Neurodevelopmental Disorder Caused by Deletion of CHASERR, a lncRNA Gene

Article in The New England Journal of Medicine

В конце прошло года была опубликована работа большого международного коллектива, посвящённая изучению гена длинной некодирующей РНК CHASERR и его связи с наследственными заболеваниями. Эта тема является одной из самых актуальных в современной генетике, поэтому, как и ожидалось, статья вышла в крутом журнале «The New England Journal of Medicine». В работе описаны три неродственные семьи с детьми, у которых наблюдалось синдромальное нарушение нервного развития с ранним началом. Все дети страдали от тяжёлой энцефалопатии, имели общие дисморфические черты лица, кортикальную атрофию и церебральную гипомиелинизацию.

Стандартный анализ геномов пациентов в формате трио, включающий поиск доминантных и рецессивных SNV, инделов, увеличений коротких тандемных повторов и структурных вариантов как в ядерном, так и в митохондриальном геномах, не выявил патогенных или потенциально патогенных изменений. Однако у всех пациентов были обнаружены гетерозиготные делеции de novo размером 22 кб, 8,4 кб и 25 кб, соответственно. Эти делеции перекрывали промотор и первые три экзона CHASERR, но не затрагивали другие близлежащие кодирующие гены, включая CHD2 и его промотор. Анализ границ делеций показал наличие повторов семейства SINE/Alu, что позволяет предположить, что аналогичные события могут быть обнаружены и у других пациентов в будущем.

Секвенирование РНК, выделенной из крови первого пробанда, подтвердило гаплонедостаточность CHASERR, а также выявило повышенную экспрессию гена CHD2 (23,9 TPM) по сравнению со здоровым родственником (18,17 TPM). Аналогичное повышение экспрессии CHD2 было обнаружено и в других типах клеток, включая культивированные фибробласты, iPSC и нейрональные клетки-предшественники (NPC). Увеличение экспрессии CHD2 было также подтверждено и на белковом уровне почти в 2 раза. В совокупности небольшого числа экспериментов показано, что CHASERR является негативным цис-регулятором гена CHD2. Ура новому гену, теперь можно искать в своих данных )

DOI: 10.1056/NEJMoa2400718

De novo and inherited dominant variants in U4 and U6 snRNAs cause retinitis pigmentosa

Article in medrxiv

Огонь новость! На прошлой неделе в мед-архиве появилась статья, посвящённая связи патогенных вариантов ещё двух некодирующих РНК с развитием наследственных заболеваний. Работа выполнена огромным международным коллективом авторов из 123 учреждений по всему миру, и кого там только нет (ну понятно кого 😢). На этот раз исследование касается пигментного ретинита — хорошо известного дегенеративного заболевания глаз, которое приводит к значительному ухудшению зрения и нередко к полной слепоте. По разным оценкам, даже при секвенировании экзома и/или генома до половины пациентов остаются без генетически подтверждённого диагноза.

Исследование началось с анализа большой семьи, в которой заболевание проявлялось в двух поколениях. Полногеномное секвенирование всех десяти членов семьи, с последующей фильтрацией вариантов и анализом общего гаплотипа, выявило вариант NR_003137.2:n.18_19insA в гене RNU4-2. Как и ожидалось, этот вариант отсутствовал в базе GnomAD и находился в высококонсервативной области. После этого последовательность RNU4-2 была проанализирована у почти 2000 больных без установленного диагноза, в результате чего был найден ещё один вариант — n.56T>C. В итоге, эти два варианта были обнаружены у 36 пациентов из 13 семей. Ещё 27 пациентов из этих семей не удалось генотипировать из-за отсутствия доступных образцов ДНК. Интересно, что у девяти облигатных носителей, из которых четверо уже умерли, наблюдалась неполная пенетрантность, то есть в 38% семей (пять из 13) патогенные варианты могли присутствовать, но клинические симптомы отсутствовали.

Тут стоит удивиться (например, Оле Левченко), что тут мол какая-то ошибка, совсем недавно варианты в гене RNU4-2 были впервые ассоциированы с частыми нарушениями нервно-психического развития, но там были другие варианты (n.64_65insT)! Вот такой плейотропный эффект.

Но на этом поиск не остановился. Решили искать дальше в других генах ответственных за прохождение сплайсинга – и о чудо! в гене RNU6, который взаимодействует с RNU4, а также в его 4 паралогах, были найдены патогенные варианты (n.55_56insG и n.56_57insG) у 135 пациентов из 62 семей.

В статье также были проведены эксперименты по функциональному анализу, которые показали, что обнаруженные варианты (за исключением n.64_65insT) усиливают взаимодействие данных snRNA, что может оказывать доминантный эффект на биогенез snRNP и замедлять процесс их сборки.

Так что ещё одно ура! Теперь можно смотреть геномы своих пациентов )

https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2025.01.06.24317169v1

Exploring the role of splicing in TP53 variant pathogenicity through predictions and minigene assays

Article in Human Genomics

Кто не знает про p53? Все знают. И теперь мы знаем о нём немного больше. Вышла небольшая статья международной команды из Австралии и Испании посвященная функциональному анализу вариантов сплайсинга в гене TP53. От подачи статьи до принятия прошло чуть больше месяца, и ещё 2 недели на публикацию – вот бы всем так!

Для проведения функционального анализа была сделана минигенная конструкция, содержащая со 2го по 9ый экзоны гена. На ней были проверены несколько десятков экзонных вариантов, которые предсказывались как сплайсинговые с помощью SpliceAI. Всего было проанализировано 9 синонимичных вариантов и 50 миссенс вариантов. Как и полагается, какие-то влияли на прохождение сплайсинга, какие-то нет. На основании полученных результатов варианты были классифицированы согласно рекомендациям «ClinGen Sequence Variant Interpretation Splicing Subgroup».

