SETD2基因和自闭症

椰菜君有个科普自闭症相关基因的计划,也写了几篇文字,无奈精力和能力有限——Sfari自闭症基因项目列出的“头等嫌疑犯”现在有144个之多,真是力有不逮。幸而时不时有家长不弃椰菜君浅陋,慨然示以基因检测结果并许可使用,因而有机会能够做一下数据挖掘,逐步实现这个小梦想。

家长这次提供的基因检测数据一同既往,是非常简单的:

约20000个基因的外显子测序

孩子的SETD2基因含一个错义突变Ser381Ala

孩子是杂合子 

孩子父亲携带同样突变,也是杂合子

孩子母亲不携带这个突变,是纯合子

先解释一下里面的基本术语。

“外显子测序”以前有文章讲过,网上也有极多的内容,这里就不再重复,不过请记住这种测序方式只能发现一部分基因突变。

“错义突变”是指基因上的突变导致对应蛋白质里面,有一个氨基酸被改变了,在上面这个数据里面,是SETD2基因对应的同名蛋白质的第381号氨基酸,从丝氨酸变成了丙氨酸。至于这种改变的后果,需要具体问题具体分析。

“杂合子”和“纯合子”略复杂些。人的基因有两套,分别来自父母,所以同一个基因有两份“原始文件”。如果某人两份“原始文件”的同一个基因相符,那么他就是“纯合子”,反之就是“杂合子”。这个数据里面,孩子和父亲两人,他们各自的两套SETD2基因中,有一套携带这个Ser381Ala突变,另一套没有携带,因此是“杂合子”;母亲的两套SETD2基因都不携带这个Ser381Ala突变,因此是“纯合子”。

然后我们着重看一下SETD2基因。

SETD2代表的是SET domain containing 2。当然,这是一个奇怪的名字,直译是“第2个含有SET这个东东的东东”。。。

可见最早发现这个基因(或蛋白质)的人内心是多么绝望——发现是有了,但它是做啥的啊!!!俺怎么发大文章啊!!!

当然我们不需要消耗自己的脑细胞去思考这个问题。SETD2基因编码的SETD2蛋白,是一种组蛋白甲基转移酶,主要功能是给染色体的组蛋白H3上面的第36号赖氨酸的尾巴添上三个小小的甲基。

确实。。。。

尽量简单点,不去扯生物学基本知识。这么理解一下,你——细胞,拿到一本厚厚的禁书——染色体,你很想直接翻到要紧的所在;但是老师说,我已经和班干部——组蛋白修饰酶,有很多个,授权了,只有他们划线的页面——基因,你才能读。

SETD2蛋白就是班干部之一,专门在老师告诉他的那个地方——组蛋白H3的第36号赖氨酸的尾巴上,做特殊标记——加三个甲基,并且它是目前已知唯一一个有这本事的蛋白质。

SETD2蛋白不见得位高权重,但还是手握一些实权的。如果你不相信课代表也是干部,只管个收作业,你可以得罪一下试试。没了课代表你的作业就到不了老师那里,你就没了平时成绩,最后就会考试不及格,就会毕不了业,就会找不到好工作,就会娶不到老婆,就会没有后代,后果很严重。。。事实上,研究已经表明,如果老鼠的两套SETD2基因都出了问题,彻底没了正常的SETD2蛋白,老鼠是不会死,但胎鼠会死。

因此,SETD2基因出了问题,后果是广泛和深远的,包括但远远不限于自闭症。

就在不久以前,2019年10月,Journal of Medical Genetics(《医学遗传学杂志》)上发表了美、法研究者的一篇论文,其中汇总了目前已知的13位SETD2基因突变携带者的情况——是的,很罕见,班干部的的确确是干部,正好可以窃拿来充实本文。

上面这根柱子是SETD2蛋白的示意图,实际情况可是复杂得太多了,但是现在还用不着管那么多。中间黄色标记了SET的那段,就是这个蛋白是实际工作部位,也就是它得名的缘故。

