高度近视与神经精神障碍相互作用基因的筛选

临床研究已经证明了高度近视(HM)和神经精神障碍之间的关联；然而，这种联系的潜在机制还不清楚。我们使用全外显子组测序(WES)结合美国医学遗传学学院(ACMG)公布的遗传变异分类标准和指南以及生物信息学分析来阐明候选基因之间的相互关系。眼病致病基因(45.38%)和神经精神障碍致病基因(22.69%)所占比例最高。根据ACMG指南确定了四个致病基因突变:POLG中的c.164_165insACAGCA和c.C1760T，COL5A1中的c.G1291A和ZNF469中的c.G10242T。发现三个神经精神疾病的致病基因PTPRN2、PCDH15和CDH23位于HM基因座。上述结果表明，这些基因可能在高度近视和神经精神疾病中相互作用。
高度近视(HM)是一种常见的眼科疾病，是一个重要的全球公共卫生问题，尤其是在东南亚。HM通常会导致一系列并发症(如视网膜病变和青光眼)，从而导致失明。因此，在HM的临床治疗过程中，眼部并发症的发展是关键问题，而伴随HM的神经精神障碍往往被忽视。
HM已被证明与多种神经精神障碍有关，如焦虑、抑郁和认知功能障碍。据估计，三分之一的欧洲视力障碍人口受到焦虑或抑郁症状的影响。东亚HM患者中焦虑或抑郁的估计患病率为22.0%至25.9%。在老年人中，近视患者的认知功能障碍患病率是视力正常者的两倍。
双生子和家族聚集性研究表明，HM的发生与遗传因素密切相关。根据全外显子组测序(WES)和其他检测，目前有25个基因座与HM相关(MYP1-MYP3，MYP5-MYP26)。同时，大多数神经精神疾病都有一个重要的遗传因素，遗传率在75%到80%之间10。结合与高度近视和神经精神障碍相关的临床表现，鉴定显示与HM和神经精神障碍相互作用的基因是探索HM患者神经精神疾病病因的遗传机制的潜在方法。在本研究中，我们探索了HM与神经精神基因之间的相互作用，并在中国西北地区83例非综合征型HM患者中鉴定了相互作用的基因。
本研究招募了83例散发性HM患者。从外周血样本中提取基因组DNA。根据以下纳入标准招募患者:(1)屈光不正差于或等于6 D和/或眼轴长度(AL)> 26.00mm；和(2)没有任何其他已知的眼部或全身性疾病。用于全外显子组测序，如前所述。DNA片段的测序在Illumina HiSeq 2000分析仪上进行(每次读数90个循环)。根据制造商的说明，使用Illumina，Inc .的Hiseq2000平台制备和生成Illumina文库。使用基因组分析工具包(GATK)调用一组局部重排、质量控制文本和变体。如前所述，使用Burrows Wheeler比对器-最大精确匹配(BWA-MEM)15将测序读数与人类参考序列(hg19/GRCH37)进行比对。WES导致了30x的平均读取深度。目标区域的平均覆盖率超过95%。
对来自HM患者的WES结果进行如下筛选:(1)在四个主要的人类基因频率数据库(1000G、ExAC、ESP6500和gnomAD)中筛选次要等位基因频率(MAF)低于0.01的突变；(2)保留显示可能被破坏或被三种或更多种病原预测软件破坏的突变；(3)根据美国医学遗传学学会(ACMG)指南，结合患者的临床表型，综合分析患者的强致病性突变。
使用以下工具评估了所有已确定的变体。利用8种生物信息学工具预测基因突变的致病性:SIFT(http://sift.jcvi.Org)、Polyphen2(http://genetics . bwh . Harvard . edu/PP H2/index。Shtml)、LRT(genetics.wustl.edu/jfla)、突变品尝者(https://www . Mutation aster . org/)、突变评估者(mutationassessor.org/r3)、法特姆(fat hmm . bio computer . org . uk)、LR(https://doi . org/10.1093/HMG/DDU 733)、径向SVM(https://doi . org/10.1093/HMG/DDU 733)。使用STRING评估蛋白质相互作用(String:功能蛋白质关联网络(https://string-db.org/))。
共有109个突变被三种或更多种生物信息学工具预测为致病的；其中包括37个尚未报道的新突变和72个罕见突变，本研究中提供的数据集可在在线知识库中找到。一个或多个储存库的名称和登记号可在下面找到:https://doi . org/10.6084/M9 . fig share . 19550926 . v1。其中，HM患者的强致病基因主要分布在9种不同的疾病类型中，占眼病基因比例最高(45.38%)，其次是神经精神疾病(22.69%)。在获得每个疾病相关基因中所有基因的比例后，统计37个新突变和72个罕见突变中各种致病基因的比例。新突变包括18个眼病致病基因(40%)，类似地，在各种疾病相关基因中，眼病基因的罕见突变比例为36 (49%)。综合整体数据和部分数据表明，在具有强致病基因的HM患者中，眼部和神经精神障碍致病基因突变的检出率最高。
与神经精神障碍和高度近视相关的基因在37个新突变和72个致病性强的罕见突变中。高度近视和神经精神障碍的致病基因的蛋白质相互作用分析表明，具有强相互作用的基因包括两个基因簇，其中一个基因簇是SOX5、COL9A1、COL4A5、COL5A1、LTBP2、CYP1B1、TGB 1、ZNF469、MYOF和SLC4A11，COL9A1、COL4A5和COL5A1之间存在直接相互作用。另一个基因簇是PLCH、INPP5E、ar13 b、NPHP3、BBS2、BBS1、BBS9、NPHP1、CEP78、PLK4和C5orf42，ar13 b、NPHP3、BBS2、BBS1和BBS9之间的相互作用最强。这表明这些基因在高度近视或神经精神障碍中并不是单独起作用，而是表现出相互之间的多重相互作用。