显示小脑发育不良伴MTS，第四脑室扩大，无幕上异常(图2). 我们确定了三个MKS3公司变异：内含子6的供体剪接位点突变（IVS6+2T→G）是从她母亲遗传来的，错义突变位于外显子16（G545E），突变位于外显子21的最后一个碱基（2341G→a）。最后两个变化是从父亲那里继承的，都可能是有害的。G545E突变与脊椎动物中的一种保守氨基酸有关，预计由^{PolyPhen公司}程序。2341G→A突变由^SSF计划以降低供者-拼接部位得分。从患者淋巴细胞系提取的RNA和RT-PCR分析（使用与患者JS-05相同的引物进行）在电泳上未显示异常片段。然而，测序发现转录本中有一个16 bp的插入，对应于内含子21的前16 bp(图3C类). 当出现突变等位基因时，使用另一个内含子剪接位点。这种移码突变预测下游有一个提前终止密码子14aa的截短蛋白。母体IVS6+2T→G和父体G545E突变分别在380和392条染色体上未发现，而2341G→A变异仅发现一次（1/332条控制染色体）。由于2341G→A在患者中被发现处于杂合子状态，我们不知道该突变是否保留了一些正常剪接。因此，尚不清楚致病性父系等位基因是由G545E错义突变、2341G→A剪接突变还是这两种变异的组合引起的。

患者NPH-786是一名7岁男孩，表现为发育迟缓、小脑共济失调、呼吸异常和蚓部发育不全。未进行MRI检查，无法评估是否存在MTS或蠕虫发育不良。由于他没有显示后颅窝囊性扩张，因此排除了DW畸形。肾脏高回声伴囊肿，肝脏严重受累伴蚓部发育不全，导致该患者被诊断为JS。我们在外显子6（R213C）和21（D711A）中发现了两个错义突变。这两种替换在哺乳动物中都是保守的¹¹分别在380和332条染色体上缺失。父母的DNA样本无法用于突变分析。据预测，它们都是致病的^{PolyPhen公司}项目，PSIC得分差异均为1.8。此外，D711是meckelin第三个跨膜结构域之后的第一个氨基酸，¹¹并且疏水性氨基酸A711的取代可能导致这种丙氨酸异常地包含在跨膜螺旋中，正如通过^{TMHMM服务器}.

识别MKS3公司三名JS患者的突变定义MKS3公司作为第六个JS位点(JBTS6型). 尽管JS序列相对较小MKS3公司基因可能占JS患者的约10%（3/22）。不MKS1型发现了突变，这表明JS和MKS之间的等位基因对MKS3公司轨迹。

MKS和JS是以后脑畸形和肾脏及肝脏受累为特征的疾病，通常属于“先天性肝肾纤维囊性”疾病。¹⁶尽管严重和致命的囊性肾发育不良是MKS的一贯特征，但在一些患者中，肾结节或囊性肾增生异常与JS相关，从而定义了JS相关疾病的CORS组。关于脑畸形，小脑蚓部发育不全是JS的主要特征，枕部脑膨出是最常见的MKS脑畸形。有趣的是，一些小脑蚓部发育不全的患者也会出现枕叶脑膨出（由Satran等人审查）。¹⁷)据报道，出现JS并伴有或不伴有脑膨出的不协调单卵双胞胎存在家族内变异。¹⁸DW畸形在这两种疾病中均有描述。在MKS中，同胞被报告有枕部脑膨出或DW畸形¹⁹或两者兼而有之。²⁰JS和DW畸形或变异的患者也在许多案例中进行了讨论。^21–23然而，这些患者没有接受脑部MRI检查，脑干的状态未知。此外，DW畸形的诊断基于超声或神经病理学检查结果。DW畸形的神经病理学定义与放射学定义不同，包括部分或完全蚓部发育不全伴后颅窝囊性扩张，伴有或不伴有脑积水，但没有特别考虑影像学定义，在脑干和高幕上，可以区分JS、DW畸形或变体。目前仍存在困惑，尤其是对于未进行MRI检查的产前病例，许多在神经病学检查中诊断出DW畸形的胎儿可能会受到JS的影响。

据报道，JS患者肝脏受累，主要表现为先天性肝纤维化，^17,24但肝胆管增生（MKS的一贯特征¹³)在对一名12个月大的JS男孩进行尸检时也有描述。²⁵为了支持这一观察，我们在本报告中描述了两个同样有肝胆管增生的胎儿。尚不清楚MKS3公司错义和剪接突变(表1)我们已经确定的是低形态等位基因，但考虑到这些基因的活性和显著的表型重叠，这样的建议是合理的Wpk公司大鼠，MKS的模型动物，与人类JS。这个Wpk公司老鼠携带错义突变Mks3型并没有出现人类MKS典型的CNS畸形。¹¹

JS和MKS之间的等位基因在其他地方也有提出，^26,27枕叶脑膨出的JS患者是构成一个独特的实体，还是属于MKS表型谱的一部分，一直存在争议。²⁸最近的鉴定CEP290公司两例枕部脑脊膜膨出JS患者的基因突变⁴提供了枕骨脑膨出属于JS谱系的支持。这些结果表明，因枕部脑膜膨出而报告有长期存活MKS的罕见患者更有可能患有JS。^26,29,30这两种疾病之间的表型重叠也通过在JBTS2型-多器官受累的相关患者，包括枕部脑膨出、多指畸形、小眼畸形和肾脏疾病。^9,31根据目前的研究，至少有一个基因，MKS3，可以导致这两种表型。这些条件的等位基因性质可能扩展到MKS2公司基因座，已映射到染色体11q13³²因此可能与JBTS2，已映射到11p12-11q13.3。⁹然而，瓦伦特等人改进了JBTS2型间隔到之间的区域D11S4191号和D11S1344号文件在11p11.2-11q12.1，这将反对这种解释。³¹

