ataxia and hypogonadotropism (translate) 2

7/23/2019 Ataxia and Hypogonadotropism (Translate) 2

1/15

Ataksia, Dementia, dan Hipogonadotropisme Akibat Ubiquitinasi Acak

David H. Margolin, M.D., Ph.D., Maria Kousi, Ph.D.,YeeMing !han, M.D., Ph.D., "laine #. $im, M.%.,

&erem' D. %chmahmann, M.D., Marios Had(ivassiliou, M.D., &anet ". Hall, M.D., )brahim Adam, M.D.,

Andre* D*'er, +.P., $ace' Plummer, .%., %tephanie -. Aldrin, .A., &ulia /0ourke, Ph.D.,

Andre* Kirb', .%., Kasper $age, Ph.D., Aubre' Milunsk', M.., .!h., D.%c., &e11 M. Milunsk', M.D.,

&enni1er !han, M.D., ". #essa Hedle'2h'te, M.D., Mark &. Dal', Ph.D., +icholas Katsanis, Ph.D., and

%tephanie . %eminara, M.D.

A%#0AK

$atar elakang

Kombinasi ataksia dan hipogonadisme dijelaskan pertama kali lebih dari satu abad yang lalu, tetapi dasar

genetiknya masih tetap sukar untuk dipahami.

Metode

Kami melakukan pengurutan seluruh exome pada seorang pasien dengan ataksia dan hipogonadisme

hipogonadotropik, diikuti dengan pengurutan bertarget gen-gen kandidat pada pasien-pasien yang juga

terdampak. Fenotipe endokrin reproduktif dan neurologis dijelaskan secara detil. Efek dari varian urutan

dan adanya interaksi epistatik diuji dalam sebuah model ikan zebra.

Hasil

utasi homozigot digenik !homozygous digenic" pada RNF216 dan OTUD4, yang menyandikan

ubi#uitin E$ ligase dan deubi#uitinase ditemukan dalam tiga saudara kandung yang terpengaruh dalam

satu keluarga yang berkerabat. %emisahan tambahan mengidentifikasi mutasi pemotongan heterozigot

gabungan !compound heterozygous truncating mutations" padaRNF216pada pasien yang tidak bekerabatdan mutasi pengrusakan heterozigot tunggal !single heterozygous deleterious mutations" pada empat

pasien yang lain. %enghancuranrnf216 atau otud4pada embrio ikan zebra menyebabkan cacat pada mata,

optic tectum, dan cerebellum& penekanan kombinasi pada kedua gen memperburuk fenotipe ini, yang

diselamatkan oleh messenger '()RNF216 atau OTUD4 manusia nonmutan, tetapi bukan mutan. *emua

paien mengalami ataksia dan dementia progresif. +ilangnya neuron termati pada jalur cerebellar dan

hippocampus& neuron hippocampus yang selamat mengandung inklusi intranuklear ubi#uitin-

immunoreaktif. acat terdeteksi pada tingkat hipotalamus dan pituitary pada sumbu endokrin reproduktif.

Kesimpulan

*indrom hipogonadisme hipogonadotropik, ataksia, dan dementia dapat disebabkan dengan

menonaktifkan mutasi pada RNF216 atau dengan kombinasi mutasi RNF216 dan OTUD4. emuan ini

menghubungkan ubi#uitinasi acak untuk neurodegeneration dan disfungsi reproduktif dan menyoroti

kekuatan pengurutan seluruh exome dalam kombinasi dengan studi fungsional untuk mengungkap

interaksi genetik yang menyebabkan penyakit. !idanai oleh (ational /nstitutes of +ealth dan lain-lain."


2/15

alam beberapa tahun terakhir, kita telah melihat

kemajuan besar dalam penjelasan penyebab genetic

cerebellar ataksia, dengan gen-gen yang baru

teridentifikasi yang mengatur spektrum yang luas

dari fungsi seluler, termasuk sinyal intraseluler,

regulasi tau, dan fungsi mitokondria. (amun, cacatgenetic tidak dapat ditemukan pada sekitar 012

dari pasien pengidap ataksia, termasuk di antaranya

ataksia yang berhubungan dengan kegagalan

endokrin reproduktif, *uatu sindrom pertama kali

dilaporkan oleh 3ordon +olmes di pada 4516.