Вообще технически работа сделана хорошо, но написана так что читать невозможно. Но в любом случае, на эти данные можно опираться в работе.

https://doi.org/10.1186/s40246-024-00714-5

Variants in NR6A1 as a cause for congenital renal, vertebral and uterine anomalies

Article in medrxiv

Как говориться в нашем полку прибыло! так что встречайте очередной новый ген, связанный с наследственными заболеваниями. Свежая статья бельгийских учёных с коллегами появилась в медархиве, и посвящена поиску причин возникновения почечной и маточной агенезии. В исследовании проанализированы данные пяти пациентов из трёх семей (благодаря Genematcher) у которых наблюдались фенотипы, включающие двустороннюю или одностороннюю агенезию/гипоплазию почек, а также различные врождённые аномалии матки и реберно-позвоночные дефекты.

Секвенирование экзомов пациентов выявило варианты в гене NR6A1, который ранее не был связан с какими-либо заболеваниями у человека. Среди обнаруженных вариантов были как унаследованные миссенс-варианты, так и de novo нонсенс-варианты, ассоциированные с летальным фенотипом, включая двустороннюю агенезию почек. Ген NR6A1 (Nuclear Receptor Subfamily 6 Group A Member 1) кодирует ядерный рецептор, который играет важную роль в эмбриональном развитии. Он действует как конститутивный репрессор транскрипции, подавляя экспрессию генов, связанных с плюрипотентностью (например, OCT4, NANOG), что важно для дифференцировки клеток во время эмбриогенеза.

Для подтверждения роли NR6A1 в развитии заболевания была создана модель нокаута у рыбок данио с использованием технологии CRISPR-Cas9, направленной на инактивацию ортологов nr6a1a и nr6a1b. У мутантных рыбок наблюдались нарушения развития почек, включая дефекты сегментации пронефроса и гипоплазию взрослой почки, а также аномалии осевого скелета и клоаки. Эти фенотипы схожи с клиническими проявлениями у пациентов с вариантами NR6A1, что подтверждает роль этого гена в развитии данных структур.

Функциональные исследования in vitro (EMSA) показали, что миссенс-варианты _NR6A1 приводят к частичной потере функции, снижая способность белка связываться с ДНК. Это подтверждает, что выявленные варианты могут нарушать транскрипционную активность гена. Кроме того, у рыбок данио было обнаружено, что потеря функции nr6a1a/b влияет на экспрессию генов Hox, что может объяснять наблюдаемые аномалии в развитии почек, матки и позвоночника.

https://doi.org/10.1101/2025.01.08.24319478

Genomic reanalysis of a pan-European rare-disease resource yields new diagnoses

Article in Nature Medicine

Ой, какая классная статья, зацените. Все мы знаем, насколько полезен повторный анализ данных, и чем больше времени проходит, тем выше вероятность обнаружить что-то новое. И тут много разных факторов: открываются новые гены, аннотируется больше вариантов, инструменты для обработки и интерпретации данных активно совершенствуются, а клинические биоинформатики становятся всё более опытными. Европейский консорциум Solve-Rare Diseases (Solve-RD), который ярко заявил о себе на конференции ESHG в прошлом году, как раз провёл такой масштабный повторный анализ большого объёма данных. Но что особенно ценно, для этой цели они объединили усилия огромной команды клинических и молекулярных учёных из 37 экспертных центров! Это очень здорово и круто.

И вся эта команда провела систематический повторный анализ данных для 6 447 человек с ранее не диагностированными редкими заболеваниями. Для этого была создана двухуровневая инфраструктура экспертной оценки, которая позволила установить генетический диагноз в 506 (8,4%) семьях. Из 552 выявленных патогенных вариантов 464 (84,1%) представляли собой однонуклеотидные варианты или короткие инсерции/делеции. Эти варианты либо находились в недавно описанных генах, связанных с заболеваниями (n = 67), либо были переклассифицированы в ClinVar (n = 187), либо переклассифицированы по решению экспертов в рамках Solve-RD (n = 210). Специальные биоинформатические анализы выявили оставшиеся 15,9% причинных вариантов (n = 88). Параллельно с систематическим повторным анализом, экспертный обзор позволил диагностировать 249 (4,1%) дополнительных семей, что в совокупности дало общий диагностический выход в 12,6%.

Вообщем 12,6% - это очень хорошо. Жаль нас там не было, мы бы накинули несколько процентов) . Но вообще очень здорово наблюдать за такими проектами. И это при том, что данные были преимущественно экзомные. Сейчас для всех этих пациентов доступны геномные данные, и их анализ уже идёт. Более того, по словам участников проекта Solve-RD всем этим пациентам сейчас проводят длинноридовое секвенирование. Вообще здорово. У нас кстати есть все шансы сделать аналогичную историю на ресурсах БТК.

https://doi.org/10.1038/s41591-024-03420-w

DNA-binding affinity and specificity determine the phenotypic diversity in BCL11B-related disorders

Article in The American Journal of Human Genetics

Статья с авторами из 85 учреждений, и можно ожидать что опять нашли новый ген какой-то, ан нет, ген то старый, но исследование получилось классное. Но обо всё по порядку. Речь пойдёт о BCL11B — ДНК-связывающем транскрипционным факторе, содержащем домен цинкового пальца (C2H2-ZnF). Он играет ключевую роль в развитии различных органов и тканей, особенно иммунной и нервной систем. Известно, что герминальные варианты гена BCL11B связаны с рядом синдромов, характеризующихся нарушениями развития. Однако корреляции между генотипом и фенотипом, а также патофизиологические механизмы, лежащие в основе этих вариантов, в значительной степени оставались не изученными.