不MKS1型在JS患者中发现了突变，这表明等位基因是特定于MKS3公司轨迹。在最近的一项研究中，我们分析了MKS1型和MKS3公司54例MKS胎儿的基因，并根据突变基因发现表型/基因型相关性。而枕部脑膨出在患有MKS1型在一些患有MKS3，多指畸形在患有MKS3公司突变（R.K.，未发表的数据）。识别MKS3公司JS患者的突变增加了与MKS3公司突变，从严重和致命的囊性肾发育不良伴脑膨出到轻度MTS伴正常肾脏和中度精神发育迟滞。由于没有观察到明显的基因型/表型相关性MKS3公司MKS或JS患者的突变，可以假设寡基因遗传和/或修饰基因是与MKS3公司突变。MKS1型不太可能参与，因为我们没有确定MKS1型任何患有MKS3公司突变。

参与NPHP/JS和MKS的基因编码参与睫状体功能的蛋白质，这种情况统称为“睫状体病”³³关于的功能知之甚少AHI1、，而净正压马力导致NPHP的基因(NPHP1型和CEP290公司^4,34)或不带(NPHP2，³⁵ NPHP4，³⁶和NPHP5核电站³⁷)小脑蚓部发育不全编码位于初级纤毛和中心体的蛋白质。此外，这些蛋白质中的一些被证明是相互作用的，这表明它们属于相同的信号通路。^35,36,38比较基因组学也表明MKS1型和MKS3公司编码睫状体蛋白。^10,11Bardet-Biedl综合征（BBS[MIM209900])是另一种与MKS表型重叠的多系统遗传病³⁹和JS，也被认为是一种纤毛病。⁴⁰在BBS中，表型变异的遗传基础由寡生性提供，因为有三个突变论坛等位基因是某些家族疾病表达所必需的，⁴¹而在其他情况下，第三个突变的等位基因调节表型。⁴²BBS中也显示了与BBS蛋白相互作用和共定位的蛋白质之间的上表皮相互作用。⁴³NPHP和JS中也存在寡聚现象。事实上，在一些患者中，只有一个突变在NPHP3核电站³⁸或CEP290公司⁴基因座。在我们的研究中MKS3公司杂合突变F29L也在一个虫体发育不全、枕骨小缺损、囊性肾发育不良和肝胆管无增生的胎儿中发现。要么我们没有发现第二个分子事件，要么这个突变，位于假定的meckelin肽信号中，与另一个基因的突变一起起上位作用。

JS中存在明显的表型/基因型相关性和一些罕见的表型变异情况证明了这种寡基因模型。的确，然而空气处理接口1突变导致JS伴视网膜受累，有时伴有多小脑回，⁴⁴ 空气处理接口1仅在两名肾脏受累患者中发现突变。⁴⁵也，NPHP1型负责绝大多数情况下的独立NPHP；在JS患者中，只有少数患有轻度脑畸形^6,46还有一个视网膜受累⁴⁷与一起被发现NPHP1型删除。人们可以假设，寡基因或上位性遗传是这些罕见患者的额外症状的原因。鉴于这组睫状体病和视网膜营养不良症涉及大量基因，发生这种额外分子事件的可能性很高。³³相比之下空气处理接口1和NPHP1，在患有以下疾病的患者中观察到广泛的表型变异CEP290公司两名枕叶脑膨出患者同时累及肾脏和眼部变量的突变。CEP290公司突变甚至被证明是孤立的Leber先天性黑蒙的常见原因。⁴⁸这种巨大的变异性在患有MKS3公司突变。表型/基因型相关性也发现于接线盒TS1和JBTS2型基因座：然而在接线盒TS1-关联患者，大的变异性与JBTS2型-多器官受累的相关患者，包括枕部脑膨出、多指畸形、小眼畸形和肾脏受累。³¹

导致蠕虫发育不全、DW畸形或枕叶脑膨出的基因的鉴定支持了这些脑畸形常见的胚胎机制的存在。脑膨出可能继发于脑干和小脑疝，而不是原发性神经管缺陷。事实上，在大多数接受详细神经病理学检查的MKS患者中，^49,50枕部脑膨出由挤压的菱形屋顶和第三脑室组成，第四脑室通过扩大的后囟门扩张。然而，在脑膜膨出或脑膜脑膨出下方经常观察到第二个骨缺损，并且不能由疝气引起。此外，MKS中通常观察到广泛的CNS异常，包括异位、微回、视神经和视交叉发育不全，以及中线缺陷，从胼胝体发育不全到无脑、下丘脑融合和完全前脑无裂。这些前脑和菱脑发育不全是否也可能是脑膨出的机械性后果，值得怀疑。另一方面，JS患者出现脑桥和髓质结构畸形以及小脑神经元异位，⁵¹和突变空气处理接口1导致大脑皮层多小脑回JS，⁴⁴这表明JS中轴突导向存在更普遍的缺陷。初级纤毛存在于许多脑细胞类型中（Fuchs等人。⁵²). 它们是否作为脑脊液的机械感觉细胞器或参与平面细胞极性途径⁵³或者两者都未知。最近研究表明，鞭毛内转运蛋白对于神经纤毛的生物发生和刺猬信号转导是必要的，⁵⁴为可以在MKS中观察到的中线缺陷/前脑无裂提供了潜在的分子解释。

总之MKS3公司四名JS患者的基因突变定义了MKS3公司JS的第六个基因座(JBTS6型). 尽管MKS中观察到的畸形频谱更为严重MKS3公司JS患者中的突变表明JS和MKS是等位基因疾病，其他未知的分子缺陷可能是导致JS患者不同表型表达的原因MKS3公司突变。

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