基于长读长测序的面肩肱型肌营养不良症4q35区域甲基化特征、疾病分型及诊断标志物研究

《Brain Communications》：Decoding common and complex genotypes of facioscapulohumeral muscular dystrophy using methylation profiling and long-read sequencing

摘要

由于基因组区域的复杂性，面肩肱型肌营养不良症中基因型、表型和表观遗传学之间的关系仍未被完全理解，且诊断精度有限。

在本研究中，我们应用牛津纳米孔技术长读长测序来表征具有常见且先前已确认基因型的 FSHD1 和 FSHD2 患者（n = 14）。这种方法使得能够同时确定等位基因特异性甲基化谱、单倍型和重复长度。我们的结果证实存在一种不对称的甲基化梯度，该梯度从 4q35 重复阵列的近端到远端增加，且在 FSHD1 中的斜率（2.5–8.1%/重复单位）比所研究的两名 FSHD2 患者（0.3 和 1.2%/重复单位）更为陡峭。因此，该斜率是区分两种类型面肩肱型肌营养不良症的潜在标志物，与当前基于亚硫酸氢盐测序的甲基化测定中确定的参数相比，受重复长度的影响较小。通过以等位基因特异性方式确定远端甲基化，长读长测序克服了此类测定中的一个主要局限性。致病性（范围 22–45%）和非致病性重复阵列（范围 77–87%）的远端甲基化（P < 0.0001）明显分离，并与经年龄校正的临床严重程度显示出比基于亚硫酸氢盐测序的研究更强的相关性（r = -0.81, 95%-CI: -0.48–-0.94）。总体而言，这加强了远端甲基化作为面肩肱型肌营养不良症疾病状态优越诊断标志物的地位。

我们使用基于亚硫酸氢盐测序的甲基化谱分析、互补方法，以及在三个案例中使用长读长测序，对第二组队列（n = 20）进行了详细的临床和基因特征表征，该队列包括具有复杂基因型的患者（n = 11）和 FSHD2 患者（n = 9）。根据这些结果，我们强调了在诊断检查中不包含甲基化分析时存在误诊风险的被低估的患者群体：i) 携带 4qA166 重复阵列的患者，ii) 代表性不足的人群背景患者，iii) 在没有全局低甲基化的情况下携带 11 个重复单位的面肩肱型肌营养不良症患者，以及 iv) 在已知表观遗传抑制基因（SMCHD1、DNMT3B 和 LRIF1）中未检测到可致病变异的患者 FSHD2 患者。我们假设未知的表观遗传修饰因子解释了欧洲和北美人群中具有 8–10 个重复单位的重复阵列的外显率、一些具有 11 个重复单位的重复阵列的致病性，以及在已知表观遗传抑制基因中未检测到变异的某些 FSHD2 患者中整个 4q35 重复阵列的低甲基化。

根据我们的结果，得出了标准诊断的建议。最后，我们假设了一个将 DNA 甲基化、已知遗传参数和疾病严重程度联系在一起的初步模型。

图形摘要

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