RU2798695C1 - Method of diagnosing mucopolysaccharidosis-plus syndrome - Google Patents

Method of diagnosing mucopolysaccharidosis-plus syndrome Download PDF

Info

Publication number
RU2798695C1
RU2798695C1 RU2022133049A RU2022133049A RU2798695C1 RU 2798695 C1 RU2798695 C1 RU 2798695C1 RU 2022133049 A RU2022133049 A RU 2022133049A RU 2022133049 A RU2022133049 A RU 2022133049A RU 2798695 C1 RU2798695 C1 RU 2798695C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gene
vps33a
rox
fam
mutant
Prior art date
Application number
RU2022133049A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Филипп Филиппович Васильев
Надежда Романовна Максимова
Айталина Лукична Сухомясова
Сайына Николаевна Новгородова
Елизавета Егоровна Гуринова
Светлана Кимовна Степанова
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2798695C1 publication Critical patent/RU2798695C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine; clinical laboratory diagnostics.
SUBSTANCE: invention can be used to diagnose the carriage of the mutant VPS33A gene with the c.1492C>T mutation leading to the development of mucopolysaccharidosis-plus syndrome with autosomal recessive inheritance in the Yakut population. DNA extraction is carried out. Polymerase chain reaction with fluorescent detection using a pair of primers and hydrolysis probes is conducted. The mutant type c.1492T in the VPS33A gene is diagnosed by the presence of a fluorescence signal through the FAM channel, the wild type c.1492C is diagnosed through the ROX channel, and the carriage of the mutant gene in the heterozygous state is diagnosed through the ROX and FAM channels.
EFFECT: method provides improved accuracy of c.1492C>T mutation detection in exon 12 of VPS33A gene, high sensitivity and specificity at a low cost of research, as well as increasing the availability of such studies through the use of two pairs of primers and hydrolysis probes labeled with fluorescent dyes ROX and FAM.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области медицины и молекулярной биологии и может быть использовано для диагностики наследственного заболевания, а именно, мукополисахаридоз-плюс синдром (МПСПС). The invention relates to the field of medicine and molecular biology and can be used to diagnose a hereditary disease, namely, mucopolysaccharidosis-plus syndrome (MSPS).

Мукополисахаридозы (МПС) - это группа наследственных болезней обмена веществ, относящихся к лизосомным болезням накопления и связанных с дефицитом ферментов, ответственных за расщепление гликозаминогликанов (ГАГ) (см. Sun, M. Lysosomal storage disease overview / M. Sun // Ann Transl Med. - 2018. - Vol. 6, N 24. - P.476). Ранее в Республике Саха (Якутия) (Российская Федерация) была выявлена группа детей с МПС-подобным фенотипом. Все они были из якутских семей. Особенностями данных детей было наличие частых респираторных заболеваний, ранняя младенческая смертность, наличие ГАГ в моче, но при этом отсутствие снижения активности лизосомальных ферментов.Mucopolysaccharidoses (MPS) are a group of hereditary metabolic diseases related to lysosomal storage diseases and associated with a deficiency of enzymes responsible for the breakdown of glycosaminoglycans (GAGs) (see Sun, M. Lysosomal storage disease overview / M. Sun // Ann Transl Med - 2018. - Vol. 6, N 24. - P.476). Previously, a group of children with an MPS-like phenotype was identified in the Republic of Sakha (Yakutia) (Russian Federation). All of them were from Yakut families. The features of these children were the presence of frequent respiratory diseases, early infant mortality, the presence of GAG in the urine, but the absence of a decrease in the activity of lysosomal enzymes.

