论文解读｜孔祥东教授团队揭示GTPBP3对调节细胞呼吸与线粒体蛋白质的正常生物学功能至关重要

联合氧化磷酸化缺陷症23型（Combined Oxidative Phosphorylation Deficiency 23，COXPD23，MIM^#：616198）是一种罕见的常染色体隐性线粒体疾病，以儿童早期肥厚性心肌病（Hypertrophic Cardiomyopathy，HCM）和/或神经症状为特征，其疾病严重程度可变，从婴儿早期死亡至生存期二十年不等。主要临床症状包括肌张力减退、精神运动发育迟缓、乳酸酸中毒以及基底节、丘脑和脑干异常等。COXPD23由GTP结合蛋白3（GTP binding protein 3，GTPBP3，OMIM*：608536）基因纯合变异或复合杂合变异引起。除与COXPD23相关外，GTPBP3基因变异还与与其他疾病，如Leigh综合征、精神分裂症与耳聋等密切相关。

近期，来自郑州大学第一附属医院遗传与产前诊断中心的孔祥东教授课题组在本刊在线发表题为“Mutations in GTPBP3 cause aberrant mitochondrial respiration associated with combined oxidative phosphorylation deficiency 23”的研究论文，深入探讨了GTPBP3基因变异如何影响细胞呼吸与线粒体蛋白质的正常生物学功能。

1. 研究对象

本研究选择了两例临床症状较为复杂的患儿作为研究对象：

患儿1#：男，年龄6个月18天，主要临床症状包括精神不振、抽搐、血清乳酸升高、肝功能衰竭、低钾血症、心肌损伤与中度贫血等。患儿1#的姐姐（Ⅱ1）于11年前去世，遗传学因素未被明确。患儿1#与其姐姐临床症状上存在相似与不同之处。相似之处包括：1）妊娠周期均低于平均妊娠周期，2）整体发育迟缓。不同之处包括：1）姐姐出生后进食困难，3个月时无法独立抬头（可能由于张力减退），大运动能力完全未发育；2）患儿1#可独立抬头、翻身，但出现不明原因的精神不振与进食困难。患儿1#最终因多脏器衰竭于2019年6月30日去世。其家系图见图1A。

患儿2#：男，年龄1个月6天，主要临床症状包括严重肺炎、（上）腭裂、先天性喉软骨软化、呼吸衰竭和房间隔缺损（Atrial Septal Defect，ASD）等。患儿2#在2022年3月19日于本院行腭裂修复手术，手术后效果良好。其家系图见图1C。

2. 全外显子组测序（whole exome sequncing，WES）技术初步明确两例患儿遗传学因素

采用WES技术初步解析两例患儿的遗传学因素。结果显示，患儿1#携带GTPBP3基因（NM_133644.4）c.785A>C（p.Q262P）和c.872A>T（p.N291I）复合杂合变异，分别为母源变异与父源变异（图1B）；患儿2#携带GTPBP3基因c.566G>A（p.R189H）和c.1528G>C（p.E510Q）复合杂合变异，分别为父源变异与母源变异（图1D）。其中，c.785A>C（p.Q262P）已有报道，其余3个变异为本研究的新发现。根据美国医学遗传学和基因组学会（American College of Medical Genetics and Genomics，ACMG）指南，GTPBP3基因的4个变异均被评级为意义未明（Variant of Uncertain Significance，VUS）：c.785A>C（p.Q262P）（PS4_Supporting+PM1+PM2_Supporting）、c.872A>T（p.N291I）（PM1+PM2_Supporting+PP3）、c.566G>A（p.R189H）（PM1+PM2_Supporting）、c.1528G>C（p.E510Q）（PM2_Supporting+PM1）。

3. 功能学实验证实GTPBP3的4个变异可不同程度破坏GTPBP3调节细胞呼吸与线粒体蛋白质的正常生物学功能

研究团队通过联合生物信息学与一系列细胞及蛋白功能实验，包括CRISPR-Cas9、耗氧率（oxygen consumption rate，OCR）测定及Western Blot等，对GTPBP3基因的4个变异进行了功能学研究。结果证实，这4个变异可在不同程度破坏GTPBP3调节细胞呼吸与线粒体蛋白质的正常生物学功能（图1E–1P）。因此，根据ACMG指南，研究团队对GTPBP3基因的4个变异的致病性评级进行了重新评估：c.785A>C（p.Q262P）（Pathogenic，PS4_Supporting+PS3_Supporting+PM1+PM2_Supporting）、c.872A>T（p.N291I）（Likely Pathogenic，PS3_Supporting+PM1+PM2_Supporting+PP3）、c.566G>A（p.R189H）（Likely Pathogenic，PS3_Supporting+PM1+PM2_Supporting）、c.1528G>C（p.E510Q）（Likely Pathogenic，PS3_Supporting+PM2_Supporting+PM1）。 

图1. GTPBP3基因变异在不同程度破坏GTPBP3调节细胞呼吸与线粒体蛋白质的正常生物学功能。

4. 总结

本研究成果将为COXPD23患者的遗传学分子诊断与遗传咨询提供更多信息，进一步拓宽GTPBP3基因遗传变异图谱，并为患儿母亲产前诊断提供准确的遗传学基础。此外，在临床实践过程中，WES仍是解决复杂临床问题和提供相对准确的基因诊断的首选方法。更为重要的是，当候选基因变异的致病性被评级为VUS，但与患者的临床表型较为一致时，建议适当地进行功能学研究，对候选基因变异的致病性进行重分类。

文章来源

免费全文下载链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352304224000291

引用这篇文章：

Li Q, Yang Y, Li R, et al. Mutations in GTPBP3 cause aberrant mitochondrial respiration associated with combined oxidative phosphorylation deficiency 23. Genes Dis. In press.