Kebanyakan pasien dengan sindrom ini mengalami

kondisi hypogonadotropik, dengan cacat pada

sekresi gonadotropin oleh kelenjar pituitary. *ecara

mencolok, gen-gen yang dikaitkan dengan ataksia

mengalami tumpang tindih fungsional yang kecil

dengan gen-gen yang dikaitkan dengan

hipogonadisme hipogonadotropik, yang

menyandikan protein-protein yang terlibat dalam

fungsi biologis neuron yang mensekresi hormon

pelepas gonadotropin !3n'+".

*atu dekade yang lalu, kami menjelaskan satu

keluarga yang berkerabat yang mengindap sindrom

cerebellar ataksia, dementia, dan hipogonadisme

hipogonadotropik. i sini kami melaporkan hasil

dari pengurutan seluruh exome dan pengurutan

bertarget yang dilakukan untuk mengidentifikasi

mutasi yang mandasari sindrom ini pada keluarga

ini dan pada pasien-pasien yang tidak berkerabat.

M"#D"

Pasien %tudi

*tudi kami melibatkan 47 pasien dengan ataksia

dan hipogonadisme hipogonadotropik dari delapan

keluarga. *ilsilah keluarga indeks dan empat daritujuh keluarga lain ditunjukkan pada 3ambar 4.

%ara pasien dirujuk ke assachusetts 3eneral

+ospital untuk evaluasi klinik atau genetik antara

tahun 7111 dan 7141. *tudi ini disetujui oleh

komite penelitian manusia rumah sakit, dan

persetujuan tertulis untuk semua peserta diberikan

oleh peserta tersebut atau seorang per8akilan resmi.

Analisis 3enetik

Kami melakukan pengurutan exome dengan ()

dari %asien $ dalam keluarga indeks. *et data yang

digunakan untuk analisis exome dalam penelitian

ini diperoleh dari db3a% di

888.ncbi.nlm.nih.gov9gap melalui nomor aksesi

db3a% phs1110:;.v4.p4. 3en-gen kandidat

diurutkan pada anggota keluarga dan pada orang

yang terdampak tetapi tidak berkerabat. )lgoritme

computer yang digunakan untuk memprediksi

patogenisitas yang dari varian dan untuk

hypogonadotropic mengidentifikasi interaksi antara

gen-gen kandidat dan gen-gen yang diketahui

terkait dengan ataxa atau hipogonadisme

hipogonadotropik. %engujian !assay" allele-specific

reverse-transcriptasepolmerase-c!ain-reaction!'-%'" dilakukan dengan '() dari %asien ;, .org".

"valuasi +europatologis "ndokrin

?tak %asien 7 diperoleh dalam 8aktu < jam setelah

kematian. )nalisis imunohistokimia dilakukan

dengan menggunakan antibodi terhadap ubi#uitin,

tau, dan @-synuclein. ikroskopi electron dilakukan

sesuai dengan prosedur standar. Fenotping

endokrin reproduktif secara rinci dilakukan pada ;

pasien, seperti yang dijelaskan pada laporan kami

sebelumnya dan di bagian etode dalam =ampiran

ambahan.

)nvestigasi )kan 4ebra

?ligonukleotida orpholino !?" untuk

membungkam rnf74< dan otud0 pada ikan zebra

disuntikkan baik sendiri ataupun dengan nonmutan

atau mutan messenger '() !m'()" penyandi'(F74


3/15


4/15

3ambar 5. Pemisahan MutasiRNF216 dan

OTUD4 pada %ilsilah )ndeks dan )denti1ikasi

Mutasi 0+6758 #ambahan pada Proband 'ang

#idak erkerabat.

*ilsilah tujuh generasi ditampilkan pada %anel )

meliputi %asien 4, 7, dan $, yang semuanya

mengalami dengan ataksia, dementia, dan

hipogonadisme hipogonadotropik dan yang bersifat

homozigot untuk RNF216 p.':;4 dan OTUD4

p.3$$$C. 3aris ganda menunjukkan hubungan

kekerabatan. )nggota keluarga yang tidak

terpengaruh dan genotipe ditunjukkan sebagai

homozigot untuk alel yang tidak termutasi

!dilambangkan dengan symbol D" atau heterozigot

untuk salah satu atau kedua perubahan. *ilsilah yang

ditampilkan di %anel B adalah untuk keluarga pasienmutasi-positif RNF216 tambahan !%asien 0 sampai

6", yang semuanya megalami ataksia dan

hipogonadisme hipogonadotropik. Kotak

menunjukkan anggota keluarga laki-laki, lingkaran

keluarga perempuan anggota, simbol padat

menunjukkan anggota keluarga yang terdampak,

garis miring menunjukkan anggota keluarga yang

telah meninggal, berlian menunjukkan saudara

kandung dari kedua jenis kelamin, segitiga

menunjukkan keguguran, dan angka )rab

menunjukkan jumlah saudara kandung atau

keguguran.

