一项新研究发现,部分局灶性癫痫病例可以追溯到大脑中的嵌合突变,这种突变是由母体减数分裂过程中1号染色体1q臂上的拷贝数改变引起的。令人惊讶的是,其他组织类型会在胚胎发育阶段对这些突变进行修复,这与在发育阶段出现的体细胞嵌合突变形成鲜明对比。
这篇题为“Post-zygotic rescue of meiotic errors causes brain mosaicism and focal epilepsy”的论文于10月23日发表在《Nature Genetics》杂志上。全美儿童医院和俄亥俄州立大学的Tracy Bedrosian以及北卡罗来纳大学教堂山分校的Erin Heinzen是本文的共同通讯作者。
大约三分之一的癫痫患儿会出现耐药性发作,这极大地影响了他们的生活质量、安全和发育。“我们的目标是研究耐药性癫痫的遗传原因,以便在未来的研究能够开发出更有效的治疗方法,”Tracy Bedrosian博士说。
研究人员从196例局灶性癫痫和脑畸形患者入手,重点研究了6例接受癫痫手术的儿科患者,年龄在2个月到7个月之间。这些患儿具有婴儿痉挛、早发性癫痫、神经发育迟缓和皮质发育不良等共同症状。
他们对大脑、血液和口腔样本进行外显子组测序、荧光原位杂交和单细胞全基因组测序,随后开展了结构分析,包括光学基因组图谱绘制和长读长测序。与正常组织相比,脑组织中的一些细胞(包括星形胶质细胞)携带额外的1q染色体拷贝。血液细胞和口腔细胞中则没有任何携带额外拷贝的细胞。
值得注意的是,研究人员还发现携带额外1q的星形胶质细胞表现出不同的基因表达特征和组织病理学差异,比如透明包涵体。这一证据支持癫痫患者的1q染色体增益与星形胶质细胞包涵体之间存在关联。
“从实际的角度来看,在局灶性癫痫的神经外科病例中,我们看到了某些组织病理学迹象,即透明的星形细胞包涵体,我们怀疑潜在的遗传病因是1q染色体增益,”Bedrosian博士说,他也是俄亥俄州立大学医学院的儿科助理教授。
令人惊讶的是,1q染色体增益在某些患者中是遗传的。分析显示,在6名患者中,有5名患者的额外染色体拷贝来自母亲,也就是说,它们是因卵子形成的减数分裂过程中的错误而出现的。在胚胎或胎儿发育期间,大多数组织(血液和口腔)的细胞修复机制纠正了这一错误,但并非所有脑细胞都如此。
这项研究的第一作者、基因组医学研究所的首席研究员Katherine Miller博士指出了这一发现的独特性。“我们能够对母亲的血液进行遗传分析,然后确认额外的染色体物质实际上是遗传的,这表明体细胞嵌合是由一种复杂的遗传现象引起的,”她说。
通常情况下,嵌合现象被认为是胎儿发育过程中遗传物质变化的结果。然而,这些数据证明了大脑染色体嵌合体的另一种机制——拷贝数的增加是由于减数分裂错误而遗传的。在胎儿发育过程中,这些拷贝数的增加在其他细胞系中被纠正,因此在血液和口腔细胞中检测不到。
“认识到嵌合体的减数分裂起源对于遗传咨询和复发风险也很重要,”Bedrosian博士说。“如果染色体增益发生在其他组织中,患者可能面临更高的癌症风险。此外,母亲未来的怀孕也可能受到影响。”