Чтобы провести эту работы была собрана когорта из 92 пациентов со всей Европы, у которых были выявлены патогенные или вероятно патогенные варианты в гене BCL11B. Чтобы оценить влияние миссенс-вариантов на функцию белка BCL11B, вначале был проведён анализ данных ChIP-seq. На основе этого анализа были выбраны три регуляторных элемента, которые затем клонировали в люциферазный репортерный вектор. И уже в полученных системах были протестированы миссенс-варианты для оценки их функционального воздействия.

В результате комплексного анализа удалось выделить три клинических подтипа расстройств, связанных с мутациями в гене BCL11B.
1. LoF-варианты и миссенс-варианты, затрагивающие цистеиновые и гистидиновые остатки, участвующие в связывании цинка, приводят к легкой или умеренной задержке нейроразвития. Для таких пациентов характерна повышенная склонность к поведенческим и стоматологическим аномалиям, аллергиям, астме, а также снижение количества врожденных лимфоидных клеток 2 типа.
2. Миссенс-варианты в α-спиралях C2H2-ZnF домена, контактирующих с ДНК, ассоциированы с высоковариабельными клиническими проявлениями. Спектр симптомов варьируется от множественных системных аномалий с летальным исходом в первые годы жизни до позднего начала гиперкинетического двигательного расстройства, сопровождающегося нарушением мелкой моторики.
3. Миссенс-варианты, не затрагивающие прямое связывание с ДНК, вызывают более мягкий фенотип за счет снижения транскрипционной активности в отношении специфических мишеней.
Отдельно следует отметить, что миссенс-варианты, влияющие на C2H2-ZnF домены, связывание с ДНК и "специфичность остатков", нарушают транскрипционную активность BCL11B в мишень-специфичной доминантно-негативной манере. Это приводит не только к снижению регуляции целевых генов, но и к аномальной активации альтернативных ДНК-мишеней, что обусловливает более тяжелые и непредсказуемые клинические исходы.

Резюме работы следующее: степень тяжести и вариабельность фенотипа в значительной степени зависят от аффинности и специфичности связывания измененных белков BCL11B с ДНК.

DOI: 10.1016/j.ajhg.2024.12.012

публикуйся или умри!

Известно, что гены могут быть гаплонедостаточными, нетолерантными к потере одной копии, и триплосенситивными (triplosensitive), нетолерантными к увеличению на одну или более копий. А тут вышла статья об открытии тетралосенситивного (tetralosensitive) гена, заболевание при котором развивается только при наличии четырёх копий, вызывая прогрессирующую нейродегенерацию с детским дебютом.

Этим геном оказался ATP6V0C. Исследование показало, что его трипликация (четыре копии) ведёт к болезни, тогда как дупликация (три копии) — нет.

ATP6V0C — является известным описанным геном, гетерозиготные патогенные варианты в котором приводят к аутосомно-доминантной эпилепсии. И для некоторых генов известно, что они могут приводить к заболеваниям по механизмам гаплонедостаточности и триплосенситивности. Но в данном случае оказалось, что наличие 3 копий ATP6V0C является доброкачественным.

Среди 500 000 человек в UK Biobank было 19 индивидов с дупликациями в локусе 16p13.3, захватывающими ген ATP6V0C, которые оставались практически здоровыми до конца пятого десятилетия жизни. Однако авторы не смогли найти ни одного человека с трипликацией этого гена.

Известны заболевания, вызываемые трипликациями генов (PLP1 — болезнь Пелицеуса-Мерцбахера, SNCA — болезнь Паркинсона). Но в тех случаях дупликации также вызывают болезнь, а трипликации усиливают её тяжесть.

Здесь же авторы обнаружили новый механизм заболевания, при котором порог дозовой чувствительности установлен на уровне 4 копий. Этот уникальный механизм, вероятно, обусловлен особенностями сборки фермента v-АТФазы из множества субъединиц. Возможно, некоторое количество лишних копий субъединицы переносимо, но их чрезмерное количество — нет.

https://www.cell.com/ajhg/fulltext/S0002-9297(25)00436-7

Deep Intronic SVA_E Insertion Identified as the Most Common Pathogenic Variant Associated With Canavan Disease

Article in Neurology Genetics

Где могут быть патогенные варианты, когда уже поискали всё и вся? Теоретически в любом месте генома. И один из таких вариантов был найден и описан недавно – это интронная инсерция ретротранспозона SVA_E размером ~2600 п.н.. Найдена она была у 8 пациентов с болезнью Канавана - рецессивным нейродегенеративным заболеванием, при котором патогенные варианты в гене ASPA приводят к дегенерации белого вещества головного мозга, что приводит к прогрессирующему и необратимому ухудшению моторики и когнитивных функций.

Инсерция ретротранспозона была найдена как при секвенировании генома короткими, так и длинными ридами, и это хорошо. Как потом оказалась, она есть и в базе данных GnomAD v4, встречается аж 66 раза, что делает её на сегодняшний день самой частой патогенной инсерцией такого рода.

Интересным оказался сам молекулярный механизм патогенности данной инсерции: встраивание ретротранспозона SVA_E в 4-й экзон гена ASPA приводит к активации его собственного акцепторного сайта сплайсинга, что вызывает частичную экзонизацию мобильного элемента. При этом транскрипция заканчивается в самом ретротранспозоне, таким образом 5ый и 6ой экзоны гена ASPA не транскрибируются. Такой укороченный транскрипт активно деградирует, что было показано экспериментами при ингибировании циклогесимидом в фиброластах пациента.

