四代22个病人患有chr19p13.3连锁的常染色体显性遗传进行性肌病,这种肌病具有独特的病理学特征,包括边缘泛素阳性的自噬囊泡。连锁分析将致病性单倍型定位到5.12Mb的区域,包含164个基因。Sanger测序(24个基因),WES,WGS和骨骼肌RNA-seq都没有找到致病基因。
免疫组化显示患者的囊泡和肌膜下区域FK2和p62/SQSTM1标记物阳性染色,分别对应泛素化蛋白和自噬。染色纤维的数量与临床严重程度相关。为了寻找FK2靶点,作者对囊泡和未受累的肌纤维部分进行定量质谱分析。在700多种已鉴定的蛋白质中,perilipin-4的表达量差异最大,在囊泡中比对照肌纤维高了几乎20倍。Perilipins包裹在脂质滴周围的磷脂单层上并调节后者。所有的5种perilipins都有一个由11个氨基酸组成的两亲性结构域,这个结构域只在perilipin-4中延长了,这个11-mer重复了3次,产生了一个33-mer,依次重复29或31次。Perilipin-4是肌肉中表达最丰富的perilipin,尽管如此,除了降低心脏甘油三酯水平外,其缺失在小鼠中不会导致心脏,骨骼肌或其它系统的损害。
由于PLIN4与连锁区域相匹配,作者重新访问了患者的基因组和转录组数据,并注意到PLIN4外显子3的覆盖率异常增高。
RNA(第1-2行)和基因组(第3-6行)。病人样本在PLIN4外显子3的覆盖出现高峰(第1-4行),而健康对照没有此现象(第5,6行)。
在病人基因组DNA和肌肉RNA中针对这个外显子进行PCR扩增出现了野生型条带和第二条~1000bp的更高条带,第二个条带在未受累亲属和60个对照中没有出现(下图a)。Perilipin-4的两亲31x33-mer结构域由31x99的重复序列编码,这对短读长测序对比到参考基因组是一个计算上的挑战。因此作者使用患者的肌肉RNA扩增cDNA并进行了Nanopore长读长测序,证实了第二个条带是正常的31x99核苷酸扩增到了40x99核苷酸,导致出现了297(9x33)个额外的氨基酸。使用perilipin-4抗体的肌肉提取物westernblot显示病人中存在与基因扩增一致的第二条条带,而对照中没有出现(下图b)。使用同样抗体的免疫组化显示,与对照相比,患者的肌膜下区域和囊泡中perilipin-4阳性显著提升。
包涵体肌病是最常见的肌病,许多包涵体肌病的患者表现出降解积聚物的选择性自噬激活,包括NBR1沉积,这与目前的患者并无不同。由错误折叠蛋白(可能包括perilipin-4)致病的病例比例仍有待确认。
Perilipin-4有与α-突触核蛋白和交换性脂蛋白(ApoA、ApoC和ApoE)相同的两亲结构域。α-突触核蛋白和ApoA1在家族性帕金森病和淀粉样变中的全部已知突变(都是错义突变)都定位于两亲结构域中,并将这些区域的重复螺旋变为淀粉样变性的β折叠。基因组中的重复序列易于扩增。作者第一个报道了在疾病中发现两亲性结构域动态突变扩增致病,而这种扩增只能通过长读长测序发现。