通过全外显子测序，在家族性梅尼埃病中分离到一种潜在致病的罕见GJD3基因单倍型

通过全外显子测序，在家族性梅尼埃病中分离到一种潜在致病的罕见GJD3基因单倍型

  • 4:29 下午

背景

梅尼埃病（Meniere’s Disease，MD）是一种组织病理学为内淋巴积水，表现为发作性眩晕、感音神经性听力下降、耳鸣、耳闷胀感的内耳致残性疾病，给患者日常生活带来极大困扰。

 

梅尼埃病有家族聚集性（家族性梅尼埃病，FMD），约4%-20%有家族史，提示遗传因素在MD发病中起重要作用。随着新一代测序技术问世，全外显子测序（Whole Exome Sequencing，WES）已用于单基因病和复杂遗传疾病新基因的鉴定，为阐明梅尼埃病遗传学机制提供可能。

 

家族性梅尼埃病表现出相当大的遗传异质性。此外，对梅尼埃病家系的全外显子测序发现三个重要基因中存在罕见变异的负担，包括OTOG、MYO7A和TECTA。

 

连接蛋白是上皮细胞间连接中的关键质膜蛋白。连接蛋白亚基形成六聚体复合物，称为连接子，相邻细胞之间两个连接子的排列形成缝隙连接，该连接沟通了两个细胞的胞质，并控制着小分子、代谢物和离子的细胞间交换。在内耳中，缝隙连接对于维持液体的稳态至关重要。

 

遗传研究表明，一些在内耳表达的连接蛋白对人类听力很重要。GJB2突变导致大约一半的单基因非综合征性感音神经性耳聋（SNHL），此外，GJB6和GJB3突变会导致非综合征性耳聋（HL）。通过这种方式，Gallego-Martinez 等人发现散发性梅尼埃病（SMD）患者中GJB2基因的错义变异显著增加，而在参考人群中未发现。

 

方法

我们检索了70个FMD家系的94名个体的全外显子测序数据。通过基因负担（GBA）分析，并与对照组比较，计算了FMD个体中连接蛋白基因中罕见变异（等位基因频率低于0.05）的富集程度。利用 AlphaFold2 和 HDOCK 预测连接蛋白单体和同源连接体结构模型。在小鼠耳蜗中进行RT-qPCR和免疫荧光检测，以鉴定小鼠同源候选基因Gjd3的表达。

 

结果

对19种连接蛋白基因的71种变异进行了分析，筛选AF值小于0.05的变异，用于FMD个体的基因负担研究（表1）。比较 FMD（N=94）与西班牙人群的等位基因频率时，发现 GJD3 基因中罕见的错义突变富集（OR 值为3.9）。

在 GJD3 序列中，我们发现一个罕见的单倍型 (TGAGT)，它包含两个错义突变、两个同义突变和一个下游突变。

 

我们在家族性梅尼埃病（FMD）患者中发现了GJD3基因内的数个罕见变异（所有变异都参考NC_000017.11基因组序列）：2个错义变异（g.40363058C>G，g.40363293G>A），一个内含子内缺失突变（g.40363099_40363101del），2个下游变异（g.40356228C>T，g.40356584C>A）以及4个同义变异（g.40363294C>G，g.40363327G>A，g.40363528G>A，g.40363579G>T）。

有趣的是，五个变异，即g.40356228C>T（下游），g.40363058C>G（错义），g.40363293G>A（错义），g.40363294C>G（同义）和g.40363579G>T（同义），在五名FMD患者中均存在，并在三个家族中分离，共有十名个体携带这五个变异的单倍型。此外，该单倍型还在另外八名非家族性MD（SMD）患者中发现。不过，其中四名患者有亲属表现出不完全的MD表型（例如HL或间歇性前庭症状）。

 

连锁分析显示，4个共同的编码变异之间存在显著的关联性。g.40363293G>A（错义）、g.40363294C>G（同义）和g.40363579G>T（同义）之间完全相关（R2=1），它们与g.40363058C>G（错义）的连锁不平衡也接近完全（R2=0.966）。

        此外，在1000基因组计划中，我们还发现了一个单倍型CGGCG，仅在来自西班牙的人群中出现一次。该CGGCG单倍型中，除g.40363058C>G错义变异外，其他变异均为参考等位基因。该基因型已在我们的队列中另外三名散发性患者中发现。

        GJD3编码间隙连接蛋白δ3，也称为人连接蛋白 31.9 (Cx31.9)。根据大多数所用方法预测的 Cx31.9 单体整体稳定性变化，NP_689343.3:p.(His175Tyr)、NP_689343.3:p.(Pro248del) 和NP_689343.3:p.(Arg253Pro) 变体被预测为中性（表 S4）。

        此外，在同源连接体和同型间隙连接模型中，NP_689343.3:p.(His175Tyr)[ g.40363293G > A错错义]变体对复合物结构反而具有稳定作用（表 S5）。

         从基因表达特征来看，对小鼠的研究表明，Gjd3（编码 Gjd3 或小鼠连接蛋白 30.2 (Cx30.2) 基因）在柯蒂氏器和前庭器官中表达，尤其在顶板膜、内外毛细胞基底和神经纤维中表达，支持该基因的潜在致病性。

小鼠Gjd3基因编码的连接蛋白30.2（B、C、E、F、F、H）和无一抗（A、D、G）在小鼠耳蜗中的表达，以及Cx30.2在小鼠发育中的表达(I)。

 

结论

本研究结果揭示了 GJD3 基因与 FMD 之间的新关联，提供了 FMD 与内耳结构变化相关的证据，并支持顶板膜蛋白在梅尼埃病中的新作用。

参考资料

[1] EscaleraBalsera et al. A rare haplotype of the GJD3 gene segregating in familial Meniere’s disease interferes with connexin assembly. Genome Medicine. 2025

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