Genetisk og klinisk karakterisering av moyamoyasjukdom hos pasientar av skandinavisk opphav

Abstract

Innleiing Dei siste 15 åra har det vore stor utvikling av nye teknologiar for DNA-sekvensering. Dette har opna opp for mange nye bruksområde av desse teknologiane. Utviklinga av neste generasjons sekvensering (NGS) har ført til nye metodar for å undersøka den genetiske årsaka til monogene sjukdommar. Dette kan blant anna gjerast ved hjelp av heileksomsekvensering (WES), noko som ofte er føremålstenleg då om lag 85% av sjukdomsframkallande variantar ligg i eksomet. Moyamoyasjukdom (MMD) er ein cerebrovaskulær sjukdom karakterisert av stenose eller okklusjon som senker blodtilføringa til hjernen, som leder til kollaterale arterienettverk over stenosen/okklusjonen. MMD er ein svært sjeldan sjukdom blant kaukasiske pasientar, men er mindre sjeldan i asiatiske land. MMD kjem oftast til uttrykk som hjerneinfarkt eller hjernebløding. Det er antatt at genetiske faktorar spelar ei rolle i utviklinga av MMD, men desse faktorane er enda ikkje fullstendig identifisert. Formålet med denne studien var å kartlegga MMD-pasientar med skandinavisk opphav, både klinisk og genetisk karakterisering. Pasientar og metodar I denne studien blei seks skandinaviske pasientar med MMD rekruttert. Pasientane blei delt inn i familiære (n=3) og sporadiske (n=3) pasientar. To friske foreldre til ein av dei sporadiske pasientane blei også inkludert i studien. Frå blodprøvar tatt av pasientane blei DNA isolert, før eksomet blei isolert og opprika. Eksomet blei deretter sekvensert. Det blei gjort analysar av dei genetiske sekvensane i FILTUS for å identifisera kandidatgen for utviklinga av MMD. Desse analysane inkluderte familiebasert analyse av familiære pasientar, de novo-analyse av ein sporadiske pasient og friske foreldre og undersøking av tidlegare identifiserte kandidatgen hos alle pasientane. Me identifiserte då variantar i fleire interessante kandidatgen. Resultat Pasientane i denne studien hadde eit klinisk bilete som var foreinleg med andre studiar på kaukasiske pasientar. Me identifiserte åtte kandidatgen; NR4A3, PDZRN3, TNFAIP2, AGXT2, NOS3, ITGAV, FGFR3 og GBR7. Sjølv om det ikkje blei identifisert ein felles variant eller eit felles gen hos alle pasientane, blei det identifisert interessante samanhengar mellom fleire av gena. Proteina koda av NOS3, ITGAV, NR4A3, AGXT2 og GBR7 er alle involvert i produksjon av nitrogenmonooksid (NO) i cellene, som er viktig for angiogenese. Alle pasientane hadde minst ein variant i minst eit av desse fem gena. Konklusjon I denne studien blei det ikkje identifisert éin felles monogen årsak hos alle pasientane, men det blei observert fleire interessante variantar i ulike gen. Resultata frå denne studien og nokre tidlegare studiar tydar på at endringar i NO-produksjon er viktig for utviklinga av MMD i kaukasiske pasientar. Det er imidlertid ikkje mogleg å gi nokre sikre svar ut frå denne studien, då variantane blei observert i få pasientar, og det trengs difor meir forsking på området.

Introduction In the past 15 years, there has been a great development of new technologies for DNA sequencing. The development of next generation sequencing (NGS) has led to new methods for investigating the genetic cause of monogenic diseases. This can be done by means of whole exome sequencing (WES), which often is advantageous since about 85% of pathogenic variants lie in the exome. Moyamoya disease (MMD) is a cerebrovascular disease characterized by stenosis or occlusion that lowers blood flow to the brain which leads to new collateral artery networks over this stenosis/occlusion. MMD is rarely seen among Caucasian patients, but is more commonly seen in Asian patients. The initial manifestations of MMD are usually ischemic stroke or intracranial hemorrhage. It is believed that genetic factors play a role in the development of MMD, but these factors are not yet fully identified. The purpose of this study was to characterize MMD patients with Scandinavian origin, both clinically and genetically. Patients and methods In this study, six Scandinavian patients with MMD were enrolled. The patients were familial (n=3) and sporadic (n=3) patients. Two healthy parents of one of the sporadic patients were also included in the study. From blood samples drawn from the patients, DNA was isolated before the exome was captured and enriched. The exome was then sequenced. Analyzes were performed in FILTUS to identify candidate genes for the development of MMD. These analyzes included family-based analysis of familial patients, de novo analysis of one sporadic patient and healthy parents, and examination of previously identified candidate genes in all patients. Based on a set of criteria, we evaluated identified variants in candidate genes. Results The patients in this study had clinical characteristics compatible with other studies of Caucasian patients. Eight genes of interest were identified in this study; NR4A3, PDZRN3, TNFAIP2, AGXT2, NOS3, ITGAV, FGFR3 and GBR7. Although there was not identified any shared variant or candidate variants in a single shared gene, the proteins encoded by several of the genes we identified, NOS3, ITGAV, NR4A3, AGXT2 and GBR7, were found to be involved in production of nitric oxide (NO) in the cells, which is important for angiogenesis. All patients had at least one variant in at least one of these five genes. Conclusion In this study, no single monogenic cause was identified for all the patients, but candidate variants and genes were identified. These genes encoded proteins involved in the NO production in the cells, and we believe this is an important clue for the pathogenesis of MMD in Caucasian patients. This hypothesis needs to be further tested and replicated in further research.