Two-step genetic diagnosis of nephronophthisis-related ciliopathy using PCR amplicon sequencing and targeted re-sequencing

Abstract

서론: nephronophthisis-related ciliopathy (NPHP-RC)는 소아 및 청소년기 말기 신부전의 유전적 원인 질환 중 가장 많은 부분을 차지한다. 유전적 진단이 NPHP-RC 환자들의 적절한 치료에 중요한 역할을 하지만, 질환의 유전적 이질성(genetic heterpgeneity)으로 인해, 원인 유전자 변이의 발견을 위한 gene sequencing의 효율성이 낮다. 방법: PCR amplicon sequencing과 targeted re-sequencing의 이단계 접근법으로 유전적 진단의 효율성을 높여 NPHP-RC의 유전 진단을 하기로 하였다. 결과: 총 55명의 NPHP-RC 환자에서 가장 흔한 5개 유전자 (NPHP1, INVS/NPHP2, IQCB1/NPHP5, CEP290/NPHP6/BBS4, TMEM67/MKS3/NPHP11 /JBTS6) 의 변이 여부를 PCR amplicon sequencing으로 확인하였다. 총 12명 (21.8%)의 환자에서 유전자 변이가 발견되었는데, 4명의 juvenile nephronophthisis (NPHP) 환자에서 NPHP1 유전자의 total deletion, 3명의 Senior-Löken syndrome 환자에서 IQCB1/NPHP5 유전자의 mutation, 1명의 Joubert syndrome 환자에서 CEP290/NPHP6/BBS14 유전자의 mutation, 그리고 4명의 retinitis pigmentosa를 보이는 Joubert syndrome 환자에서 TMEM67/MKS3/NPHP11/JBTS6 유전자의 mutation이 발견되었다. PCR amplicon sequencing으로 유전자 변이가 발견되지 않은 나머지 43명의 환자에서 34개의 NPHP-RC related gene의 targeted re-sequencing을 시행하였는데, 13명 (30.2%)의 환자에서 9개의 pathogenic mutation으로 의심되는 유전자 변이가 발견되었다. 종합하면, 본 연구에서는 총 55명의 NPHP-RC 환자를 대상으로 이단계 접근법으로 유전 진단을 시행한 결과, 25명 (45.4%)의 환자에서 20개의 novel mutation을 포함한 12개의 NPHP-RC 관련 유전자의 pathogenic mutation이 발견되었다. 결론: 이단계 접근법은 NPHP-RC 환자에서 원인 유전자 변이를 발견하는데 효과적인 진단법이 될 수 있을 것이다.

Introduction: Nephronophthisis-related ciliopathy (NPHP-RC) is the most common genetic cause of end-stage renal disease (ESRD) in childhood and adolescence. Although genetic diagnosis is critical to provide optimal care to patients with NPHP-RC, genetic heterogeneity decreases the efficacy of individual gene sequencing in detecting pathogenic mutations. Methods: A two-step approach (PCR amplicon sequencing followed by targeted re-sequencing) for the screening of NPHP-RC-related genes was designed to make the confirmative genetic diagnostic detect rate high. Results: In a cohort of 55 NPHP-RC patients, five genes (NPHP1, INVS/NPHP2, IQCB1/NPHP5, CEP290/NPHP6/BBS14 and TMEM67/ MKS3/NPHP11/JBTS6) detected with relatively high frequency in mutations were sequenced. Damaging mutations in 12 patients (21.8%) were found by PCR amplicon sequencing: total deletions of NPHP1 in 4 juvenile NPHP patients, IQCB1/NPHP5 mutations in 3 Senior-Löken syndrome patients, a CEP290/NPHP6/BBS14 mutation in 1 Joubert syndrome patient, and TMEM67/MKS3/NPHP11/JBTS6 mutations in 4 Joubert syndrome patients with retinitis pigmentosa. Subsequently, targeted re-sequencing of 34 NPHP-RC-related genes was done in the remaining 43 patients. Additional candidate pathogenic mutations in 9 NPHP-RC-related genes were found in 13 (30.2%) of 43 patients. Conclusions: Pathogenic mutations including 20 novel mutations were detected in 12 NPHP-RC-related genes in 25 (45.4%) of 55 NPHP-RC patients using two-step genetic diagnosis. The two-step approach could be a powerful tool for detecting pathogenic mutations in NPHP-RC.