Таких патогенных событии пока ещё описано мало, так как сложно их находить. Но мы в МГНЦ можем похвастаться аналогичной работой вышедшей 5 лет назад, где была найдена аналогичная инсерция, но в гене GAA, с другим интересным механизмом (https://doi.org/10.3390/ijms221910887).

https://doi.org/10.1212/NXG.0000000000200291

Сегодня будет очень интересная история, про новые гены, про новые механизмы, про то, что как важно полноценно исследовать то, что можно найти в геноме пациентов. И для начала нужно пару слов сказать про интересный и редкий механизм трансляции микросателлитных повторов - RAN-translation (Repeat-Associated Non-AUG translation). Это неканонический процесс синтеза белка, при котором синтез пептидов может начинаться в месте экспансий повторов в отсутствие кодона AUG. Теоретически этот процесс может происходить во всех рамках считывания, в результате чего образуются различные полипептиды, хотя только некоторые из них являются токсичными.

В 2022 году в AMHG вышла работа, где при исследовании двух семей с окулофарингодистальной миопатией (OPDM4) была найдена экспансия CGG повторов в 5'UTR гена RILPL1, с числом повторов от 139 до 197. Анализ метилирования, как и анализ экспрессии гена RILPL1, не выявил разницы между образцами пациентов и здоровых. Так как было известно, что экспансии CGG-повторов в 5'UTR генов FMR1 и NOTCH2NLC могут транслироваться в полиглициновый белок, то на образцах мышц пациентов с OPDM4 с помощью иммунофлуоресценного окрашивания были также найдены глициновые агрегаты в ядре, однако их связь с патогенезом и молекулярный механизм образования остались невыясненными.

Спустя 3 месяца в статье в Annals of Neurology также были описаны две больших семьи с OPDM4 с экспансией GGC повторов в промоторной области гена RILPL1. И также ни анализ метилирования, ни оценка экспрессии гена RILPL1 не обнаружили отличий от контрольных образцов. Так как GGC повторы располагались фактически в TSS (Transcription Start Site) гена RILPL1, то был проведён CAGE-seq на образцах мышцы, который выявил альтернативный дистальный TSS RILPL1 и несколько антисмысловых TSS в этой области. Авторы показали, что с этих TSS в мышечной ткани идёт транскрипция в обоих направлениях, и синтезируемые РНК образуют комплексы с белками в ядре. Но опять-таки молекулярный механизм заболевания так и не удалось показать.

И наконец, недавно вышла большая совместная статья в журнале Nature Genetics в которой исследовались сразу 3 гена с экспансией GGC повторов у пациентов с OPDM и OPML: GIPC1, LOC642361, и нам уже известный антисмыловой транскрипт RILPL1.

Первым делом авторы установили с какой рамки может идти трансляция. Для этого для всех трёх генов были клонированы последовательности, содержащие около 50 повторов GGC, и слиты с GFP в трех возможных рамках считывания (глициновой, аланиновой и аргининовой). Трансфекция в HEK293 с последующим анализом (FACS, прямое наблюдение флуоресценции GFP и вестерн-блоттинг) показали, что GGC повторы всех трёх генов транслируются в глициновой рамке считывания.

Чтобы выяснить, как происходит трансляция этих микросателлитов, экспрессирующиеся белки были иммунопреципитированы и проанализированы методом масс-спектрометрии. Оказалось, что если для антисмысловой РНК RILPL1 и длинной некодирующей РНК LOC642361 трансляция начинается выше GGC повторов с классического метионина с ATG кодона, то трансляция 5'UTR гена GIPC1 начинается с CTG кодона, несмотря на имеющийся метионин в начале белка.
Известно, что родственные стартовые кодоны (CTG, GTG, ACG, TTG) могут инициировать трансляцию путем неправильного спаривания с инициирующей метионин-тРНК. Вестерн-блоттинг, флуоресцентный анализ и анализ FACS показали, что удаление этих стартовых кодонов ATG (для RILPL1 и LOC642361) или CTG (для GIPC1) приводит к прекращению экспрессии полиглицина, доказывая участие этих стартовых кодонов в трансляции GGC повторов.

Далее в статье было много разных интересных экспериментов как на клеточных линиях, так и на мышах, которые доказали, что экспрессия полиглициновых белков приводит к их агрегации в ядре и к токсичности для нейронных и мышечных клеток. Ну и наконец было найдено одно соединение, катионный порфирин TMPyP4, которое снижает агрегацию и токсичность полиглициновых белков, что демонстрирует потенциальную терапии этих заболеваний.

MGRN1 is linked to recessive heart and laterality defects: the first genotype-phenotype report in humans

Article in Journal of Medical Genetics

Находить патогенные варианты в ещё неописанных эмбриолетальных генах довольно сложная научная задача, особенно при рецессивном типе наследования. Мало кто хочет и может грамотно разбираться что и почему не так пошло во время беременности, проще попробовать ещё раз - ведь с 75% вероятностью всё будет нормально. На эту тему как раз вышла небольшая статья, где у пары было шесть беременностей: трое детей родились здоровыми, две были прерваны на сроке 12–13 недель из за сложных врожденных пороков сердца и аномалий расположения органов, а одна закончилась ранним выкидышем. Кажется, что таких случаев должно быть много. Но в причинах происходящего решили разобраться, сделав экзомное секвенирование тканей обоих плодов и крови родителей.

