Поиск и классификация генетических вариантов в генах фосфорилазкиназного комплекса у группы пациентов с подозрением на наследственные нарушения метаболизма гликогена

Гликогеновые болезни (ГБ) - это гетерогенная группа наследственных нарушений метаболизма гликогена, наиболее распространенным из которых является ГБ IX типа - дефект фермента фосфорилазкиназы (Фк). ГБ IX типа относится к печеночным формам ГБ и подразделяется на несколько подтипов, которые различаются по типу наследования и вовлечению печеночной и мышечной тканей. Фк состоит из нескольких субъединиц, кодируемых различными генами. Наиболее частыми являются подтипы ГБ IX, ассоциированные с мутациями генов PHKA2, PHKB и PHKG2 . Целью данного исследования является анализ генетических особенностей и гено-фенотипических корреляций у пациентов с мутациями в генах комплекса Фк. В исследование включены 36 пациентов из 30 неродственных семей. Методом массового параллельного секвенированияу пациентов были исследованы 47 таргетных генов, ответственных за наследственные болезни, протекающие с поражением печени. У 28 пациентов выявлено 18 различных вариантов в гене PHKA2 в гемизиготном состоянии, у 4 пациентов - 5 различных аллелей в гене PHKG2 в гомозиготном и компаунд-гетерозиготном состоянии . 14 вариантов в гене PHKA2 и 3 в гене PHKG2 ранее не описаны. Гетерозиготные варианы в генах PHKB и PHKG2 выявлены у 3 и 1 пациента соответственно. Клиническое значение некоторых вариантов в генах PHKA2, PHKB и PHKG2 неоднозначно. Большинство изменений составили миссенс-замены. Имеется несколько сомнительных случаев с миссенс-заменами неясного значения, либо гетерозиготными изменениями и неоднозначными клиническими симптомами. Показано, что обнаружение редкого варианта не всегда является основанием для верификации диагноза. Для его подтверждения необходимо комплексное изучение всей доступной информации о встречаемости, гомологии, структуре гена и активности фермента, сводный анализ генетических, клинических и лабораторных данных.

гликогеноз, фосфорилазкиназа, PHKA2, PHKB, PHKG2, массовое параллельное секвенирование, glycogen storage disease, phosphorylase kinase, PHKA2, PHKB, PHKG2, massively parallel sequencing

1. Ozen H. Glycogen storage disease new perspectives World J. Gastroenterol 2007;13(18):2541-2553.

2. Hendrickx J, Willems P.J., Genetic deficiencies of the glycogen phosphorylase system, Hum. Genet. 1996;97:551-6.

3. Brushia RJ and Walsh DA Phosphorylase kinase: The complexity of its regulation is reflected in the complexity of its structure. Front. Biosci. 1999;4:618-41.

4. Carriere C, Mornon J-P, Venien-Bryan C, Boisset N, Callebaut I. Calcineurin B-likedomainsin the large regulatory a/b subunits of phosphorylasekinase. Proteins. 2008; 71(4):1597-606.

5. Carriеre C, Jonic S, Mornon JP, Callebaut I. 3D mapping of glycogenosis-causing mutations in the large regulatory alpha subunit of phosphorylase kinase Biochim Biophys Acta. 2008; 1782(11):664-70.

6. Takrama JF and Donald JG. Solution conformations of the N-terminal CNBr fragment of glycogen phosphorylase and its interaction with calmodulin Biochmuca et BwphysKa Acta, 1991;1077:371-8.

7. Andreeva IE, Rice NA and Carlson GM The regulatory alpha subunit of phosphorylase kinase may directly participate in the binding of glycogen phosphorylase Biochemistry (Mosc) 2002;67(10):1197-202.

8. Pallen MJ. Glucoamylase-like domains in the alfa- and beta-subunits of phosphorylase kinase. Protein Science 2003;12:1804-7.

9. Burwinkel B, Hu B, Schroers A, Clemens PR, Moses SW, Shin YS, Pongratz D, Vorgerd M and Kilimann MW. Muscle glycogenosis with low phosphorylase kinase activity: mutations in PHKA1, PHKG1 or six other candidate genes explain only a minority of cases Eur J Hum Genet. 2003;11(7):516-26.