HA%)$

%tudi 3enetik

*ilsilah kerabat dari keluarga indeks !keluarga

%alestina" mencakup tiga saudara kandung

!%asien 4, 7, dan $" dengan ataksia dan

hipogonadisme hipogonadotropik. %ada

pengurutan exome yang dilakukan dengan ()dari %asien $ diidentifikasi 4$ varian homozigot

yang langka dan diprediksi akan merusak !abel

*4 di =ampiran ambahan", 7 di antaranya juga

homozigot pada dua saudara kandung lain yang

terdampak RNF216 !(71:444.$" c.77;4

G , p.':;4 dan OTUD4 !(114417


5/15

ini, kehadiran mutasi yang merusak pada lima

dari delapan proband dalampenelitian ini

melebihi apa yang diperkirakan oleh peluang !%

O4 P 41-4$ dengan uji eksak Fisher". 3rail,

)%%=E, Endeavour, /nQeb scored net"or$,

dan (Cconnect digunakan untuk

mengidentifikasi potensi hubungan antara

RNF216, OTUD4, dan gen-gen yang diketahui

terkait dengan ataksia atau hipogonadisme

hipogonadotropik& tidak ada koneksi seperti itu

yang ditemukan. %engujian '-%' alel-

spesifik gagal untuk mengidentifikasi mutasi

occult yang mempengaruhi transkripsi atau

stabilitas m'() dalam alel nonmutan pada

%asien ;,


6/15

Fenotipe ini bersifat spesifik, karena koinjeksi

m'() RNF216 atau OTUD4 manusia

nonmutan menyelamatkan semua fenotipe

!3ambar $, dan 3ambar *0 di =ampiran

ambahan". m'()RNF216 yang mengkode

':;4 dan m'() OTUD4 yang mengkode3$$$C kurang efektif dalam menyelamatkan

fenotipe yang disebabkan oleh injeksi ? ganda

!3ambar $, dan 3ambar *0 di =ampiran

ambahan", tidak hanya menunjukkan bah8a

alel mutan mengkodekan

protein-protein defisien fungsional !functionall

deficient proteins" tetapi juga bah8a interaksi

epistatik antara mutasi-mutasi ini berkontribusi

pada fenotipe penyakit dalam silsilah indeks.

Karakteristik Klinik dari Pasien %tudi

%asien 4 sampai 6, yang memba8a varian dalam

RNF216, memiliki sejarah klinis yang sama

!abel 4". +al ini muncul pada masa remaja atau

a8al masa de8asa dengan hipogonadisme

hipogonadotropik namun tidak ada kelainan

pituitary lainnya. ysarthria adalah gejalaneurologis a8al pada beberapa pasien, tetapi

ataksia berkembang pada semua pasien, yang

mengarah ke ketergantungan pada kursi roda

dan #ed confinement pada beberapa pasien.

ementia juga menonjol, dengan perubahan

kepribadian dan kehilangan ingatan terjadi pada

a8al terkena3ambar 9. "1ek "pistatik dari Alel OTUD4p.399-.

%anel ) sampai menunjukkan tampilan punggung dari

embrio ikan zebra kontrol !%anel )" dan embrio yang

disuntik dengan rnf216? !morfolino oligonukleotida"

!%anel B", otud4 ? !%anel ", ? ganda !?,rnf216 ? dan otud4 ?" !%anel ", ? ganda yang

ditambah dengan OTUD4manusia nonmutan !%anel E",

dan ? yang ditambah dengan OTUD4manusia mutan

!OTUD4pemba8a mutasi p.3$$$C yang teridentifikasi

dalam silsilah indeks" !%anel F"pada $ hari setelah

pembuahan !pe8arnaan dengan antibodi terhadap @

acetlated tu#ulin".anda bintang menunjukkan optic

tecta yang diukur untuk menilai perbedaan antara kondisi

yang sedang dievaluasi. 3rafik batang pada %anel 3

menunjukkan ukuran relatif rata-rata dari optic tectapada

embrio kontrol dan lima kelompok embrio yang disuntik.

