Исследование особенностей генетических изменений гена SMN1 при спинальной мышечной атрофии 5q

Введение. Проксимальная спинальная мышечная атрофия 5q (5q‑СМА) представляет собой одно из наиболее распространенных нервно‑мышечных заболеваний, в основе которого лежат аберрации гена SMN1. Несмотря на то, что в большинстве исследований говорят о «делеции» SMN1 как о самой распространенной причине 5q‑СМА, потеря гена связана как с классическими делециями, так и с конверсией SMN1 и SMN2, а также с образованием химерных структур. На сегодняшний день недостаточно данных о распространенности того или иного типа потери SMN1. Однако разные виды мутаций могут оказывать различное влияние на клиническую картину и эффективность терапии. Более глубокое изучение строения генов позволит определить предикторы ответа на терапию и приблизиться к пониманию причин нестабильности региона SMN.
Цель исследования – изучить особенности генетических аберраций, а также количество копий генов SMN1 и SMN2 при 5q‑СМА.
Материалы и методы. В исследовании приняло участие 703 пациента, для которых был проведен анализ количества копий SMN1 и SMN2 в Научно‑методическом центре Минздрава России по молекулярной медицине ФГБОУ ВО «Первый Санкт‑Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава России за 2018–2021 гг. Анализ числа копий генов проводился методом мультиплексной амплификации лигированных проб (MLPA) с использованием набора SALSA MLPA P021 SMA (MRC Holland) в соответствии с инструкцией производителя.
Результаты. Среди 703 участников гомозиготная делеция SMN1 обнаружена у 167 (24 %), носительство делеции – у 76 (11 %), у оставшихся 460 (65 %) аберраций не выявлено. Среди пациентов с гомозиготной делецией выявлен 41 случай (24 %) истинной делеции. Также выявлены 11 (7 %) случаев частичной делеции с гомозиготной потерей 7‑го и гетерозиготной потерей 8‑го экзона SMN1. Наиболее распространенным типом аберраций являлась конверсия SMN1 в SMN2 (94 (56 %) случая), которая характеризуется гомозиготной потерей SMN1 и реципрокным увеличением числа копий SMN2. Кроме того, обнаружен 21 (13 %) случай формирования гибридных генов.
Выводы. Генетические аберрации при 5q‑СМА на сегодняшний день изучены недостаточно. Тем не менее полученные нами результаты сопоставимы с имеющимися данными мировой литературы. Дальнейшее исследование особенностей изменений SMN1 и SMN2 позволит пролить свет на причины и механизмы развития данного заболевания, а также приблизиться к поиску наиболее эффективных точек приложения терапии.

1. Tisdale S., Pellizzoni L. Disease mechanisms and therapeutic approaches in spinal muscular atrophy. J Neurosci 2015;35(23):8691–700. DOI: 10.1523/jneurosci.0417-15.2015

2. Lally C., Jones C., Farwell W. et al. Indirect estimation of the prevalence of spinal muscular atrophy type I, II, and III in the United States. Orphanet J Rare Dis 2017;12(1). DOI: 10.1186/s13023-017-0724-z

3. Butchbach M.E.R. Genomic variability in the survival motor neuron genes (SMN1 and SMN2): Implications for spinal muscular atrophy phenotype and therapeutics development. Int J Mol Sci 2021;22(15):7896–917. DOI: 10.3390/ijms22157896

4. Ruhno C., McGovern V.L., Avenarius M.R. et al. Complete sequencing of the SMN2 gene in SMA patients detects SMN gene deletion junctions and variants in SMN2 that modify the SMA phenotype. Hum Genet 2019;138(3):241–56. DOI: 10.1007/s00439-019-01983-0

5. Seo J., Singh N.N., Ottesen E.W. et al. A novel human-specific splice isoform alters the critical C-terminus of Survival Motor Neuron protein. Sci Rep 2016;6(1). DOI: 10.1038/srep30778

6. Lefebvre S., Bürglen L., Reboullet S. et al. Identification and characterization of a spinal muscular atrophy-determining gene. Cell 1995;80(1):155–65. DOI: 10.1016/0092-8674(95)90460-3

