Identification of modifying copy number variations in healthy carriers of pathogenetically significant CNVs

Присутствие дополнительных хромосомных вариантов в геноме пациента или бессимптомное носительство аберрации может приводить к фенотипической вариабельности проявлений патогенетически значимой CNV. Высказана гипотеза, что сочетанное действие CNV оказывает модифицирующий эффект, который может быть кумулятивным или компенсаторным, и, соответственно, изменять риск, связанный с определённой CNV, что имеет принципиальное значение для медико-генетического консультирования. The presence of concomitant chromosomal variants in the genome of a patient or an asymptomatic carrier of aberrations may lead to phenotypic variability of pathogenetically significant CNV. It is supposed, that multiple CNVs has a modifying effect, which can be cumulative or compensatory. The risk associated with a particular CNV changes accordingly. This is of fundamental importance for genetic counseling.

A maternally inherited Interstitial Xq21 deletion associated with deafness and mental retardation syndrome in a male patient

Клиническое значение делеции района q21 хромосомы X у мужчин все еще плохо изучено. Было показано, что делеция Xq21, включающая гены POU3F4, CHM и ZNF711, может приводить к глухоте, умственной отсталости и хороидеремии. Несмотря на тяжелые симптомы, наблюдаемые у пробандов-мужчин, большинство носителей женского пола бессимптомны или имеют незначительные фенотипические проявления. Представлена клиническая и молекулярно-цитогенетическая характеристика случая делеции района q21.1-q21.31 хромосомы X, выявленной при проведении хромосомного микроматричного анализа у пациента с задержкой психоречевого развития, лицевыми дизморфиями и тугоухостью. Такая же делеция была выявлена у практически здоровой матери. Наши данные способствуют дальнейшему пониманию корреляции между делецией Xq21 и аномальным фенотипом. Deletions on the X chromosome can lead to serious birth defects. Deletions in Xq21 cause various congenital defects in males including choroideremia, deafness and mental retardation, depending on their size and gene content. Only a limited number of patients with Xq21 deletions has been reported. It has been shown that deletions of the adjacent Xq21 genes, including the POU3F4, CHM and ZNF711 genes, can lead to deafness and mental retardation syndrome and choroideremia. Despite the severe symptoms exhibited by male probands, most female carriers are asymptomatic or exhibit only a mild phenotype. The article presents the clinical and molecular-cytogenetic characteristics of a case of deletion of the Xq21.1-q21.31 region of chromosome X, revealed during chromosomal microarray analysis in a patient with delayed psycho-speech development, facial dysmorphisms and hearing loss. The same deletion was found in an apparently healthy mother. Our study confirms the causative effect between the Xq21 deletion in males and choroideremia, deafness and mental retardation.

Improving the Analysis of DNA Sanger Sequencing Results: SeqBase Computer Program

