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《欧洲人类遗传学杂志》。2020年5月；28(5): 674–678.
2019年12月5日在线发布。 doi（操作界面）：10.1038/s41431-019-0552-9
预防性维修识别码：项目管理委员会7171094
PMID：31804630

人类的一种新变异HIST1H4J公司基因引起类似于HIST1H4C公司-相关神经发育障碍

费德里科·泰萨多里,#1,2 Atteeq U.Rehman公司,#三，5 雅克·吉尔泰,2 范霞,三 海莉·斯特雷夫,三 凯伦·杜兰,2 杰伦·贝克斯,1,4 西马·R·拉拉尼,三和吉斯·范·哈夫滕通讯作者2
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摘要

我们在这里报告了一个新出现的错义变体HIST1H4J公司导致生长迟缓、小头畸形和智力残疾的综合征。三重全外显子测序（WES）表明，先证者是一个新发现的c.274 a>G p.（K91E）变异的杂合基因HIST1H4J公司，一种尚未与人类疾病相关的基因。患者表现为严重智力残疾、小头畸形和面部畸形。在斑马鱼胚胎中评估已识别的从头错义变异体的功能后果，它们影响一般发育，特别是导致头部器官缺陷和体轴长度缩短。我们的结果表明，单等位基因p.K91E取代HIST1H4J公司在基因和表型上与HIST1H4C公司-由p.K91A和p.K91Q亚群引起的相关神经发育障碍HIST1H4C公司高度重叠的患者表型突显了HIST1H4J和HIST184C扰动之间的功能相似性，确立了K91在组蛋白中的独特重要性H4型脊椎动物发育的基因。

主题术语：疾病遗传学，疾病模型

介绍

染色质调节的重要性反映在越来越多的关于组蛋白修饰复合物或组蛋白基因遗传改变引起的人类疾病的文献中[1–4].

我们最近报道了影响HIST1H4C中赖氨酸91（p.K91A或p.K91Q）的单等位显性致病性变体（RefSeq NM_003542.3），导致严重的神经发育综合征。我们查明了由于DNA损伤积累、基因组不稳定和细胞周期延迟而导致早期发育阶段紊乱的原因[4].

HIST1HJ（RefSeq NM_021968.3）和HIST184C是编码组蛋白H4的15个人类基因中的两个。虽然H4型基因，它们都编码一个相同的H4蛋白[5]. 在这里，我们提供的数据证明，导致赖氨酸91被谷氨酸取代的一种新的显性变体HIST1H4J公司反映了先前报告的表型HIST1H4C公司-相关障碍。HIST1H4C K91患者的显著表型重叠[4]在斑马鱼身上获得的功能数据提供了令人信服的证据，证明突变的HIST14J K91是先证者神经发育障碍的病因。

材料和方法

患者基因调查

这项研究是根据涉及人类受试者的研究的伦理指南进行的，并得到了贝勒医学院机构审查委员会的批准。获得参与家庭成员的书面知情同意。先证者由SRL在德克萨斯儿童医院就诊，并转诊为临床三组WES患者。如前所述，Trio WES在贝勒遗传学实验室进行[6,7].

渔业和畜牧业

图宾根长鳍斑马鱼被保存在标准实验室条件下[8]. 动物实验由荷兰皇家艺术与科学学院动物实验委员会批准。

斑马鱼胚胎的表达测定

基本上按照[4]. 以HIST1H4J的人cDNA编码（RefSeq NM_021968.3）为模板，引物HIST1H4J_K91E_F:5′-gtctacgctcgcgagcgaggccc-3′和HIST1H4J_K91E_R:5′-ggcctgcgctcgcgcgagctagac-3′进行单位点突变。

成像

在蔡司StemiSV6立体显微镜上对28 hpf斑马鱼胚胎进行了活体表型评估（德国奥伯科钦卡尔蔡司公司）。使用蔡司Axioplan亮场显微镜（Carl Zeiss AG）和徕卡DFC420C数字显微镜相机（Leica Microsystems，Wetzlar，Germany）进行成像。