13位患者携带的突变各不相同。图中黄色三角代表的是前面提到过的“错义突变”,也就是蛋白质里面有一个氨基酸被替换成另外一种;红色圆点代表的是另一种”移码突变“,其结果是蛋白质从这个突变点之后,没了。绿色条带,代表支持本文是那位家长所发现的突变的位置。

患者编号    年龄    性别    自闭症    智力障碍    来源

12    3    女    未知    轻微    未知

2    4    男    是    中度    父系

3    4.5    男    是    是    新生

4    15    女    是    中度    新生

5    3    女    未知    否    未知

6    12    男    未知    中度    新生

7    10    女    是    未知    新生

8    8    男    是    严重    新生

9    23    女    是    是    新生

10    13    男    是    否    新生

11    10    男    是    轻度    新生

12    5.7    女    否    中度    未知

13    26    男    未知    轻度    新生

从上述简表可以看出,根据目前收集到的这13例患者数据,绝大部分突变都是新生突变——不是从父母那里获得的;依据自闭症和智力障碍的出现比例(8/9,10/12),可以认为SETD2基因突变和这两者确实有非常密切的关联。这也是Sfari自闭症基因项目将之列“头等嫌疑犯”的原因。

但是,SETD2基因具体突变位置和后果之间,似乎看不出(至少椰菜君看不出)什么具体规律。

比如,5号、10号患者都没有智力障碍的症状,但10号患者携带的是一个“错义突变”并且出现在蛋白质的端部,远离功能区;一般来说这样的突变对整个蛋白质的功能不会有太多影响;然而5号患者携带的却是一个”移码突变“,导致蛋白质不单是黄瓜打锣去了一半,打去的还是最重要的功能区。而8号患者呢,也是携带一个”移码突变“,保留的部分比5号的还长不少,却表现为重度智力障碍,真是教人从何说起。不过毫无疑问的是,所有13位携带突变患者,都表现有神经发育方面的症状。

除读者最关心的自闭症和智力障碍两种症状外,该文也根据患者外部症状统计,提出SETD2基因突变携带者可表现为“过度生长综合征”,表现在除了体重偏高外,几乎所有患者都有大头畸形(即一个人的头围超过其同龄人平均水平两个以上标准偏差, 或头围大于98%的同龄人头围。) 另外,语言发育迟缓也是一个相当普遍的现象。

最后讨论一下在这位家长提供的病例中,父亲和孩子都有一套SETD2基因携带突变,父亲一切正常而孩子却表现出症状的可能原因。(假设只携带所测出的SETD2基因突变,没有其它基因的问题,并且上文所述症状确实是SETD2基因突变所引起的)。

首先,一个人至少得有一套正常的SETD2基因。前面已经说过,如果一套正常的SETD2基因也没有,胎鼠是不可能发育的。因此,无论是这13位患者也好,还是这里的孩子和父亲也好,既然正常出生,起码都有一套SETD2基因是正常的。

其次,研究表明,只有一套正常的SETD2基因可能是不够的。这点听起来有些奇怪,因为绝大多数基因只需要一套,不论是从爹那里得到的还是从妈那里得到的,就足够了。但事实上确实有一些基因,如果只有一套的话,制造的蛋白质不敷使用,就会导致疾病。因此,上述13位患者,虽然有一套正常的SETD2基因,仍旧或多或少表现出一些症状。

第三,SETD2基因是参与控制整个染色体的,和之前讨论过的DEAF1基因(产物是一种转录因子)一样,由于牵扯面很广,因此必须受到非常复杂的管制。不同的人,这种管制可以有相当大的不同;因此同是携带一套正常基因一套突变基因,不同的人也可能会有非常不同的结果。也就是说,“或多”可以多到患病,“或少”可以少到完全正常。当然,这是椰菜君的个人看法,还望专业人士指正。

参考文献

SETD2 related overgrowth syndrome: Presentation of four new patients and review of the literature. Am J Med Genet C Semin Med Genet. 2019 Dec;181(4):509-518. 

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