Введение. Программное обеспечение, предоставляемое производителями автоматических генетических анализаторов, в большинстве случаев позволяет провести адекватный анализ результатов секвенирования ДНК по Сэнгеру для матриц с составом нуклеотидов, близким к эквивалентному. Однако для рассмотрения результатов секвенирования матриц, отличающихся неэквивалентным нуклеотидным составом, требуется проводить анализ электрофореграмм с сохранением информации об интенсивности сигналов флуоресценции. В особенности это касается секвенирования ДНК, модифицированной бисульфитом натрия. Цель: разработать и апробировать в практике научных исследований компьютерную программу для обеспечения адекватного анализа электрофореграмм секвенирования ДНК по Сэнгеру на основе бережного отношения к первичным данным и аккуратного определения базовых линий в спектральных каналах отдельных нуклеотидов. Методы. Программа SeqBase написана на языке C#, программная платформа .NET Framework 4.0, и выполняется в среде исполнения CLR (Common Language Runtime) для операционных систем семейства Windows. Адрес установочного пакета программы SeqBase: http://www.epigenetic.ru/projects/seqbase. Результаты. Разработана компьютерная программа, предназначенная для анализа первичных результатов секвенирования по Сэнгеру (хроматограмм капиллярного электрофореза), полученных на автоматических генетических анализаторах и представленных в файлах формата ABIF (*.ab1), обеспечивающая следующие возможности: 1) просмотр исходных электрофореграмм как в общем виде, так и раздельно по спектральным каналам; 2) кадрирование области анализа; 3) сглаживание сигналов; 4) ручная установка базовой линии по каждому из спектральных каналов; 5) сведение базовых линий по всем каналам; 6) ручная коррекция подвижности фрагментов ДНК в зависимости от типа флуоресцентной метки терминирующего нуклеотида. Апробация программы успешно проведена в рамках ряда исследований, результаты которых опубликованы в рецензируемых научных изданиях. Заключение. Использование программы SeqBase целесообразно для анализа результатов секвенирования по Сэнгеру матриц ДНК с неэквивалентным нуклеотидным составом, в особенности, модифицированных бисульфитом натрия, во избежание получения ложных результатов и для уточнения количественных оценок. Background. The software provided by the manufacturers of automatic genetic analyzers, in most cases, allows an adequate analysis of the results of Sanger DNA sequencing for templates with a nucleotide composition close to the equivalent. However, to consider the results of sequencing of templates with non-equivalent nucleotide composition, it is necessary to analyze electrophoregrams with preservation of primary information on the intensity of fluorescence signals. This is especially important for the sequencing of DNA modified with sodium bisulfite. Aim: to develop and validate in the practice of scientific research a computer program that ensures adequate analysis of electrophoregrams of Sanger DNA sequencing based on preservation of the primary data and on accurate determination of baselines in the spectral channels of individual nucleotides. Methods. The SeqBase program is written in C#, the programming platform .NET Framework 4.0, and runs in the CLR (Common Language Runtime) for Windows operating systems. SeqBase installation package address is http://www.epigenetic.ru/projects/seqbase. Results. A computer program has been developed designed to analyze the primary results of Sanger sequencing (chromatograms of capillary electrophoresis) obtained from automatic genetic analyzers and presented in files of the ABIF (*.ab1) format, which provides the following functions: 1) viewing the original electrophoregrams both in general form and separately by spectral channels; 2) cropping the area of analysis; 3) signal smoothing; 4) manual setting of the baseline for each of the spectral channels; 5) convergence of baselines on all channels; 6) manual correction of the mobility of DNA fragments depending on the type of fluorescent label of the terminating nucleotide. The program has been successfully tested in a number of studies, the results of which have been published in peer-reviewed scientific journals. Conclusion. The use of the SeqBase program is advisable for the analysis of the results of Sanger sequencing of DNA templates with non-equivalent nucleotide composition, especially those modified with sodium bisulfite, to avoid false results and to clarify quantitative estimates.

Prevalence and spectrum of single-gene CNVs in patients with intellectual disability

Моногенные вариации числа копий участков ДНК (CNV) зарегистрированы с частотой 4,4% среди пациентов с интеллектуальными нарушениями и задержкой развития и охарактеризованы по таким критериям как тип (делеция/дупликация), локализация, происхождение. Показано, что не все моногенные варианты, выявленные микроматричным анализом, можно подтвердить методом ПЦР в реальном времени. Single-gene CNVs were observed in 4.4% of patients with intellectual disabilities and developmental delay and were characterized by such criteria as type (deletion/duplication), localization, and origin. It has been shown that not all single-gene variants identified by aCGH can be confirmed by real-time PCR.