В результате у обоих плодов был найден редкий гомозиготный миссенс‑вариант c.881G>A, (p.(Arg294His)) в гене MGRN1. Вариант затрагивает консервативный остаток в каталитическом RING‑домене E3‑убиквитин‑лигазы и по in silico‑оценкам предсказан как высоко патогенный (CADD 34, REVEL 0,856). Кстати забавно, RING это аббревиатура «Really Interesting New Gene».

Фенотипы плодов (дефекты межжелудочковой перегородки, аномалии выносящих трактов, гипоплазия легочной артерии, нарушения левоправой оси) хорошо совпали с ранее описанными пороками у мышей с нокаутом Mgrn1, где также наблюдаются тяжелые пороки сердца, дефекты левоправой асимметрии и эмбриональная летальность. Авторы подчеркивают, что пока это единичная семейная наблюдательная серия и по критериям ACMG выявленный вариант формально остается вариантом с неопределенным значением, однако совокупность генетических, фенотипических и межвидовых данных делает MGRN1 сильным кандидатом в новый ген аутосомно‑рецессивных врожденных пороков сердца и нарушений латерализации.

doi: 10.1136/jmg-2025-111380

A systemically deliverable lipid-conjugated siRNA targeting DUX4 as an facioscapulohumeral muscular dystrophy therapeutic

Article in Molecular Therapy - Methods & Clinical Development

Моё любимое заболевание - миодистрофия Ландузи-Дежерина (FSHD), которое на сегодня является вторым по частоте после миодистрофии Дюшена/Беккера. А раз оно не такое редкое, то для него ведутся разработки по терапии, и их много разных. Патогенез заболевания неплохо изучен, и понятно, что для терапевтического эффекта нужно любыми способами активно подавлять экспрессию DUX4, и будет славно. Вот как раз недавно вышла очередная работа, посвященная разработке малых интерферирующих РНК (siRNA) против DUX4.

Проблема с DUX4 в том, что он экспрессируется на очень низком уровне в мышечной ткани пациентов с FSHD. Для этого чтобы это обойти авторами была придумана экспрессионная конструкция, где ген DUX4 был слит с геном люциферазы, в результате чего можно количественно измерять изменения уровня экспрессии. Из 10 siRNA созданных и протестированных с помощью данной конструкции, четыре эффективно подавляли экспрессию DUX4.

Четыре успешных siRNA продолжили тестировать на культурах миобластов от пациентов с FSHD с 5-6 повторами D4Z4. Две siRNA (DU01 и DU07) наиболее эффективно подавляли экспрессию генов-мишеней DUX4, и улучшали дифференциацию и выживаемость клеточных культур. Но в конечном итоге для финальных экспериментов отобрали только одну, DU01.

Ну и под конец siRNA протестировали на мышиной модели с ксенотрансплантатами миобластов от пациентов с FSHD. Доставку siRNA осуществляли подкожно, используя конструкцию, конъюгированную с липидом DCA. В результате удалось снизить экспрессию генов-мишеней DUX4 в среднем на 50% в мышечной ткани без признаков значительной мышечной токсичности, что подтверждает потенциал данного подхода для таргетной терапии FSHD.

https://doi.org/10.1016/j.omtm.2025.101513

Too rare to be random: genetic finding suggests previously unrecognized path of mutagenesis

Article in medrxiv.org

Мозаичные патогенные варианты порой довольно трудно находить. А ещё труднее иногда интерпретировать – как понять 10% достаточно для возникновения заболевания или нет? Но вот на medrxiv появилась небольшая кейс-статейка про очень необычный случай кластерного моноаллельного мозаицизма.

В работе проводили исследование монохориальных диамниотических близнецов, с задержкой психомоторного развития. В результате полногеномное секвенирование выявило две близко расположенных de novo однонуклеотидных делеций в гене HNRNPU в мозаичном состоянии. Удивительно, на эти делеции оказались взаимоисключающими: одни прочтения содержали c.1463del, другие c.1466del, но ни одно из прочтений не содержало их обе. Секвенирование длинными ридами показало, что обе делеции, хотя и взаимоисключающие, расположены на отцовском аллеле. Доля обоих патогенных вариантов составляла примерно 20-39%, что было подтверждено секвенированием по Сэнгеру ДНК из лейкоцитов и мазков со слизистой оболочки щеки.

В совокупности у каждого из близнецов имеется три типа клеток с последовательностью дикого типа на материнском аллеле и с тремя последовательностями на отцовском аллеле. Такая конфигурация крайне маловероятна, не из-за отдельных вариантов, а именно из-за их комбинации, поэтому авторы назвали такую новую мутационную конфигурацию «кластерным моноаллельным мозаицизмом» (clustered monoallelic mosaicism - cMoMa). Но как это возможно? Первый вариант крайне маловероятный - делеции возникли в результате двух независимых мутационных событий в разных эмбриональных клетках.

Второй – более реальный. Генотип образовался за счёт одного мутационного события на раннем этапе эмбрионального развития. В ходе него произошел ошибочный репаративный процесс, который привел к появлению двух разных делеций на сестринских хроматидах: одна оказалась на одной хроматиде, а другая — на второй. После деления клеток это дает мозаицизм, при котором оба варианта находятся на одном аллеле, но никогда не встречаются в одной клетке.