Bar / menunjukkan kesalahan standar. (ilai % didasarkanpada t"o-tailed t-test. %anel +, /, dan > menunjukkan

tampilan punggung dari embrio kontrol !%anel +" dan

embrio yang disuntik dengan ? !%anel /" dan ?

ditambah OTUD4 manusia nonmutan !%anel >" pada $

hari setelah pembuahan !pe8arnaan anti-@ acetlated

tu#ulin". %ersegi panjang menunjukkan area cerebellar&

disorganisasi maksimum teramati pada embrio yang

disuntik hanya dengan ? !%anel /". 3rafik batang

pada %anel K menunjukkan persentase embrio dengan

cacat cerebellar %ada kondisi yang dievaluasi !seperti

yang ditunjukkan pada %anel ) sampai F dan %anel +, /,


7/15

penyakitdan kebisuan serta gerakan tidak

terkoordinasi dan tanpa tujuan yang terjadi tahap

akhir. (istagmus tidak muncul. %resentasi

%asien 5 hingga 47, yang tidak memiliki varian

pada RNF216, sangat berbeda dari %asien 4

hingga 6


8/15


9/15

!abel 4". Evaluasi ekstensif tidak

mengungkapkan penyebab ataksia yang

diketahui pada setiap pasien& kelainan

mitokondria diidentifikasi %ada pasien : dan 6

!abel *7 dalam =ampiran ambahan".

(euroimaging dilakukan pada %asien 4 hingga 6

mengungkapkan kesamaan yang menonjol,

dengan atrofi cerebellar dan kortikal tetapi tidak

ada kelainan pada kelenjar pituitary. ateri

putih subkortikal mengandung daerah

hiperintensitas tambal sulam !patc!" dalam T2-

"eig!ted imagingdanfluid-attenuated inversion

recover!F=)/'" imaging!abel 4 dan 3ambar

0". %ada %asien :, daerah-daerah hiperintensitas

muncul sekitar sembilan tahun sebelum

timbulnya gejala-gejala neurologis& cerebellum

tampak normal pada 8aktu sebelumnya.

%tudi +europatologi

?tak formalin-fi&ed milik %asien 7 memiliki

berat 501 g !berat normal, 4$11 g". erebellum

dan interior olives bersifat atrofik. )nalisis

histopatologi mengungkapkan adanya gliosis

dan hilangnya neuron inferior olivar yang

hampir lengkap, sel-sel %urkinje cerebellar, danneuron-neuron di daerah hippocampal )$ dan

)0, sedangkan neuron-neuron tera8etkan

dengan baik di daerah )4 dan )7. /nclusi

u#i'uitinimmunoreactive nuclear hadir pada 4

sampai ;2 dari neuron piramidal di daerah

hippocampal )4 dan )7 !3ambar 0" dan

juga ditemukan pada neuron-neuron granule-

cell dalam dentate grus& inklusi ini tidak

bersifat immunoreactiveuntuk antibody terhadap

tau atau @-synuclein !tidak ditampilkan". %ada

mikroskopi electron, inklusi intranuclear

muncul sebagai agregat dari filament-filamen

halus dan material granular !3ambar 0".

%tudi "ndokrin 0eprodukti1

Ketika %asien < mencapai usia $7 tahun, satu

tahun setelah berkembangnya gejala-gejalaS-menunjukkancomputedtomograp!,F=)/'fluid-a

ttenuatedinversionrecover,hormon3n'+

gonadotropin-releasing,dan'/mag

neticresonance

imaging.


