新規ホモ接合型 KCNQ3 機能喪失変異体は、非症候性知的障害と新生児期に発症する薬物依存性てんかんの原因となる

A novel homozygous KCNQ3 loss-of-function variant causes non-syndromic intellectual disability and neonatal-onset pharmacodependent epilepsy.

• Anna Lauritano
• Sebastien Moutton
• Elena Longobardi
• Frédéric Tran Mau-Them
• Giusy Laudati
• Piera Nappi
• Maria Virginia Soldovieri
• Paolo Ambrosino
• Mauro Cataldi
• Thibaud Jouan
• Daphné Lehalle
• Hélène Maurey
• Christophe Philippe
• Francesco Miceli
• Antonio Vitobello
• Maurizio Taglialatela

抄録

目的:

遺伝子のヘテロ接合性変異、または、よりまれに遺伝子のヘテロ接合性変異が、異種の臨床症状と経過、遺伝的伝達、および予後によって特徴づけられる早期発症の発達/てんかん障害の原因となっている。家族性型には、新生児期または早産期に開始する発作を伴う良性てんかんがほとんどであるが、薬剤抵抗性発作、さまざまな年齢に関連した病理学的脳波パターン、および中等度/重度の発達障害を伴う早期発症脳症（EOEE）の散発的症例では、遺伝子内または遺伝子内のde novoバリアントが記載されている。すべての病原性バリアントはヘテロ接合性であるか、またはヘテロ接合性で発生する。本研究の目的は、薬理依存性の新生児期発症てんかんと非対称性の知的障害を有する9歳女児において、ホモ接合型で発見された新たな変異体の臨床的、分子的、機能的特性を報告することであった。

Objective: Heterozygous variants in or, more rarely, genes are responsible for early-onset developmental/epileptic disorders characterized by heterogeneous clinical presentation and course, genetic transmission, and prognosis. While familial forms mostly include benign epilepsies with seizures starting in the neonatal or early-infantile period, de novo variants in or have been described in sporadic cases of early-onset encephalopathy (EOEE) with pharmacoresistant seizures, various age-related pathological EEG patterns, and moderate/severe developmental impairment. All pathogenic variants in or occur in heterozygosity. The aim of this work was to report the clinical, molecular, and functional properties of a new variant found in homozygous configuration in a 9-year-old girl with pharmacodependent neonatal-onset epilepsy and non-syndromic intellectual disability.

方法:

遺伝学的調査には、エクソームシークエンシングを用いた。また、線維芽細胞における KCNQ3 の転写とサブユニットの発現を、それぞれ定量的リアルタイム PCR 法、ウェスタンブロッティング法、免疫蛍光法で解析した。また、変異サブユニットの機能解析には、全細胞パッチクランプ電気生理学を用いた。

Methods: Exome sequencing was used for genetic investigation. KCNQ3 transcript and subunit expression in fibroblasts was analyzed with quantitative real-time PCR and Western blotting or immunofluorescence, respectively. Whole-cell patch-clamp electrophysiology was used for functional characterization of mutant subunits.

結果:

このフレームシフト変異体は早期終結コドン(PTC)を導入し、C末端領域の大部分を欠失させていた。変異型KCNQ3の転写物とタンパク質の量は、プロブランドからの初代線維芽細胞で著しく減少し、ナンセンスを介したmRNAの崩壊と一致した。この変異体は、KCNQ3サブユニットがKCNQ2サブユニットと機能的なホモメリックチャネルまたはヘテロメリックチャネルに集合する能力を完全に廃止した。

Results: A novel single-base duplication in exon 12 of (NM_004519.3:c.1599dup) was found in homozygous configuration in the proband born to consanguineous healthy parents; this frameshift variant introduced a premature termination codon (PTC), thus deleting a large part of the C-terminal region. Mutant KCNQ3 transcript and protein abundance was markedly reduced in primary fibroblasts from the proband, consistent with nonsense-mediated mRNA decay. The variant fully abolished the ability of KCNQ3 subunits to assemble into functional homomeric or heteromeric channels with KCNQ2 subunits.

意義:

本研究では、ホモ接合型の機能喪失変異体が、発達遅延や知的障害を伴う新生児発症型の薬物依存性発作を特徴とする重度の表現型の原因となっていることを明らかにした。また、本研究では、EOEEや発達障害を持つ患者にとって重要な観察事項であるてんかんと関連てんかんの間の遺伝的・病理学的メカニズムの違いも明らかにした。

Significance: The present results indicate that a homozygous loss-of-function variant is responsible for a severe phenotype characterized by neonatal-onset pharmacodependent seizures, with developmental delay and intellectual disability. They also reveal difference in genetic and pathogenetic mechanisms between - and -related epilepsies, a crucial observation for patients affected with EOEE and/or developmental disabilities.