Genetic and clinical characteristic of Wilson-Konovalov disease in the Siberian region

Болезнь Вильсона-Коновалова - редкое аутосомно-рецессивное заболевание, которое характеризуется патологическим накоплением меди в печени, головном мозге и других тканях. Дифференциальная диагностика болезни Вильсона-Коновалова представляет собой сложную задачу вследствие выраженной гетерогенности клинических проявлений. Это подчеркивает важность разработки как новых методов диагностики, так и усовершенствования существующих. В рамках настоящего исследования было проведено сравнение клинической диагностики заболевания с результатами молекулярно-генетических исследований. Проанализировано 42 пациента с подозрением на болезнь Вильсона-Коновалова. Произведена оценка значения биохимических показателей метаболизма меди (концентрация церулоплазмина, щелочной фосфатазы, общего билирубина, АСТ, АЛТ сыворотки крови, содержание меди в печени, экскреция меди с мочой) согласно Лейпцигской количественной шкале. Для молекулярно-генетического анализа использовали геномную ДНК. Обогащение интересуемых регионов генома проводилось с помощью ПЦР длинных фрагментов. Для подготовки ДНК библиотек был использован набор Nextera DNA Flex (Illumina, США). Секвенирование проводилось на приборе Illumina MiSeq (Illumina, США). В результате исследования в 62,5% случаев у пациентов, направленных на подтверждение диагноза (по Лейпцигской количественной шкале), были найдены мутации в гене ATP7B, что подтверждает ценность комплексной диагностики по Лейпцигской количественной шкале с учетом клинической симптоматики и лабораторных показателей метаболизма меди. Wilson’s disease is a rare autosomal recessive disorder characterized by abnormal accumulation of copper in the liver, brain, and other tissues. Wilson’s disease differential diagnosis is a difficult task due to the pronounced clinical heterogeneity. This emphasizes the importance of developing both new diagnostic methods and improving existing ones. As part of this study, we compared clinical diagnostics with the results of molecular genetic studies. We analyzed 42 patients with suspected Wilson’s disease. The biochemical parameters copper metabolism values were assessed (serum ceruloplasmin concentration, liver copper content, urinary copper excretion, alkaline phosphatase, total bilirubin, AST, ALT) according to the Leipzig quantitative scale. We used genomic DNA for molecular genetic analysis. Regions of interest in the genome was enriched using long-range PCR. The Nextera DNA Flex kit (Illumina, USA) was used to prepare DNA libraries. Sequencing was performed on an Illumina MiSeq device (Illumina, USA). As a result of the study, in 62.5% of cases in patients aimed at confirming the diagnosis (according to the Leipzig quantitative scale), we found mutations in the ATP7B gene, which confirms the value of a comprehensive diagnosis according to the Leipzig quantitative scale, taking into account the clinical symptoms and copper metabolism laboratory parameters.

Genomic imbalance in a patient with two balanced translocations and abnormal phenotype

Представлены клинические и молекулярно-генетические результаты обследования пациента с задержкой психомоторного развития, аномалиями фенотипа и множественными врожденными пороками систем и органов. При стандартном цитогенетическом исследовании определены две реципрокные транслокации между хромосомами 2 и 6 и хромосомами 7 и 11, подтвержденные FISH-методом. Хромосомный микроматричный анализ позволил выявить делецию 6q14.1 в точке разрыва на длинном плече хромосомы 6. Делеция включает несколько десятков генов, в том числе гены PHIP, FILIP1, MYO6, HTR1B, IMPG1, EVOLV4, TENT5A, которые вероятнее всего ассоциированы с клиническими проявлениями у пациента. The results of clinical and molecular genetic study of the patient with psychomotor delay, phenotype abnormalities and multiple congenital malformations of systems and organs are presented. A standard cytogenetic study determined a double translocation between chromosomes 2 and 6 and chromosomes 7 and 11, confirmed by the FISH method. Chromosomal microarray analysis revealed a deletion of 6q14.1 region at the break point on the long arm of chromosome 6. The deletion involves several dozen genes, including PHIP, FILIP1, MYO6, HTR1B, IMPG1, EVOLV4, TENT5A genes, which are most likely associated with clinical symptoms in the patient.

