利用全外显子测序技术发现重型颅脑畸形致病基因

　　

    生物通报道  美国耶鲁大学一个研究小组发现几种不同的大脑发育异常病症是由同一个单基因突变引起。研究者利用一种新的基因扫描技术——全外显子组测序技术发现了该基因突变。论文发表《Nature》杂志上

    “这将改变我们研究单基因病的方法。”美国康涅狄格州纽黑文耶鲁大学神经新血管外科计划的负责人，神经遗传学计划的共同负责人、主要研究员Murat Gunel博士认为全外显子组测序技术可用于筛查罕见遗传疾病中难于发现的致病基因。

    外显子组测序可以帮助估计一对夫妇将遗传病传递给他们的孩子的风险，同样有助于研究者了解疾病的机制和开发新的治疗方法。

    “该研究证实了全外显子组测序技术是筛查遗传病病因的一个强有力的新工具。”美国国立卫生所神经病与中风研究所(NINDS)的负责人Story Landis说“它同样证实了美国恢复和再投资法案支持国立卫生研究所推动了生物医药技术发展和革新。”

    该研究小组主要研究儿童脑皮质发育异常（MCD）。正常大脑的最外层含有复杂的皱褶，脑皮质发育异常的患者大脑皮层严重畸形，脑皮质比正常人小，皱褶复杂性降低。受累儿童有着智力障碍，无法到达发育里程碑。

    几种不同的脑皮质发育异常都是以解剖为依据命名，像小头畸形（小脑），脑裂畸形（大脑裂中有积水）、巨脑回畸形（皮质厚，少皱褶）和多小脑回畸形(皮质上有许多小皱褶)。这些病症中大脑细胞均不能在发育过程中生长并到达适当的位置。它可能是由于出生前接触酒精、药物和一些病毒导致，其遗传病因不明。

    通过全外显子组测序，研究者发现来自不同家庭的脑皮质发育异常的儿童患者均有着相同的单基因改变。没有对全基因组扫描测序寻找突变，这项技术主要是针对DNA的蛋白质编码部分或称为外显子组，约占人类基因组的1.5%。

    研究者证实脑皮质发育异常高发病率与父母相关。耶鲁大学Gunel博士和他的同事们与土耳其的研究者组成一个研究小组研究了土耳其的儿童脑皮质发育异常家族。这个国家的人有着近亲结婚的传统，因此儿童脑皮质发育异常有着较高的发病率。
 
    最开始研究者将研究重点集中在两个小头畸形患儿。全外显子测序揭示两个患儿都存在WDR62基因的突变。对来自不同家庭的小头畸形儿童进一步研究发现他们都有着相同的基因突变。令人感到意外的是，脑显影显示这些儿童合并有其他类型的脑皮质发育异常。研究者在30个家庭中发现WDR62基因的6种突变。

   “研究结果表明WDR62基因是人类大脑皮质发育所必须的，”Gunel博士说。

    目前WDR62的具体功能尚不清楚，但是相关蛋白被证实可调控RNA加工处理。研究者发现在小鼠和人类的发育大脑中，WDR62集中分布在包含神经干细胞的脑组织区域。下一步研究者计划在小鼠上研究WDR62的功能。同时他们获得了恢复和再投资法案的资金支持将进一步利用全外显子测序技术对成百上千的脑皮质发育异常患者家庭进行检测。

（生物通：何嫱）

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Nature advance online publication 22 August 2010 | doi:10.1038/nature09327
Whole-exome sequencing identifies recessive WDR62 mutations in severe brain malformations
Kaya Bilgüvar, Ali Kemal Öztürk, Angeliki Louvi, Kenneth Y. Kwan, Murim Choi, Burak Tatlı, Dilek Yalnızoğlu, Beyhan Tüysüz, Ahmet Okay Çağlayan, Sarenur Gökben, Hande Kaymakçalan, Tanyeri Barak, Mehmet Bakırcıoğlu, Katsuhito Yasuno, Winson Ho, Stephan Sanders, Ying Zhu, Sanem Yılmaz, Alp Dinçer, Michele H. Johnson, Richard A. Bronen, Naci Koçer, Hüseyin Per, Shrikant Mane, Mehmet Necmettin Pamir, Cengiz Yalçınkaya, Sefer Kumandaş, Meral Topçu, Meral Özmen, Nenad Šestan, Richard P. Lifton, Matthew W. State & Murat Günel
The development of the human cerebral cortex is an orchestrated process involving the generation of neural progenitors in the periventricular germinal zones, cell proliferation characterized by symmetric and asymmetric mitoses, followed by migration of post-mitotic neurons to their final destinations in six highly ordered, functionally specialized layers1, 2. An understanding of the molecular mechanisms guiding these intricate processes is in its infancy, substantially driven by the discovery of rare mutations that cause malformations of cortical development3, 4, 5, 6. Mapping of disease loci in putative Mendelian forms of malformations of cortical development has been hindered by marked locus heterogeneity, small kindred sizes and diagnostic classifications that may not reflect molecular pathogenesis. Here we demonstrate the use of whole-exome sequencing to overcome these obstacles by identifying recessive mutations in WD repeat domain 62 (WDR62) as the cause of a wide spectrum of severe cerebral cortical malformations including microcephaly, pachygyria with cortical thickening as well as hypoplasia of the corpus callosum. Some patients with mutations in WDR62 had evidence of additional abnormalities including lissencephaly, schizencephaly, polymicrogyria and, in one instance, cerebellar hypoplasia, all traits traditionally regarded as distinct entities. In mice and humans, WDR62 transcripts and protein are enriched in neural progenitors within the ventricular and subventricular zones. Expression of WDR62 in the neocortex is transient, spanning the period of embryonic neurogenesis. Unlike other known microcephaly genes, WDR62 does not apparently associate with centrosomes and is predominantly nuclear in localization. These findings unify previously disparate aspects of cerebral cortical development and highlight the use of