10/15

neurologis, lo"-amplitude pulses dari hormone

luteini%ing terdeteksi, yang mengindikasikan

bah8a sekresi 3n'+, meskipun ada, telah

berkurang !3ambar ;". %emberian pulsatile

3n'+ selama : hari menyebabkan kenaikan

yang kuat pada tingkat gonadotropin danestradiol !3ambar ;" serta pertumbuhan ovarian

follicle yang dominan, yang teramati pada

ultrasonografi !tidak ditampilkan". eskipun

sekresi hormon luteinizing meningkat setelah

pemberian 3n'+, pola puncak yang khas dari

pulsa-pulsa hormon luteini%ing tidak terlihat,

yang menunjukkan tingkat disfungsi pituitary.

emang, respons pituitary pasien berkurang

dari 8aktu ke 8aktu, dengan berkurangnya

respon terhadap 3n'+ pada hari pertama

pengobatan 4; bulan setelah penelitian endokrin

a8al !3ambar ;".

%ada %asien 6, di mana fungsi endokrin a8alnya

dinilai sebelum munculnya gejala-gejala

neurologis, tidak terdapat sekresi endogenous

pulsatileluteini%ing !ormone !3ambar ;".

*etelah menaikkan dosis 3n'+ eksogen !dari

7; ng per kilogram berat badan menjadi


11/15

3ambar :. #emuan Neuroradiologicdan Neuropathological.

%anel ) menunjukkan pemindaiansagittal T2-"eig!ted magnetic resonance imagingotak %asien $.

Diffusecere#ellar atrop! !panah" dan cortical atrop! dapat dilihat. %anel B menunjukkan citra melintang yang

diperoleh denganfluid-attenuated inversion recover imaging, mengungkapkan beberapa fokus yang berbeda

dan konfluen dari hiperintensitas pada materi putih. %ada %anel , analisis imunohistokimia dari bagian otakhippocampal %asien 7 menunjukkan inklusi intranuklear neuronal dengan immunoreaktivitas !coklat" pada

antibodi terhadap ubi#uitin, di8arnai dengan hematoxylin dan eosin. *ebuah mikrograf elektron neuron

hippocampal, pada %anel , juga menunjukkan inklusi intranuklear, yang terdiri dari agregat bahan granular dan

filamen halus, 41 sampai 4; nm diameter !panah", yang sebagian besar berorientasi acak. *kala batang me8akili

4 Tm.


12/15

3ambar ;. 6enotipe "ndokrin.

%ada %anel ) sampai , grafik di sebelah kiri menunjukkan sekresi endogen hormon luteini%ingselama periode

sampai dengan 47 jam. %asien < diteliti pada dua kesempatan, terpisah selama 4; bulan !%anel ) dan B". )nak

panah menunjukkan pulsa dari sekresi hormon luteini%ing, dan kotak menunjukkan durasi tidur& s!ading

menunjukkan kisaran referensi untuk pria dan 8anita sehat. Konsentrasi estradiol !E7" dantestosteron !",diukur dari sampel yang dikumpulkan yang diperoleh selama penelitian, juag ditunjukkan. %ada %anel ), B, dan

, grafik di sebelah kanan menunjukkan respon terhadappulsatile e&ogenousgonadotropin-releasing !ormone

!3n'+" selama periode hingga : hari. osis 3n'+ adalah sebesar :; ng per kilogram berat badan, dengan

pengecualian dosis pertama 3n'+ pada hari 4 untuk %asien < !%anel )", yang sebesar 4


13/15

yang lebih parah. *ecara bersama-sama, temuan

ini mendukung model digenik di mana mutasi

OTUD4, dalam hubungannya dengan mutasi

RNF216 yang memainkan peran penting dalam

menyebabkan penyakit pada silsilah indeks. %ada

%asien ; sampai 6, mutasi yang terjadi pada lokus

lain yang belum teridentifiksi mungkin bertindak

dalam hubungannya dengan mutasi heterozigot

pada RNF216 untuk menyebabkan penyakit.

Oligogenicitkemungkinan akan semakin diakui

sebagai metode untuk mendeteksi arsitektur

genetic ini, seperti pengurutan exome, lebih

banyak diadopsi.

RNF216mengkodekan E$ ubi#uitin ligase yang

menempelkan ubi#uitin untuk substrat protein,

menandainya untuk degradasi proteasome-

mediated. *asaran RNF216 yang dikenal

termasuk aktivator hulu nuclear factor UB

signaling, yang mengatur beragam proses seluler.