Clinical and molecular genetic features of neurofibromatosis type

Нейрофиброматоз 2 типа - редкое генетическое заболевание, этиологическим фактором развития которого являются мутации в гене-онкосупрессоре NF2, кодирующем белок мерлин. В обзоре подробно описаны структура, функции и посттрансляционные модификации мерлина, освещены клинические особенности нейрофиброматоза 2 типа, известные клинико-генетические корреляции, а также представлена информация о сайтах связывания мерлина и о функциональном вкладе расположенных в них мутаций, что закладывает базис персонализированной терапии нейрофиброматоза 2 типа. Neurofibromatosis type 2 is a rare genetic disorder caused by pathogenic mutations in the NF2 tumor suppressor gene which encodes a protein called merlin. This review describes the structure, functions, and post-translational modifications of merlin, highlights clinical features and known genotype-phenotype correlations of neurofibromatosis type 2, and provides information on the merlin binding sites and the functional contribution of mutations they harbor, which lays the basis for personalized therapy for neurofibromatosis type 2.

Diagnostic value of urine organic acids analysis among patients with primary mitochondrial disorders

Первичные митохондриальные заболевания (ПМЗ) - генетически и клинически гетерогенные заболевания, характеризующиеся нарушением структуры или функций системы окислительного фосфорилирования (OXPHOS), включая электрон-транспортную цепь. Несмотря на успешное применение методов секвенирования нового поколения в диагностике наследственных заболеваний в последнее десятилетие, существует ряд объективных трудностей в интерпретации результатов, особенно при обнаружении новых генов или новых вариантов нуклеотидной последовательности. Анализ биомаркеров, которые являются индикаторами нарушения функций митохондрий, является важным этапом в диагностике многих ПМЗ. Целью данной работы было проведение анализа спектра и концентраций 72 органических кислот в моче методом газовой хроматографии с масс-спектрометнией (ГХ-МС,7890А/5975С, Agilent Technologies, США) в выборке из 84 пациентов с подтвержденным молекулярно-генетическими методами диагнозом ПМЗ и оценка их диагностической значимости. Среди 84 пациентов с ПМЗ, отклонения в спектре органических кислот были выявлены в 78% (66/84) случаев. Уникальный спектр органических кислот наблюдался при митохондриальных гепатопатиях, связанных с мутациями в гене DGUOK: наравне с повышением уровня лактата, пирувата, 3-гидроксибутирата было выявлено повышение концентрации 4-гидроксифениллактата, 4-гидроксифенилпирувата. При анализе ROC-кривых было показано, что диагностическая значимость маркеров убывает в ряду: 3-гидроксибутират, лактат, пируват. При проведении оценки достоверности теста показано, что повышение концентраций пирувата и 4-гидроксифениллактата может быть принято во внимание при предположении ПМЗ у пациента. Introduction. Primary mitochondrial disorders (PMD) are a group of clinically and genetically heterogeneous group of diseases characterized by a defective structure and functions of the Oxidative Phosphorylation System (OXPHOS). Despite the advantages of the next generation sequencing, diagnosis of PMD is still challenging. There is no currently available biomarker with high specificity and sensitivity. But the level of metabolites reflecting the defective OXPHOS is needed for making of a diagnosis of PMD. Aim: to reveal the level and spectrum of urine organic acids among patients with confirmed diagnosis (by molecular-genetic analysis) of PMD and to estimate the diagnostic value of the test. Methods. We measured 72 different metabolites in 84 urine samples from patients with PMD by GC-MS (7890А/5975С, Agilent Technologies, USA). Results. In 66/84 cases among the patients, we detected the abnormal level of urine organic acids. We observed a unique spectrum of metabolites in the patients with DGUOK-associated hepatopathy (abnormal levels of lactate, pyruvate, 3-hydroxybutyrate, and at the same time 4-hydroxyphenyllactate and 4-hydroxyphenylpyruvate). Using ROC-analysis one of the most informative biomarkers was 3-hydroxybutyrate. But due to the lack of specificity, it could not be classified as a valuable biomarker for PMD. The high level of pyruvate and 4-hydroxyphenyllactate could be taken into account to make a diagnosis of PMD