10. Рыжкова О.П., Кардымон О.Л., Прохорчук Е.Б., Коновалов Ф.А., Масленников А.Б., Степанов В.А., Афанасьев А.А., Заклязьминская Е.В., Костарева А.А., Павлов А.Е., Голубенко М.В., Поляков А.В., Куцев С.И. Руководство по интерпретации данных, полученных методом массового параллельного секвенирования (MPS). Медицинская генетика. 2017 (7): 4 - 17

11. Beauchamp 2007; Arch Dis Child 92S1 A91

12. Zhang J, Yuan Y, Ma M, Liu Y, Zhang W, Yao F, Qiu Z. Clinical and genetic characteristics of 17 Chinese patients with glycogen storage disease type IXa. Gene 2017 Sep 5;627:149-156

13. Hendrickx J, Lee P, Keating JP, Carton D, Sardharwalla IB, Tuchman M, Baussan C, Willems PJ Complete genomic structure and mutational spectrum of PHKA2 in patients with x-linked liver glycogenosis type I and II. Am J Hum Genet. 1999 Jun;64(6):1541-9.

14. Xiong HY, Alipanahi B, Lee LJ, Bretschneider H, Merico D, Yuen RK, Hua Y, Gueroussov S, Najafabadi HS, Hughes TR, Morris Q, Barash Y, Krainer AR, Jojic N, Scherer SW, Blencowe BJ, Frey BJ. RNA splicing. The human splicing code reveals new insights into the genetic determinants of disease. Science. 2015 Jan 9;347(6218):1254806.

15. van den Berg IE, van Beurden EA, Malingrе HE, van Amstel HK, Poll-The BT, Smeitink JA, Lamers WH, Berger R. X-linked liver phosphorylase kinase deficiency is associated with mutations in the human liver phosphorylase kinase alpha subunit. Am J Hum Genet. 1995 Feb;56(2):381-7

16. Achouitar S, Goldstein JL, Mohamed M, Austin S, Boyette K, Blanpain FM, Rehder CW, Kishnani PS, Wortmann SB, den Heijer M, Lefeber DJ, Wevers RA, Bali DS, Morava E Common mutation in the PHKA2 gene with variable phenotype in patients with liver phosphorylase b kinase deficiency. Mol Genet Metab. 2011 Dec;104(4):691-4.

17. Roscher A, Patel J, Hewson S, Nagy L, Feigenbaum A, Kronick J, Raiman J, Schulze A, Siriwardena K, Mercimek-Mahmutoglu S. The natural history of glycogen storage disease types VI and IX: Long-term outcome from the largest metabolic center in Canada. Mol Genet Metab. 2014 Nov;113(3):171-6.

18. Burwinkel B, Shiomi S, Al Zaben A, Kilimann MW. Liver glycogenosis due to phosphorylase kinase deficiency: PHKG2 gene structure and mutations associated with cirrhosis. Hum Mol Genet. 1998 Jan;7(1):149-54.

19. Thompson JA and Carlson GM. The regulatory alfa- and beta-subunits of phosphorylase kinase directly interact with its substrate, glycogen phosphorylase. Biochem Biophys Res Commun. 2017;482(2):22-5.

20. Bali DS, Goldstein JL, Fredrickson K, Austin S, Pendyal S, Rehder C, Kishnani PS. Clinical and Molecular Variability in Patients with PHKA2 Variants and Liver Phosphorylase b Kinase Deficiency JIMD Rep. 2017;3(12).

21. Human Genetic Mutation Database Professional 2017.4 http://www.hgmd.cf.ac.uk/ac/index.php

22. Lowe ED, Noble MEM, Skamnaki VT, Oikonomakos NG, Owen DJ, Johnson LN. The crystal structure of a phosphorylase kinase peptide substrate complex: kinase substrate recognition EMBO J 1997;16(22):6646-58.

23. HaMPS SK and Quinn AM. Protein Kinase Catalytic Domain Sequence Database: Identification of Conserved Features of Primary Structure and Classification of Family Members Methods In Enzymology, 1991;200:38-62.

24. Burwinkel B, Maichele AJ, Aagenaes O, Bakker HD, Lerner A, Shin YS, Strachan JA, Kilimann MW. Autosomal glycogenosis of liver and muscle due to phosphorylase kinase deficiency is caused by mutations in the phosphorylase kinase beta subunit (PHKB) Hum Mol Genet. 1997;6(7):1109-15.

25. Alfadhel M, Benmeakel M, Hossain MA, Al Mutairi F, Al Othaim A, Alfares AA, Al Balwi M, Alzaben A, Eyaid W. Thirteen year retrospective review of the spectrum of inborn errors of metabolism presenting in a tertiary center in Saudi Arabia Orphanet J Rare D 2016;11(1):126.

26. Davit-Spraul A., Piraud M., Dobbelaere D., Valayannopoulos V., Labrune P., Habes D., Bernard O., Jacquemin E., Baussan C. Liver Glycogen Storage Diseases due to Phosphorylase System Deficiencies: Diagnosis Thanks to Non Invasive Blood Enzymatic and Molecular Studies. Molecular Genetics and Metabolism 2011;104:137