TBX6相关通路基因多水平联合变异导致半椎体畸形的研究

Congenital Scoliosis (CS) is an important deformity of spine, in which hemivertebra deformity is the most common type. Due to lack of early intervention methods and effective etiologic therapies, the pathogenesis and treatment targets are research highlights nowadays. In previous study, we found single nucleotide variations (SNV) of several genes are associated with CS. Recently, we reported the largest CS cohort and revealed a new pathogenic model which is TBX6 copy number variations (CNV) combined with a common hypomorphic allele (a kind of SNV) will lead to hemivertebra deformity. This result was published on the NEW ENGLAND JOURNAL of MEDICINE (NEJM, IF=54.42). However, not all the hemivertebra deformity patients have TBX6 mutation. TBX6 lies in a negative feedback pathway, so the mutations of TBX6 pathway related genes can have the similar effects of TBX6 gene. Therefore we hypothesize that mutations of TBX6 pathway related genes may lead to hemivertebra deformity of CS. In this project, we will focus on TBX6 pathway related genes to identify the pathogenic model and characteristics of hemivertebra caused by mutations of TBX6 pathway related genes.

先天性脊柱侧凸（CS）是一种重要的脊柱畸形，以半椎体畸形最常见。目前缺乏早期预测手段及病因学干预方法，探索其致病机理和病因学治疗靶点是当前研究热点。我团队在前期研究中，发现多个基因单核苷酸变异（SNV）可能与CS相关；近期，报道了最大的一组CS队列，解析了TBX6基因拷贝数变异（CNV）联合亚效等位基因变异（SNV）共同致病的模式，进一步发现具有该变异的患者均表现为半椎体畸形，该成果发表于新英格兰医学杂志（IF=54.42）。但并非所有半椎体畸形者都有TBX6变异，TBX6基因位于一个负反馈调节通路，故TBX6通路相关基因变异可起到与TBX6基因变异相似的作用。由此我们提出：TBX6相关通路基因多水平变异可能导致先天性脊柱侧凸中半椎体畸形这一独特表型。本项目将紧密围绕这一科学假说，拟解析TBX6相关通路基因导致半椎体畸形的致病模式，发现TBX6相关通路基因变异导致半椎体畸形的特点和规律。

本项目完成100例半椎体畸形患者样本采集、筛选工作，通过目标捕获测序技术完成100例半椎体患者TBX6相关通路基因芯片捕获、多重连接探针扩增测序数据解读。在对结果数据进行突变质量控制后，新诊断9例TBX6的CNV+SNP联合变异导致的半椎体畸形；同时发现另一名患者携带RIPPLY2基因的拷贝数重复。同时,我们揭示了TBX6导致先天性脊柱侧凸的蛋白调控网络，探寻TBX6基因missense致病性变异，扩大TBX6相关先天性脊柱畸形突变谱，建立TBX6相关先天性脊柱侧凸预测系统，并利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在动物模型中加以验证。在前期实验基础上，我们申请并被授权了TBX6突变的诊断试剂盒（专利号：ZL 2014 1 0572962.4），并将其融入到临床诊疗流程中，形成针对TACS的精准分子诊断及临床早期干预路径。另外，我们设计了首个基于二代测序的CS分子诊断芯片，所检测基因集包括课题组发现的疾病相关基因、已知综合征以及与脊柱发育相关信号通路的共566个基因。在后期数据处理、建立基因型-临床表型关联分析等过程中，不断实践，研发出较为成熟的个性化数据分析方法。通过大规模患者队列应用，发现该芯片对于16p11.2区域罕见、高致病性CNV及TBX6缺失突变的诊断率为100%，对于CS这一复杂疾病的整体诊断率达到25%。本项目紧密围绕“系统解析遗传因素在先天性脊柱畸形发生、发展中的重要作用”的关键科学问题，以“世界多中心、多人种CVM队列及基因编辑动物”为载体，采用层层递进的研究模式，并与临床表型关联分析，有望揭示更多的导致CVM的致病基因和致病模式。