结果

患者报告

患者是一名14岁的西班牙裔男性，患有严重智障。他是足月妊娠的产物，产前护理有限。他的出生体重为2.3公斤。他出生时患有尿道下裂，并接受了手术修复。在他的医疗评估过程中，生长参数始终小于3%。他出现全身延迟和低张力。9个月大时，他独自坐着，4岁左右时，他独立行走。他有严重的语言障碍，被诊断为普遍性发育障碍。他的其他诊断为眼球运动失用症（OMA）和中度左内斜视。14岁时，他不会说话。他的身高为125.3厘米（-4.64标准偏差），体重为20.7千克（-4.13标准偏差）和头围为49.4厘米（-3.32标准偏差）。畸形特征包括睑裂上翘、肥大、眶周充盈、眉毛拱起、鼻梁平坦、嘴角向下的宽口和人中短（图1a个). 他的上下肢、纤细的手和扁平足肌肉萎缩。超声心动图和肾脏超声评价正常。脑MRI显示幕上沟和脑池轻度突起。他的实验室检查包括长链脂肪酸、CPK、乳酸和脆性X的DNA分析，这些都是正常的。染色体微阵列显示父亲遗传的207 kb增加涉及KCNV1公司在染色体8q23.2上。MECP2型测序正常。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为41431_2019_552_Fig1_HTML.jpg

新发现的错义变体HIST1H4J公司.一先证者的家谱和照片。倾斜的方块表示未指定的性别。b从头错义变体在基因和蛋白质水平上的定位以及H4残基的比对表明K91及其周围的残基在物种之间是高度保守的。在基因组水平上，该A>G替换位于chr6:27792176（hg19）。有关命名的更多信息，请参阅正文

通过WES鉴定HIST1H4J中c.274 A>G p.（K91E）变体

对三组WES数据的分析没有发现任何影响或可能影响已知疾病相关基因的变体，这些基因可以解释先证者的表型。母系或父系遗传的KCNV1公司未识别。

然而，先证者被发现是杂合子（110个突变vs 138个参考读数）的从头变异[chr6:27792176 a>G（hg19），c.274 a>G；p.（K91E）]英寸HIST1H4J公司，迄今为止与人类疾病无关的基因。c.274 A>G变异体既不存在于他的亲生父母中，也不存在于诸如ExAC公司或格诺姆AD此外，受影响的K91残基在物种间保存得非常好（图1)，并且预计变体的影响是有害的(SIFT公司)并可能造成损坏（PolyPhen-2；http://genetics.bwh.harvard.edu/pph2/). 在先证者中未检测到其他从头变异。

一个同系物HIST1H4J公司,HIST1H4K公司位于6号染色体的短臂上，距离6号染色体仅6.7 kb。而13个H4基因的编码序列与HIST1H4J的编码序列存在显著差异（图S1（第一阶段）),HIST1H4J公司和HIST1H4K公司共享一个相同的开放阅读框，仅在3′UTR序列上有所不同（图第2页). 对测序bam文件的目视分析证实，包含从头开始的A>G变异体的序列读取确实起源于并映射回HIST1H4J公司轨迹（图第2页).

斑马鱼HIST1H4J K91E的功能建模

我们通过在斑马鱼胚胎中微量注射合成mRNA来测试HIST1H4J K91E变体对发育的显性影响（图2). 由于健康人群中一系列组蛋白H4基因中存在多种功能丧失变体，因此未考虑功能丧失效应(格诺玛德, [9,10]).

保存图片、插图等的外部文件。对象名为41431_2019_552_Fig2_HTML.jpg

HIST1H4J上的K91E替代物导致斑马鱼胚胎早期严重发育缺陷。一受精后28小时斑马鱼胚胎中观察到的表型。在1细胞期微量注射野生型HIST1H4J（WT）和K91E mRNA。1级胚胎发育正常，2级胚胎体轴轻度缩短，头部发育延迟。3类胚胎头部发育严重缺陷，AP体轴缩短，后部发育异常。在第4类胚胎中，头部结构和体节基本上不存在。b柱状图显示了每个类别中每个类别中观察到的胚胎的百分比。无注射非注射控制。所提供的数据是通过三个独立的生物和技术实验重复收集的

28hpf的分析显示，虽然野生型HIST14J的表达对胚胎发育只有非常温和的影响，但HIST14J K91E的表达对斑马鱼胚胎的结构发育有明显的影响（图2)，这让人想起先前报道的HIST1H4C K91变异体的表型[4]. 观察到大脑和眼睛等头部结构发育缺陷、体轴生长缺陷和尾巴变形，这些都是先证者小头症和身材矮小的特征。

讨论

我们在这里描述了一种新的、显性的神经发育障碍，与K91E在HIST1H4J公司基因。这项研究的先证者表现出严重的智力残疾、小头畸形和面部畸形。Trio-WES分析显示，先证者是新发c.274 a>G p.（K91E）变异的杂合子HIST1H4J公司.