Что очень здорово, что авторы провели анализ наборов данных (COSMIC и MosaicBase) с целью поиска подобных случаев и они были найдены! - что позволяет предположить, что этот механизм не является уникальным, а представляет собой более широкий, ранее не описанный путь мутагенеза.

https://www.medrxiv.org/content/10.64898/2026.03.03.26346966v1

A Denisovan-derived Alu insertion in OCA2 contributes to pigmentation diversity in present-day Melanesians

Article in bioRxiv.org

Интрогрессия (от лат. intro — внутрь + gressus — движение) — это процесс проникновения генетического материала из одного вида или популяции в другой в результате межвидовой (или межпопуляционной) гибридизации и последующего возвратного скрещивания. И как хорошо известно, нам людям в свое время тоже много чего перепало от неандертальцев и денисовцев. Среди интрогрессированных аллелей были и полезные и не очень – они влияли на иммунный ответ, адаптацию к высокогорью, пигментацию, восприимчивость к инфекционным заболеваниям. Всё это подтверждает, что архаичная интрогрессия была важным механизмом эволюционной адаптации человека.

Однако все эти описанные аллели представляли собой нуклеотидные замены, а вклад структурных вариантов практически не был исследован. В препринте на bioRxiv выложена статья о том, как было найдено 153 таких интрогрессированных структурных вариантов у современных людей и трех геномов архаичных гомининов. Найденные варианты были обогащены признаками локальной адаптации по сравнению с неинтрогрессированными.

Один из вариантов представлял собой вставку Alu повтора денисовского происхождения, расположенного в 18 интроне гена OCA2, играющего центральную роль в пигментации. Оказалось, что эта вставка наиболее часто встречается (> 60%) у коренных жителей острова Бугенвиль в Меланезии и значительно связана с повышенной пигментацией кожи в этом регионе.

Для оценки функционального воздействия Alu вставка была введена в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека, которые впоследствии дифференцировались в меланоциты. Оказалось, что вставка не привела к нарушению сплайсинга гена OCA2 как это бывает, а повысила его экспрессию. Анализ эпигеномных данных показал, что область вставки перекрывается с участком, обогащённым гистоновой меткой H3K27ac в клетках меланоцитарного происхождения, что указывает на наличие энхансерной активности в пигментных клетках. С помощью ChIP-qPCR с антителами к гистоновым меткам, характерным для активных энхансеров, в меланоцитах, гетерозиготных по вставке, было выявлено обогащение H3K4me1 и H3K27ac в области вставки Alu в 66 раз по сравнению с клетками дикого типа.
Таким образом, вставка Alu усиливает локальную энхансерную активность, что приводит к повышению экспрессии OCA2 и усилению пигментации меланоцитов.

https://doi.org/10.64898/2026.03.18.712481

Analysis of 14q12 microdeletions reveals novel regulatory loci for the neurodevelopmental disorder-related gene, FOXG1

Article in bioRxiv.org

Не всякая протяжённая делеция патогенная, даже если она de novo. Особенно если она ничего не затрагивает, или не затрагивает чего-то важного, или же затрагивает что-то точно не важное. Но так бывает, что если выйти за рамки существующих правил, то порой можно найти что-то новое и интересное.

В препринте коллектива авторов из недружественной страны описывается 9 пациентов с нарушениями нервно-психического развития, несущих микроделеции в регионе 14q12, большинство из которых возникли de novo. Все эти делеции частично или полностью затрагивают ген PRKD1, и только его. Однако сам ген PRKD1 толерантен к LoF-вариантам и имеет pLI score = 0, а также имеет очень низкую экспрессию в головном мозге по сравнению с другими тканями, а у мышей с нокаутом гена не наблюдается неврологического фенотипа. Всё это в совокупности указывает на то, что делеции гена PRKD1 не связаны с заболеванием.

Но рядом с геном PRKD1, хотя не так уже и рядом, на расстоянии почти мегабазы, находится ген FOXG1, гетерозиготные варианты в котором вызывают FOXG1-синдром, клиническая картина которого подходила к описанным пациентам. Возникла гипотеза, что делеция в этом регионе затрагивает регуляторные элементы (CRE), нарушая экспрессию гена FOXG1 и приводит к возникновению заболевания. Для того чтобы это доказать в небезызвестной клеточной линии HAP1 с помощью CRISPR-Cas9 была создана делеция, соответствующая минимальной области перекрытия (MRO) делеций пациентов размером 0,1 Мб. Как и ожидалось, эта делеция привела к снижению как транскрипции, так и трансляции гена FOXG1. В дальнейшем с помощью 4C-анализа и RNA-seq было подтверждено существование регуляторных элементов в данном регионе.

https://doi.org/10.1101/2025.04.11.648472

Bi-allelic variants in NDUFA5 cause a mitochondriopathy with complex I deficiency

Article in American Journal of Human Genetics

Кто не знает Прокиша? Хольгера знают все 😁 Давний друг МГНЦ, поэтому за его работами в области митохондриальных заболеваний мы любим следить. И вот благодаря стараниям его (и не только его) коллектива одним геном в OMIM стало больше.

В AJHG вышла большая статья по исследованию гена NDUFA5, демонстрирующая, что биаллельные варианты в нём ассоциированы с митохондриопатией, обусловленной дефицитом комплекса I. Авторам удалось описать четырёх пациентов с разными вариантами в NDUFA5 из трёх неродственных семей. На биоматериале этих пациентов получили лимфобластоидные клеточные линии, первичные фибробласты и клетки скелетных мышц (ода биобанкам). А дальше — чего только не сделали на этих образцах: ферментология дыхательной цепи, вестерн-блоты, масс-спектрометрия, RNA-seq, 3D-моделирование.