7. Wirth B., Karakaya M., Kye M.J. et al. Twenty-five years of spinal muscular atrophy research: from phenotype to genotype to therapy, and what comes next. Ann Rev Genom Hum Genet 2020;21(1). DOI: 10.1146/annurev-genom-102319-103602

8. Gambardella A., Mazzei R., Toscano A. et al. Spinal muscular atrophy due to an isolated deletion of exon 8 of the telomeric survival motor neuron gene. Ann Neurol 1998;44(5):836–9. DOI: 10.1002/ana.410440522

9. Ottesen E.W., Seo J., Singh N.N. et al. A multilayered control of the human survival motor neuron gene expression by Alu elements. Front Microbiol 2017;8:2252. DOI: 10.3389/fmicb.2017.02252

10. Jedličková I., Přistoupilová A., Nosková L. et al. Spinal muscular atrophy caused by a novel Alu‐mediated deletion of exons 2a‐5 in SMN1 undetectable with routine genetic testing. Mol Genet Genomic Med 2020. DOI: 10.1002/mgg3.1238

11. Singh R.N., Singh N.N. Mechanism of splicing regulation of spinal muscular atrophy genes. Adv Neurobiol 2018;20:31–61. DOI: 10.1007/978-3-319-89689-2_2

12. Mercer J.M. Unequal crossing over. Ref Mod Life Sci 2017. DOI: 10.1016/b978-0-12-809633-8.07324-6

13. Stabley D.L., Holbrook J., Scavina M. et al. Detection of SMN1 to SMN2 gene conversion events and partial SMN1 gene deletions using array digital PCR. Neurogenetics 2021;22(1):53–64. DOI: 10.1007/s10048-020-00630-5

14. Hahnen E., Schönling J., Rudnik-Schöneborn S. et al. Hybrid survival motor neuron genes in patients with autosomal recessive spinal muscular atrophy: new insights into molecular mechanisms responsible for the disease. Am J Hum Genet 1996;59(5):1057–65.

15. Ogino S., Gao S., Leonard D.G. et al. Inverse correlation between SMN1 and SMN2 copy numbers: evidence for gene conversion from SMN2 to SMN1. Eur J Hum Genet 2003;11(3):275–7. DOI:10.1038/sj.ejhg.5200957

16. Qu Y., Bai J., Cao Y. et al. Mutation spectrum of the survival of motor neuron 1 and functional analysis of variants in Chinese spinal muscular atrophy. J Molec Diagnostics 2016;18(5):741–52. DOI: 10.1016/j.jmoldx.2016.05.004

17. Kubo Y., Nishio H., Saito K. A new method for SMN1 and hybrid SMN gene analysis in spinal muscular atrophy using long-range PCR followed by sequencing. J Hum Genet 2015;60:233–9. DOI: 10.1038/jhg.2015.16

18. Wadman R.I., Jansen M.D., Stam M. et al. Intragenic and structural variation in the SMN locus and clinical variability in spinal muscular atrophy. Brain Communications 2020;2(2):1–13. DOI: 10.1093/braincomms/fcaa075

19. Niba E.T.E., Nishio H., Wijaya Y.O.S. et al. Clinical phenotypes of spinal muscular atrophy patients with hybrid SMN gene. Brain Develop 2020. DOI: 10.1016/j.braindev.2020.09.005

20. Fang P., Li L., Zeng J. et al. Molecular characterization and copy number of SMN1, SMN2 and NAIP in Chinese patients with spinal muscular atrophy and unrelated healthy controls. BMC Musculoskel Disord 2015;16(1). DOI: 10.1186/s12891-015-0457-x

21. Wang X.B., Cui N.H., Gao J.J. et al. SMN1 duplications contribute to sporadic amyotrophic lateral sclerosis susceptibility: Evidence from a meta-analysis. Jl Neurol Sci 2014;340(1–2):63–8. DOI: 10.1016/j.jns.2014.02.026

22. Darras B.T. More can be less: SMN1 gene duplications are associated with sporadic ALS. Neurology 2012;78(11):770, 771. DOI: 10.1212/wnl.0b013e318249f754