Genetic Characteristics of Korean Patients with Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease by Targeted Exome Sequencing

Abstract

상염색체우성다낭신(다낭신)은 신장 및 간을 침범하는 단일유전자 질환이며, 말기신부전의 주요 원인이다. 유전 정보는 다낭신의 병인을 이해하는 데 있어 가장 중요하다. 따라서 본 연구는 524 명의 비혈연 가계 및 749 명의 다낭신 환자를 대상으로 다낭신의 유전적 특성과 PKD1/2 유전자 돌연변이가 신장 및 간에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 표적 엑솜 시퀀싱 및 PKD1 유전자의 exon 1의 Sanger 시퀀싱, multiple ligation probe assay를 사용하여 PKD1/2의 유전 연구를 수행했다. 총신장부피는 타원체법으로 계산하였고, 총 간부피는 sterology로 측정하여 키로 보정 하였다(htTKV, htTLV). htTLV를 사용하여 질병의 중증도는 경증 (htTLV <1,600 mL / m), 중증도 (htTLV 1,600-2,400 mL / m) 및 중증 다낭간 (htTLV> 2,400 mL / m)로 분류되었다. 다낭신 또는 다낭간의 중증도와 유전자 돌연변이의 유형 및 위치의 연관성을 가족 수준 클러스터링 (가족 내 상관 관계)을 제어하는 fraility 모델을 사용하여 분석했다. 돌연변이 검출률은 80.7 % (423/524 가족, 331 돌연변이) 였고 70.7 %는 새로운 돌연변이였다. PKD1 단백질 절단 유전자형 (PKD1-PT)은 진단 연령이 낮고, htTKV가 크며, PKD1 비 절단 및 PKD2 유전자형과 비교하여 신장 기능이 낮았다. PKD1 유전자형은 PKD2 유전자형 (53.3 [46.7, 58.7] vs. 63.1 [54.0, 67.5], P = 0.003)에 비해 빠르게 말기신부전으로 진행하였다. PKD2 유전자형은 연령, 성별, 가족 수준 클러스터링을 통제한 모델에서 PKD1-PT 유전자형보다 말기신부전의 위험도가 0.2 배로 낮았다 (p = 0.037). 간 표현형에 관해서는, 심한 다낭간은 말기신부전으로의 보다 빠른 진행과 더 높은 사망률을 보였다. 성별, 연령, 많은 임신 횟수 및 여성 호르몬의 사용은 중등도 및 중증의 다낭간과 관련이 있었다. 중등도 및 중증의 다낭간에 가족 수준의 클러스터링 효과가 있었다. 그러나 신장과 달리 다낭간의 심한 정도는 PKD1 / 2 유전자형과 상관이 없었고 단지 돌연변이가 검출되지 않은 환자에서 경증 다낭간의 빈도가 증가했다. 또한, C-type lectin domain은 PKD1 단백질 절단과 비절단 돌연변이 모두에서 중등도 및 중증의 다낭간에 대한 잠재적 온점 일 수 있음을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구는 유전형이 한국인의 새로운 치료 요법에 대한 신장의 빠른 진행자를 선택하는데 기여할 수 있음을 시사한다. 그러나 PLD에 대한 추가적인 유전적 영향을 연구해야 한다.

Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) is a monogenic disorder that can affect the kidneys as well as the liver and one of the main causes of end-stage renal disease (ESRD). Genetic information is of the utmost importance in understanding pathogenesis of ADPKD. Therefore, this study aimed to demonstrate the genetic characteristics of ADPKD and their effects on kidneys and liver in 749 Korean ADPKD subjects from 524 unrelated families. Genetic studies of PKD1/2 were performed using targeted exome sequencing combined with Sanger sequencing in exon 1 of the PKD1 gene and a multiple ligation probe assay. Total kidney volume was calculated by ellipsoid method, total liver volume was measured by stereology and adjusted for height (htTKV, htTLV). Using htTLV, disease severity was classified as no or mild (htTLV <1,600 mL/m), moderate (htTLV 1,600-2,400 mL/m), and severe PLD (htTLV> 2,400 mL/m). Associations between the severity of PKD or PLD and the type and position of genetic mutations were analyzed using a multilevel model controlling for family-level clustering (within-family correlations). The mutation detection rate was 80.7% (423/524 families, 331 mutations) and 70.7% was novel. PKD1 protein-truncating (PKD1-PT) genotype was associated with younger age at diagnosis, larger htTKV, lower renal function compared to PKD1-non-truncating and PKD2 genotypes. The PKD1 genotype showed earlier onset of ESRD compared to PKD2 genotype (53.3[46.7, 58.7] vs. 63.1[54.0, 67.5] years old, P=0.003). In frailty model controlled for age, gender, and familial clustering effect, PKD2 genotype had 0.2 times lower risk for reaching ESRD than PKD1-PT genotype (p=0.037). As for liver phenotype, severe PLD showed more rapid progression to end-stage renal disease and higher mortality. Sex, age, multiple pregnancies, and female sex hormone use were associated with moderate to severe PLD. Family-level clustering effects existed in moderate to severe PLD implying genetic link to PLD phenotype, however, unlike kidney, PLD severity did not correlate with PKD1/2 genotype but the frequency of No Mutation was increased only in mild PLD group. Additionally, the C-type lectin domain might be a potential warm spot for moderate to severe PLD in both PT and non-truncating PKD1 mutations. In conclusion, the results suggest that genotyping can contribute to selecting rapid progressors of kidneys for new emerging therapeutic interventions among Koreans. However, additional genetic effects on PLD have to be investigated.