The association of 17q23.1 locus with advanced carotid atherosclerosis

Проведен анализ ассоциаций rs8078424 (chr17:59873104) с риском развития клинически выраженного атеросклероза сонных артерий и патогенетически значимыми для развития данной патологии количественными признаками, а также оценена связь данного генетического варианта с экспрессией гена MIR21 в лейкоцитах периферической крови пациентов. В группу обследования включены пациенты с клинически выраженным атеросклерозом сонных артерий (стеноз при ультразвуковом исследовании более 80%; n=104). В качестве контроля использованы популяционная выборка жителей г. Томска (n=161) и группа, состоящая из относительно здоровых индивидов, которые имели начальные стадии атеросклероза сонных артерий, но без гемодинамически значимых изменений (стеноз не более 24%; n=84). Генотипирование rs8078424 выполняли методом MALDI-TOF масс-спектрометрии на приборе Sequenom MassARRAY® (США). Уровень экспрессии гена MIR21 в лейкоцитах крови оценивался методом капельной цифровой ПЦР на приборе QX200 Droplet Digital PCR System (Bio-Rad). Выявлено, что генотип GG rs8078424 является протективным относительно развития клинически выраженного атеросклероза сонных артерий (OR=0,023, 95%CI:0,08-0,62; р=0,003), ассоциирован с меньшим уровнем общего холестерина в сыворотке крови и повышенной экспрессией гена MIR21 в лейкоцитах крови пациентов. Потенциальными молекулярными механизмами ассоциации rs8078424 с атеросклерозом являются изменение сайта связывания транскрипционных факторов (FOXP1, SOX18, GATA3, HOXD9, HOXD10 и C/EBPalpha), а также связь с экспрессией гена MIR21 в клетках органов-мишеней патологии. Полиморфизм локуса 17q23.1 (в области генов TUBD1, VMP1/MIR21) представляет интерес для более детального изучения подверженности к сердечно-сосудистым заболеваниям в контексте эпигенетических механизмов в отдельных клетках органов-мишеней патологии. In this study, we analyzed the association of rs8078424 (chr17:59873104) with the risk of advanced carotid atherosclerosis and disease-related traits. We also assessed the association of this genetic variant with the expression of MIR21 gene in peripheral blood leukocytes of patients. Methods. A group of cases included patients with advanced carotid atherosclerosis who had artery stenosis with 80% or more by ultrasound examination (n=104). We used two control groups. Resident population of Tomsk was the first group (n=161). A second group consists of relatively healthy individuals who had non-hemodynamically significant carotid atherosclerosis (24% or less; n=84). Genotyping of rs8078424 was performed using MALDI-TOF mass spectrometry on a Sequenom MassARRAY® (USA) platform. The expression level of the MIR21 gene in peripheral blood leukocytes was assessed by droplet digital PCR on a QX200 Droplet Digital PCR System (Bio-Rad). Results. The GG rs8078424 genotype was found to be protective against of advanced carotid atherosclerosis (OR=0.023, 95%CI:0.08-0.62; p=0.003) and associated with a lower level of total cholesterol in the serum and increased MIR21 gene expression in peripheral blood leukocytes of the patients. Potential molecular mechanisms of the association of rs8078424 with atherosclerosis include alteration of transcription factors binding sites (FOXP1, SOX18, GATA3, HOXD9, HOXD10, and C/EBPalpha) as well as relationship with the MIR21 gene expression in cells of target organs. Conclusion. The polymorphism of the 17q23.1 locus (in the region of the TUBD1, VMP1/MIR21 genes) is of interest for a more detailed study of susceptibility to cardiovascular diseases in the context of epigenetic mechanisms in single cells of the target organs.