Ну и под конец были получены рыбки с нокаутом ndufa5. У криспантов по ndufa5 наблюдалось уменьшение межглазного расстояния и длины тела, усиление пигментации, снижение спонтанной локомоторной активности, подавление реакции на темноту, резкое падение выживаемости и эпилептиформная активность на электрофизиологии.

https://www.cell.com/ajhg/fulltext/S0002-9297(26)00113-8

A biallelic MRPL42 variant causes a combined oxidative phosphorylation deficiency syndrome revealed by multi-omics

Article in npj Genomic Medicine

Эта новость тоже про новое митохондриальное заболевание, и тоже от немецкого коллектива, но уже из Берлина. Казалось бы, митохондрия совсем небольшая, уже вдоль и поперёк исследована, ан нет. На этот раз речь пойдёт о миторибосоме, митохондриальной рибосоме, необходимой для своего собственного синтеза 13 белков, являющихся структурными компонентами системы окислительного фосфорилирования. Сама же миторибосома не маленького размера, состоит из 82 ядерных миторибосомальных белков (mitoribosomal proteins - MRP), четырёх митохондриальных рибосомальных белков и разных РНК. Для 15 MRP генов известна связь с наследственными заболеваниями, эта работа о новом OMIM гене - MRPL42.

Вообще сегодня редко можно увидеть (и кажется даже невозможно опубликовать) работу в хорошем журнале по описанию связи нового фенотипа и нового гена, выполненной на одном пробанде - девочке, с метаболическим мультисистемным заболеванием. У пациентки с раннего неонатального периода наблюдались генерализованная мышечная гипотония, арефлексия, судороги, тяжелая нейросенсорная тугоухость, респираторный дистресс, гипертрофическая кардиомиопатия и гепатомегалия. Лабораторно выявлялись выраженный лактат-ацидоз, гипергликемия и комбинированный дефицит комплексов I и IV дыхательной цепи, а на МРТ — глобальная атрофия головного мозга; заболевание прогрессировало быстро, и пациентка умерла в возрасте 2 месяцев.

Заподозрив митохондриальное заболевание, было проведено секвенирование экзома в формате трио и RNA-seq. В результате был найден гомозиготный вариант c.219+6T>A в гене MRPL42, который приводил к частичному пропуску 4 экзона с нарушением открытой рамки считывания.

Для доказательства связи гена MRPL42 с заболеванием на фибробластах пациента был сделан ряд экспериментов. В первую очередь удалось показать что снижение количества белка MRPL42 приводит к значительному уменьшение компонентов миторибосом и комплексов окислительного фосфорилирования I, III и IV. Для демонстрации причинно-следственной связи провели лентивирусную трансдукцию — ввели в клетки пациента нормальную копию гена MRPL42, что привело к восстановлению нормального уровня белков дыхательной цепи и улучшению митохондриального дыхания.
Наконец, функциональные тесты на дыхание митохондрий показали, что базальное и максимальное потребление кислорода, а также резервная мощность дыхательной цепи в спасённых клетках возвращаются к норме, что окончательно подтвердило: именно дефицит MRPL42 является причиной фатального синдрома.

https://doi.org/10.1038/s41525-026-00564-1

A single-nucleotide enhancer mutation overrides chromosomal sex to drive XX male development

Article in Nature Communications

Генетика формирования пола — область огромного интереса, где ключевые механизмы часто раскрываются через изучение нарушений полового развития. Центральную роль в этом процессе играет ген SOX9. Известно, что у эмбрионов с кариотипом XY потеря функции одной копии этого гена (например, при кампомелической дисплазии) приводит к реверсии пола и развитию по женскому типу. Напротив, у носителей женского кариотипа (XX) дупликации энхансерного участка RevSex вызывают избыточную активацию SOX9 даже в отсутствие гена SRY. В таких случаях формируются яички или овотестисы, а строение наружных половых органов соответствует мужскому типу.

Ранее коллективом израильских генетиков была опубликована статья в Science в которой они нашли энхансер Enh13, регулирующий экспрессию Sox9 в семенниках. Enh13 представляет собой участок длиной 557 нуклеодитов, расположенный на 565Kb выше от начала гена Sox9. Было показано, что Enh13 у мышей и человека приводит к смене пола с мужского (XY) на женский. Это происходит вследствие снижения уровня экспрессии Sox9, что запускает развитие яичников, несмотря на наличие Y-хромосомы, гена Sry и двух интактных копий самого гена Sox9. В то же время у нескольких пациенток с нарушениями полового развития (DSD) и кариотипом 46,XX были выявлены дупликации размером ~3,7–5 т.п.н., включающие человеческий Enh13. Это позволяет предположить, что наличие дополнительной копии Enh13 способно индуцировать экспрессию SOX9 и развитие семенников даже в отсутствие гена SRY.

Данная работа была посвящена исследованию молекулярного механизма работы энхансера. С помощью CRISPR/Cas9 создали мышей с двумя мутациями в сайте связывания SOX9: делецией 3 п.н. и инсерцией 1 п.н. Гомозиготные мутанты с генотипом XX рождались с мужскими гениталиями и недоразвитыми семенниками, демонстрируя полную инверсию пола. Транскриптомный анализ эмбриональных гонад (E12.5) показал, что у этих мышей активированы семенниковые гены (Sox9, Fgf9, Dhh) и подавлены яичниковые (Foxl2, Wnt4, Runx1). Профиль экспрессии мутантных гонад носил смешанный (овотестикулярный) характер, тогда как гетерозиготы и XY-гомозиготы были неотличимы от нормы.

