ZFHX3介导的脊髓小脑性共济失调4型在美国未确诊共济失调队列中的频率

Frequency of ZFHX3-Mediated Spinocerebellar Ataxia 4 in a US Undiagnosed Ataxia Cohort

作者信息Annie Chen, Udbhav Avadhani, Kathie Ngo, Rosario I Corona, George de V Carvalho Neto, Karla P Figueroa, Undiagnosed Diseases Network, Susan Perlman, Stefan M Pulst, Stanley F Nelson, Darice Wong, Brent L Fogel
PMID42236257
发布时间2026-06-03
DOI10.1002/mds.70387

实验完整度

高

包含患者队列筛查、PCR检测、长读长测序验证、单倍型分析及生物信息学验证等多个独立证据层级。

主要模型

687例未确诊共济失调患者(UCLA Ataxia Center) 三个SCA4家族患者及其家系成员 Undiagnosed Diseases Network(UDN)数据库中的708例共济失调患者 对照DNA样本(21、54、71重复)

重点核对

PCR扩增ZFHX3 GGC重复区域,使用侧翼FAM标记引物。 片段分析确定重复大小,线性相关R²=0.9999。 ONT长读长测序正交确认重复大小和序列完整性。 14个SNP单倍型分析确认瑞典祖先。 至少两轮PCR筛查确认扩增存在与否。

摘要

背景:脊髓小脑性共济失调4型(SCA4)是一种由ZFHX3基因外显子GGC重复扩增引起的晚发型显性共济失调伴神经病,被认为起源于瑞典奠基者事件。富含GC的扩增具有高度热力学稳定性,对标准临床基因检测方法构成挑战。开发高通量、相对廉价的检测方法将有利于临床诊断检测和大规模研究应用。目的:使用经济高效的高通量聚合酶链反应(PCR)测定,我们评估了未确诊美国共济失调队列中SCA4重复扩增的频率。方法:在优化的PCR条件下,使用侧翼于ZFHX3重复区域的引物,评估687例未确诊共济失调患者的GGC重复扩增。重复大小通过片段分析确定,并用长读长测序(Oxford Nanopore Technologies)正交确认。结果:我们在三个患有小脑性共济失调和感觉/自主神经病的家族中鉴定出致病性SCA4扩增。通过先前与ZFHX3扩增相关的14个单核苷酸多态性(SNP)的综合单倍型分析,确认致病等位基因来自瑞典血统。两个家族携带全部14个SNP,提示这可能代表一个祖先单倍型。利用所有已报道患者中存在的最小单倍型,我们对852名额外的受试者进行了生物信息学评估,总共筛查了1539人,但未发现额外的SCA4患者。结论:使用高通量、经济高效的PCR测定,我们在一个大型美国共济失调队列中识别出三个SCA4家族。单倍型分析支持一个共同的瑞典奠基者等位基因,与先前报道的SCA4病例一致。建议对所有瑞典血统的未确诊共济失调患者进行SCA4诊断检测。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
在未确诊的美国共济失调队列中,ZFHX3 GGC重复扩增导致的SCA4频率如何?
核心机制
ZFHX3基因外显子GGC重复扩增(>40重复)导致脊髓小脑性共济失调4型,伴感觉和自主神经病。
主要证据
在687例未确诊共济失调患者中,PCR检测发现3例(0.44%)携带ZFHX3重复扩增,经ONT长读长测序确认,重复范围51-74。单倍型分析显示所有三个家族具有瑞典祖先单倍型。
研究意义
SCA4在瑞典血统的未确诊共济失调患者中并不像最初认为的那样罕见,建议对该人群进行SCA4诊断检测。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

患者队列建立与DNA提取

获取未确诊共济失调患者样本用于遗传筛查。

从UCLA Ataxia Center招募1999-2025年间的未确诊共济失调患者,排除常见获得性和遗传性共济失调,提取外周血或唾液基因组DNA。

2

PCR扩增与片段分析

检测ZFHX3 GGC重复扩增并确定重复大小。

使用侧翼FAM标记引物在优化条件下扩增ZFHX3重复区域,通过毛细管电泳片段分析确定扩增子大小。

3

长读长测序正交验证

确认PCR检测的重复扩增并精确确定重复长度。

使用ONT长读长测序对PCR产物进行测序,验证重复大小和序列完整性。

4

单倍型与亲缘关系分析

确定扩增等位基因的祖先来源和家族关系。

对14个与ZFHX3扩增相关的SNP进行基因分型,使用GenoTools推断祖先,VCFtools分析亲缘关系。

5

生物信息学筛查额外患者

在更大队列中筛查SCA4候选者。

使用WES数据筛查6个编码SNP,使用WGS数据筛查14个SNP,分析UDN数据库中708例共济失调患者。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Gentra Puregene血液试剂盒Qiagen--
Phusion Flash高保真PCR预混液Thermo Fisher Scientific--
甜菜碱Sigma-Aldrich--
Biorad C1000 Touch热循环仪Biorad--
3730xl DNA分析仪Applied Biosystems--
GSLiz600大小标准----
Peak Scanner 2.0版Applied Biosystems--
Native Barcoding Kit 96 V14Oxford Nanopore Technologies--
MinION R10.4.1流动池Oxford Nanopore Technologies--
GridIONOxford Nanopore Technologies--
PacBio RevioPacific Bioscience--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
PCR扩增与片段分析
PCR反应体系:1X Phusion Flash Master Mix、0.33 μM each primer、50-100 ng/μL DNA、2.2 M betaine;PCR条件:100°C 3分30秒、35循环(100°C 2分钟、61.9°C 30秒、72°C 40秒)、72°C 1分钟。
阅读提示:Methods中PCR Amplification and Fragment Analysis小节
患者队列
687例未确诊共济失调先证者,排除常见遗传性共济失调,DNA来源为外周血或唾液。
阅读提示:Methods中Patients小节及Results第一段
长读长测序验证
ONT Native Barcoding Kit 96 V14、MinION R10.4.1 flow cell、GridION平台;PacBio Revio用于家族2。
阅读提示:Methods中DNA Sequencing小节
单倍型分析
14个SNP的基因分型,使用WES/WGS或ONT扩增子测序;祖先推断使用GenoTools;亲缘关系使用VCFtools。
阅读提示:Methods中Haplotype and Kinship Analysis小节及Figure 3
对照DNA与重复大小确定
对照DNA含21、54、71重复;片段分析使用GSLiz600标准;线性相关R²=0.9999;每板双份对照。
阅读提示:Methods中PCR Amplification and Fragment Analysis小节