先证者的临床特征，包括他的颅面畸形与之前报道的那些患有HIST1H4C公司变量（表1; [4]). 虽然所有患者都有一般的神经发育障碍、生长参数和独特的颅面特征，但本研究先证者的特征之一是OMA，这是一种以有缺陷、无自愿或吸引眼球运动为特征的疾病[11]. 由于三组WES没有发现任何可能影响OMA相关基因的变异，我们得出结论，这种表型可能与HIST1H4J公司先证者发生变化。

表1

基因变异患者的临床和遗传学表现的比较HIST1H4C公司和HIST1H4J公司

HIST1H4J公司HIST1H4C公司（第1部分）HIST1H4C公司（第2部分）HIST1H4C公司（第3部分）
cDNA变化c.274安>克约274华氏度>摄氏度c.275安>克c.275安>克
效果第K91E页第K91Q页第K91R页第K91R页
上次就诊时的年龄13年7年13年11天
性别男性女性女性女性
种族西班牙裔高加索人高加索人高加索人
小头畸形✓✓✓✓
低血压✓✓✓不
发育迟缓✓✓✓✓
生长迟缓✓✓✓不适用
智力残疾✓✓✓不适用
脑部MRI表现幕上沟和池轻度隆起白质体积减少正常不适用
眼科学眼球运动障碍，中度左内斜视近视，斜视左眼弱视、小乳头、屈光异常、左眼会聚性斜视
颅面特征眼睑裂上翘、骨质疏松、眶周充盈、鼻梁扁平、口宽、人中短眼睑裂向上倾斜，鼻尖平裂，人中嵴正中，口宽，肥大，上睑下垂，眼眶过度上睑裂、鼻尖裂、人中脊、大嘴、身高过大、眼睛不对称、眶周丰满眼睑裂向上倾斜，鼻尖平裂，下颚后缩
足射线异常未知✓✓✓
其他功能普遍性发育障碍，尿道下裂继发孔型房间隔缺损，小肾脏缺乏皮质-髓质分化和单纯囊肿，疼痛阈值高精神病、脊柱前凸、皮肤marmorata、癫痫

先证者中检测到的c.274 A>G变异体导致赖氨酸（K）被谷氨酸（E）替代，位于HIST1H4J公司基因。赖氨酸91翻译后修饰包括乙酰化和单泛素化[12,13]它们分别在染色质组装和稳定性中起着重要作用[13,14]防止DNA破坏剂[12]. 由于获得的谷氨酸不能是单泛素化的，并且由于其带负电荷，因此这里提出的HIST1H4 K91E取代很可能导致基因组不稳定，如前面所述的赖氨酸91取代HIST1H4C公司[4]. 此外，类似于HIST1H4C公司,HIST1H4J公司在早期人类胚胎和人类胚胎干细胞中表达相对良好[15]这两个系统的细胞周期时间都相对较短，因此对细胞分裂率的扰动很敏感。

发现了HIST1H4J公司这里描述的综合征表明，K91变异体不仅对HIST1H4C特异，而且编码相同H4蛋白的其他基因中K91的替代也可能导致这种可识别的神经发育综合征。这是在发现HIST1H4C公司-相关神经发育障碍[4]. 显然，表观遗传途径中的变异是发育综合征和肿瘤发生的基础。组蛋白变体的丰富性和非随机性在癌症中越来越明显[16]（以及其中的参考文献），将我们的注意力转向组蛋白基因可以为我们提供机会，在遗传水平上解决更多尚未解释的发育综合征。

补充信息

补充材料（568K，docx）

致谢

我们感谢患者及其父母参与本研究。

基金

我们感谢荷兰心血管研究计划的支持，荷兰心脏基金会向JB授予CVON2014-18 CONCOR-GENES。

数据可用性

遗传和表型数据被提交到莱顿开放变异数据库（LOVD；http://www.lovd.nl/3.0/home网站)作为提交ID 00266138。

遵守道德标准

利益冲突

贝勒医学院分子和人类遗传学系的收入来自贝勒遗传学实验室提供的分子遗传测试。提交人声明他们没有利益冲突。

脚注

出版商的笔记Springer Nature在公布的地图和机构关联中的管辖权主张方面保持中立。

这些作者贡献均等：Federico Tessadori、Atteeq U.Rehman

补充信息

本文的在线版本（10.1038/s41431-019-0552-9）包含对授权用户可用的补充材料。

工具书类

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文章来自欧洲人类遗传学由以下人员提供自然出版集团