学术资源_一例由转座子插入导致的耳聋病例

学术资源

一例由转座子插入导致的耳聋病例

一、患者基本信息

▶ 性别：女

▶ 年龄：34岁

▶ 样本类型：外周血

▶ 临床诊断：本人听力差，母亲听力不好，家族中有耳聋的孩子

▶ 检测项目：OmniSeek^®全外显子组检测

二、检测结果

① 检测结果分析及验证

OmniSeek^®全外显子组检测常规SNV和CNV分析结果均为阴性；利用金诺诊断自主开发的基于WES数据移动元件插入变异（Mobile element insertion, MEI）生信分析流程进一步分析发现，该受检者POU4F3基因的第2号外显子上可能插入了Alu元件（图1）。进一步序列分析提示插入Alu元件，Sanger测序验证结果和PCR扩增+凝胶电泳分析与NGS结果相吻合（图2和图3）。

微信图片_20240626093223.jpg

图1.受检者POU4F3基因c.9**_9**insAlu变异测序结果IGV示意图

图2.受检者POU4F3基因c.9**_9**insAlu变异 Sanger测序验证结果示意图

图3.受检者POU4F3基因c.9**_9**insAlu变异 PCR结果示意图。M.DL2000 maker；S1.阴性对照；S2.受检者；→为插入位置。

② 检测结果解读

POU4F3: NM_002700.3:exon2:c.956_957insAlu:/:临床意义不确定的变异（PM2_Supporting+PVS1_Moderate）

POU4F3基因位于染色体5q32。人类孟德尔遗传学（OMIM）数据库中记载，POU4F3基因的致病性变异可导致呈常染色体显性遗传的耳聋15型（Deafness, autosomal dominant 15, DFNA15）。DFNA15是一种进行性非综合征型感音神经性耳聋，听力损失是渐进性的，通常在20~60岁发病（OMIM,　https://www.omim.org/entry/602459）。

经检测和分析，在受检者POU4F3基因中检测到c.956_957insAlu，即c.956和c.957之间插入了Alu元件。Alu家族是人类基因组中含量最高、活性最强的逆转录转座子。Alu元件是短散在重复序列SINE家族的成员，大小约300bp，包括polyA尾和靶位点复制序列^[^1-2]。本次检测到的Alu元件插入在外显子区，推测该变异可能为功能缺失性变异（LoF），已知LoF是POU4F3基因相关疾病的致病机制（ClinGen　HI　值=3），该变异位于第2号外显子（共2个外显子），预计导致＜10%蛋白序列丢失，且该外显子位于生物学相关转录本中。GnomAD数据库全外显子组数据集和全基因组数据集均未收录该变异。该变异尚无文献报道。

结合上述检测结果，受检者检出的POU4F3基因第2号外显子Alu元件插入，符合耳聋15型的遗传模式，支持受检者听力差的临床表型及受检者母亲听力不好、家族中有耳聋的孩子的家族史。

三、转座子插入变异与单基因遗传病

移动元件(Mobile elements, ME)或转座元件(Transposable elements, TE)几乎占据了人类基因组的一半，是散布在真核生物基因组中的重复基因序列，通过其独有的序列和编码的转座酶，可以在基因组中复制自身到不同位置，故又称为转座子或跳跃基因。转座子可根据转座机制的不同分为两大类（图4）^[3]：

1）DNA转座子，占基因组的3-5%，在人类基因组中是不可移动的。

2）逆转录转座子，是人类中唯一活跃的TE。一个活跃的TE有可能在基因组内移动到新的位置，插入到原始DNA序列中。根据是否存在长末端重复序列（LTR）又分为两类，逆转录转座子又分为：a）LTR逆转录转座子/人类内源性逆转录病毒（HERV）：长10Kb（但截短元件相对常见），约占人类基因组的8%，并以孟德尔遗传方式传给后代。HERV在产前尤其活跃，可能影响神经发育。证据支持许多HERV的长末端重复（LTR）区域包含转录因子的结合位点。这些启动子可以激活HERV或位于LTR下游的其他基因。HERV的特点是移动活动非常有限，尽管某些元素可能保留了通过逆转录病毒样机制移动的能力。b）非LTR逆转录转座子，这些转座子包括长插入元件（LINE，占基因组的20.4%）、短插入元件（SINEs，10.2%）和SVA（SINE-R/VNTR/Alu-like，2.6%）。

图片4.jpg

图4.转座因子的分类和分子结构。注：a）LTR转座子/人类内源性逆转录病毒（HERV）：分类为30-50个不同的家族，结构上类似于外源性逆转录病毒，具有两个长末端重复序列，位于功能性多蛋白衣壳（gag）、蛋白酶、聚合酶和逆转录酶（pol）和包膜（env）的编码序列两侧，但缺乏离开细胞所需的包膜成分；b）LINE有三个主要家族，L1、L2和L3，但只有L1家族通过复制和粘贴机制（一种称为直接逆转录转座（RT）的过程）使用RNA中间体在人类基因组中保持转座能力。L1元件需要完整的50个非翻译区（UTR）作为内部启动子，并产生含有功能性ORF1（开放阅读框）和ORF2蛋白的全长L1 mRNA，编码逆转录酶；c）SINE-Alu元件由一个代表内部启动子伸展的tRNA相关区域组成，后面是一个tRNA无关区域和一条线相关区域，被SINE元件用来结合LINE编码的蛋白质以完成LINE-1介导的反转座；d）SVA由四个结构域组成，包括50末端富含CT的重复序列，通常称为CT-六聚体。Alu样序列，与两个反义Alu样片段同源，一种GC可变数目串联重复序列（VNTR），其长度确定全长SVA元件的变异，该元件是一种来自包膜基因（env）的序列；e）DNA转座子：一种称为转座酶（transposase）的蛋白质与侧翼的末端反向重复序列（TIRs）结合TE从供体位置切除TE并将其重新整合到基因组中。

已有文献报道，在神经精神疾病（如精神分裂症、双相情感障碍、重度抑郁症等）病例中报告过TE（图5）^[3]。TE在听力异常的病例中极少报道，曾在临床表型包含感音神经性耳聋的X连锁无丙种球蛋白血症（XLA）患者中发现BTK基因中存在Alu元件插入^[4]。

图片5.jpg