RNF216 secara struktural mirip dengan parkin,

sebuah E$ ubi#uitin ligase yang bermutasi dalam

bentuk resesif pada penyakit %arkinson. emuan

inklusi neuronal intranuclear pada %asien 7

mungkin menunjukkan bah8a neurodegenerasi

yang terkait dengan RNF216memiliki kesamaantidak hanya dengan penyakit %arkinson tetapi

juga dengan penyakit-penyakit

neurodegenerative lainnya di mana agregat

protein ditemukan, seperti penyakit +untington

dan )lzheimer.

OTUD4 mengkodekan enzim deubi#uitinasi.

eubi#uitinase memungkinkan protein target dan

ubi#uitin sendiri untuk didaur ulang dan sering

berfungsi bersama-sama dengan ligase E$

tertentu. *ebagai contoh, deubi#uitinase ataxin-$menetralkan kemampuan parkin untuk meng-

ubi#uitinasi dirinya sendiri. Berdasarkan hal ini

dan contoh-contoh lainnya, OTUD4danRNF216

mungkin juga terkait dalam coregulator

partners!ip.

ementia yang progresif dan melemahkan yang

diamati pada pasien dengan mutasi RNF216

!%asien 4 sampai 6" membedakan mereka dari

pasien-pasien lain dengan ataksia dan

hipogonadisme hipogonadotropik. *elanjutnya,

kami mengamati perubahan pada materi putih

celebral di semua pasien dengan neurodegenerasi

yang terkait dengan RNF216, menunjukkan

bah8a perubahan tersebut mungkin merupakan

fitur yang konsisten dari sindrom ini. ak satupun

dari pasien memiliki kelainan oculomotorseperti

nstagmus dan op!t!almoplegia yang terlihat

pada %asien 5, 41, dan 47, yang tidak memiliki

mutasiRNF216.

%ara pasien dengan neurodegenerasi yang terkait

dengan RNF216 memiliki disfungsi pada

beberapa tingkat dari sumbu endokrin reproduktif

!reproductive endocrine a&is". %ada %asien < dan

6, fungsi reproduksi dipulihkan dengan

pengobatan 3n'+ yang diperpanjang, yang

menunjukkan bah8a kekurangan !pot!alamic

3n'+ adalah penyebab utama disfungsi endokrin

reproduktif mereka. (amun, dua pasien ini juga

tampaknya memiliki unsur disfungsi pituitary,

mengingat berkurangnya respons untuk 3n'+dari 8aktu ke 8aktu pada %asien < dan

pengamatan kurva repons dosis yang bergeser ke

kanan pada %asien 6. %ada %asien 4 dan 7, yang

dievaluasi pada tahap akhir penyakit mereka,

tidak adanya respon setelah tujuh hari pengobatan

dengan 3n'+ dapat menggambarkan

perkembangan disfungsi pituitary ini. asar

untuk kerentanan selektif jenis sel neuronal dan

pituitary tertentu saat ini belum dapat dijelaskan.

Kesimpulannya, kami telah mengidentifikasihilangnya mutasi fungsi pada RNF216 yang

menyebabkan sindrom ataksia, dementia, dan

hipogonadisme hipogonadotropik. Bukti genetik

dan in vivo menunjukkan bah8a mutasi yang

mempengaruhi '(F74


14/15

bah8a beban mutasi dalam jalur biologis dapat

mendorong manifestasi penyakit.

*ecara keseluruhan, data ini menyoroti peran

sistem ubi#uitination yang sampai sekarang

belum diketahui pada penyakit neurodegenerasi

gabungan dan disfungsi reproduksi. =ebih luas

lagi, temuan kami menunjukkan nilai

penggabungan pengurutan exome menyeluruh

individu dengan studi fungsional in vivo untuk

mengidentifikasi mutasi gen-gen penyebab

penyakit dan interaksi epistatik.

0"6"0"+%)

5. *ailer ), +oulden +. 'ecent advances in the genetics of cerebellar

ataxias. urr (eurol (eurosci 'ep 7147&4777:-$>. ongenital cerebellar hypoplasia and hypogonadotropic

hypogonadism. > (eurol *ci 4551&567;5-


15/15

98. urcan , Kontogiannea , Bedard (, Qing **, Fon E). )taxin-$

deubi#uitination is coupled to %arkin ubi#uitination via E7 ubi#uitin-

conjugating enzyme. > Biol hem 7147&76:;$4-04.

9

ataxia and hypogonadotropism (translate) 2

Documents