Mutation analysis of the SLC26A4 gene in patients in Yakutia with inner ear abnormalities: IP-I, IP-II (Mondini) and/or EVA

Мутации гена SLC26A4 могут приводить как к формированию аутосомно-рецессивной тугоухости 4 типа (DFNB4, OMIM #600791), так и к синдрому Пендреда (PDS, OMIM #274600), при котором нейросенсорная потеря слуха сочетается с дисфункцией щитовидной железы, клинически проявляющейся во второй декаде жизни. Обе формы могут сопровождаться специфическими аномалиями внутреннего уха: IP-I, IP-II (Mondini) и/или EVA. В Якутии аудиологическими, рентгенологическими и молекулярно-генетическими методами обследовано 165 пациентов с врожденным нарушением слуха. При компьютерной томографии пирамиды височных костей у 9 из 165 (5,5%) пациентов были обнаружены аномалии IP-I, IP-II (Mondini) и/или EVA. Методом прямого секвенирования по Сэнгеру у этих 9 пациентов было проведено определение нуклеотидной последовательности гена SLC26A4 (21 экзон). В гене SLC26A4 обнаружено 5 ранее известных вариантов, среди которых 4 варианта относились к миссенс-заменам: c.85G>C p.(Glu29Gln), c.441G>A p.(Met147Ile), c.757A>G p.(Ile253Val), c.2027T>A p.(Leu676Gln) и один вариант затрагивал донорный сайт сплайсинга - c.2089+1G>A (IVS18+1G>A). У 4-х из 9 пациентов патогенные варианты гена SLC26A4 обнаружены в гомозиготном или компаунд-гетерозиготном состоянии. Доля биаллельных мутаций гена SLС26A4 у пациентов с IP-I, IP-II (Mondini) и/или EVA составила 44,4%. Пациенты с биаллельными мутациями гена SLC26A4 имели тяжелые врожденные нарушения слуха (двусторонняя нейросенсорная тугоухость от III степени до глухоты), при этом доминирующим типом аномалий были IP-II (Mondini)+EVA (62,5%), аномалии IP-I не были выявлены ни у одного пациента. По совокупности полученных клинических и молекулярно-генетических данных у трех пациентов форма заболевания классифицирована как аутосомно-рецессивная тугоухость 4 типа (DFNB4), а у одной пациентки с двусторонней аномалией EVA, нейросенсорной тугоухостью III степени и узловым зобом (оперирован) подтвержден синдром Пендреда. Mutations in the SLC26A4 gene can lead to both the formation of autosomal recessive deafness type 4 (DFNB4, OMIM#600791), and to Pendred’s syndrome (PDS, OMIM#274600), in which sensorineural hearing loss is combined with thyroid dysfunction, with both forms can be accompanied by specific anomalies of the inner ear: IP-I, IP-II (Mondini) and/or EVA. Using audiological, radiological and molecular genetics methods, 165 patients with congenital hearing impairment in Yakutia were examined. Computed tomography revealed IP-I, IP-II (Mondini) and/or EVA abnormalities in 9 of 165 (5,5%) patients. Then, using direct Sanger sequencing in these 9 patients, the nucleotide sequence of the coding regions of the SLC26A4 gene (21 exons) was determined. In total, 5 previously known variants were found in the SLC26A4 gene, among which 4 variants were missense substitutions: c.85G>C p.(Glu29Gln), c.441G>A p.(Met147Ile), c.757A>G p.(Ile253Val), c.2027T>A p.(Leu676Gln) and one variant affected the splice donor site - c.2089+1G>A (IVS18+1G>A). In 4 out of 9 patients, pathogenic variants of the SLC26A4 gene were found in a homozygous or compound heterozygous state. The total contribution of biallelic mutations in the SLC26A4 gene among patients with inner ear anomalies was 44,4%. Patients with biallelic SLC26A4-mutations had several to profound bilateral sensorineural hearing loss. In patients with biallelic SLC26A4-mutations, the dominant type of anomaly was IP-II (Mondini)+EVA (62,5%), IP-I anomalies were not detected in any patient. In three patients we were able to confirm the diagnosis of DFNB4, and in one patient, due to the sum of phenotypic features (operated on for nodular goiter, autosomal recessive deafness with EVA), Pendred’s syndrome was diagnosed.