Далее эксперименты с люциферазной системой и EMSA показали, что, вопреки ожиданиям, мутации не усилили, а даже ослабили связывание SOX9 с Enh13. Биоинформатически был предсказан, а затем экспериментально показано, что один из ключевых транскрипционных факторов развития яичников RUNX1 способен значительно подавлять активность Enh13. Это подтверждает идею о том, что в яичниках данный энхансер специально репрессируется.

Однако ослабления связывания SOX9 недостаточно, чтобы объяснить полную инверсию пола. Поскольку в области Enh13 находится множество сайтов связывания различных транскрипционных факторов, возникла гипотеза, что мутации нарушают их кооперативное взаимодействие, делая энхансер активным даже в отсутствие репрессивных сигналов. Для проверки этой гипотезы провели серию люциферазных репортерных тестов, добавляя в разных комбинациях факторы, связывающиеся в данной области: NR5A1, GATA4, RUNX1 и SOX9. Результаты показали, что в норме добавление RUNX1 к NR5A1 и GATA4 резко подавляло активность Enh13. В случае мутантных энхансеров этот репрессивный эффект RUNX1 полностью исчезал — активность оставалась высокой. Более того, у мутанта со вставкой 1 п.н. образовался дополнительный потенциальный сайт связывания для GATA4, что могло бы дополнительно усиливать активацию.

Таким образом, мутации в Enh13 не создают «супер-сайт» для активаторов, а «ломают» тонкий механизм репрессии, который в норме действует в XX-гонаде. Из-за этого даже слабой активации становится достаточно, чтобы запустить необратимый каскад самоусиления SOX9 и инициировать развитие гонад по мужскому типу.

https://doi.org/10.1038/s41467-026-71328-9

Antisense oligonucleotide-mediated knockdown therapy in two infants with severe KCNT1 epileptic encephalopathy

Article in Nature Medicine

KCNT1-ассоциированная эпилептическая энцефалопатия — редкое генетическое заболевание, вызванное de novo патогенными вариантами в гене KCNT1. Клинически проявляется фармакорезистентными фокальными приступами, дебютирующими в первые 6 месяцев жизни. Ген KCNT1 кодирует белок Slack — натрий-зависимый калиевый канал, модулирующий нейрональную активность. Патогенные варианты вызывают гиперактивацию каналов Slack, увеличивая калиевый ток нейронов до 40%, что ведёт к гипервозбудимости коры и приступам. В журнале Nature Medicine опубликована работа, посвященная попытке разработки персонализированной терапии на основе антисмысловых олигонуклеотидов (ASO) (1.5 года на ревью, ужос).

В работе представлено клиническое наблюдение двух пациенток в возрасте двух лет с тяжелой формой эпилепсии (EIMFS), обусловленной ранее описанным патогенным миссенс-вариантом p.R474H в гене KCNT1. Заболевание характеризовалось дебютом приступов на первой неделе жизни, резистентностью к 8–10 противоэпилептическим препаратам (включая хинидин) и тяжелой задержкой психомоторного развития, проявлявшейся отсутствием контроля головы и целенаправленных движений.

Для разработки терапии было создано 263 (!!!) кандидатных ASO. На первом этапе их протестировали в нейробластомных линиях, а затем — в нейронах, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток пациентов. Четыре лидирующих ASO (KT707, KT717, KT718, KT777) снижали экспрессию гена KCNT1 приблизительно на 75%. Наибольшую эффективность при свободном поглощении клетками показал KT777, который подавлял экспрессию мишени в течение двух недель. С помощью РНК-секвенирования было подтверждено, что данный ASO высокоспецифичен и не влияет на экспрессию других генов. Далее, с использованием метода пэтч-кламп на нейронах пациентов и нейронах коры мышей, несущих тот же генетический вариант, было продемонстрировано, что ASO KT777 приводит к снижению калиевых токов и уменьшению частоты потенциалов действия.

Эффективность отобранных ASO была подтверждена in vivo на грызунах. Препарат вводили мышам и крысам интрацеребровентрикулярно (в желудочки мозга) и интратекально (в спинномозговую жидкость). В частности, у трансгенных мышей с мутацией Kcnt1 P905L/L, которая приводит к тяжелой эпилепсии и ранней гибели, однократная доза KT777 увеличила медиану выживаемости с 44 до 133 дней, а двукратное введение — до 233 дней. На основании доклинических исследований была получена разрешение FDA на проведение клинических испытаний.

На начальном этапе введение валериасена (ASO KT777) привело к клиническому улучшению у обеих девочек. По данным дневников и ЭЭГ, частота приступов снизилась с 10–22 до 0–3 в день, эффект сохранялся почти 50 дней. Отмечались позитивные изменения: улучшились глотание и контроль головы. Однако спустя несколько месяцев у обеих пациенток развилась гидроцефалия. У первой пациентки тяжелая гидроцефалия потребовала отмены терапии, что привело к летальному исходу через три месяца. У второй пациентки состояние удалось стабилизировать. После двухлетнего перерыва лечение возобновили в сниженных дозах (3–15 мг), что позволило снизить частоту приступов примерно на 66% без рецидива гидроцефалии.

Прямого ответа, почему возникла гидроцефалия, в статье нет. Авторы разбирают возможные причины и заключают, что гидроцефалия — побочный эффект лечения, хотя точный механизм неясен. По-видимому, высокая доза ASO, введенного в спинномозговую жидкость, нарушила нормальную циркуляцию ликвора. Авторы подчеркивают: это осложнение связано с терапией, а не с прогрессированием болезни. Данный случай служит предупреждением: необходим тщательный мониторинг размера желудочков и давления ликвора.

https://www.nature.com/articles/s41591-026-04314-9