Проведенное научное исследование позволило выявить новое, не описанное ранее заболевание из группы наследственных болезней обмена с аутосомно-рецессивным типом наследования - МПСПС. Впервые были описаны клинические проявления нового тяжелого наследственного заболевания, приводящего к смертности в раннем детском возрасте (см. Gurinova, E.E., Maksimova, N.R., Sukhomyasova, A.L. Clinical Description of a Rare Autosomal Recessive Syndrome in the Yakut Children / E.E. Gurinova, N.R. Maksimova, A.L. Sukhomyasova // YMJ. - 2014. - Vol. 2. - P. 14-18). У детей с МПСПС наблюдаются грубые черты лица, скелетные аномалии, поражение сердца, контрактура суставов, отставание в психомоторном развитии. Заболевание названо как «плюс» в виду того, что помимо клинической картины МПС, у больных МПСПС наблюдаются дополнительные нарушения со стороны почек и гемопоэтической системы. К текущему времени лечение отсутствует. Прогноз неблагоприятный, большинство пациентов МПСПС умерло от кардиореспираторной недостаточности. Средняя продолжительность жизни пациентов с МПСПС составляет всего 20 месяцев (см. Vasilev, F., Sukhomyasova, A., Otomo, T. Mucopolysaccharidosis-Plus Syndrome / F. Vasilev, A. Sukhomyasova, T. Otomo // Int J Mol Sci. - 2020. - Vol. 21, N 2. - P. 421). В результате проведенного полноэкзомного секвенирования была установлена единственная молекулярно-генетическая причина заболевания - мутация c.1492C>T (p.R498W, rs767748011) в гене VPS33A (vacuolar protein sorting 33A) (см. Mutation in VPS33A affects metabolism of glycosaminoglycans: a new type of mucopolysaccharidosis with severe systemic symptoms / H. Kondo, N. Maksimova, T. Otomo et al. // Hum Mol Genet. - 2017. - Vol. 26. - P. 173-183). Заболевание было включено в международную базу данных наследственных заболеваний OMIM (#617303) в 2017 году.The conducted scientific research allowed to identify a new, previously not described disease from the group of hereditary metabolic diseases with an autosomal recessive type of inheritance - MSPS. For the first time, clinical manifestations of a new severe hereditary disease leading to mortality in early childhood were described (see Gurinova, E.E., Maksimova, N.R., Sukhomyasova, A.L. Clinical Description of a Rare Autosomal Recessive Syndrome in the Yakut Children / E.E. Gurinova, N.R. Maksimova, A.L. Sukhomyasova // YMJ. - 2014. - Vol. 2. - P. 14-18). Children with MPSS have coarse facial features, skeletal anomalies, heart damage, joint contracture, and psychomotor retardation. The disease is named as a "plus" in view of the fact that in addition to the clinical picture of MPS, patients with MPPS have additional disorders of the kidneys and the hematopoietic system. To date, there is no treatment. The prognosis is unfavorable, most of the MPSPS patients died of cardiorespiratory failure. The average life expectancy of patients with MPSPS is only 20 months (see Vasilev, F., Sukhomyasova, A., Otomo, T. Mucopolysaccharidosis-Plus Syndrome / F. Vasilev, A. Sukhomyasova, T. Otomo // Int J Mol Sci. - 2020. - Vol. 21, N 2. - P. 421). As a result of whole exome sequencing, the only molecular genetic cause of the disease was established - the c.1492C>T (p.R498W, rs767748011) mutation in the VPS33A gene (vacuolar protein sorting 33A) (see Mutation in VPS33A affects metabolism of glycosaminoglycans: a new type of mucopolysaccharidosis with severe systemic symptoms / H. Kondo, N. Maksimova, T. Otomo et al. // Hum Mol Genet. - 2017. - Vol. 26. - P. 173-183). The disease was included in the international database of hereditary diseases OMIM (#617303) in 2017.

Белок Vps33p впервые был описан у дрожжей Saccharomyces cerevisiae (см. Morphological classification of the yeast vacuolar protein sorting mutants: Evidence for a prevacuolar compartment in class E vps mutants / C.K. Raymond, I. Howald-Stevenson, C.A. Vater et al. // Mol Biol Cell. - 1992. - Vol. 3. - P. 1389-1402). Было показано, что Vps33p у дрожжей участвует в вакуолярном биогенезе и транспорте белков из аппарата Гольджи в вакуоли (см. Class C Vps protein complex regulates vacuolar SNARE pairing and is required for vesicle docking/fusion / T.K. Sato, P. Rehling, M.R. Peterson et al. // Mol Cell. - 2000. -Vol. 6. - P. 66-71). У многоклеточных белок VPS33 имеет два гомолога: VPS33A и VPS33B, они идентичны между собой на 30% (см. Comparative evolutionary analysis of VPS33 homologues: Genetic and functional insights / P. Gissen, C.A. Johnson, D. Gentle et al. // Hum Mol Genet. - 2005. - Vol. 14. - P. 1261-1270). Функцией белка VPS33A является Rab-опосредованное связывание и последующее слияние ранних эндосом посредством комплекса CORVET (class C core vacuole/endosome tethering) и поздних эндосом с лизосомами через комплексы HOPS (homotypic fusion and protein sorting complex) (см. Marks, M.S., Heijnen H.F., Raposo, G. Lysosome-related organelles: Unusual compartments become mainstream / M.S. Marks, H.F. Heijnen, G. Raposo // Curr Opin Cell Biol. - 2013. - Vol. 25. - P. 495-505). Белок VPS33A является основной субъединицей данных комплексов. Оба комплекса представляют собой гетерогексамеры и состоят из четырех общих субъединиц: VPS33A, VPS11, VPS16, VPS18. Они взаимодействуют с Rab ГТФазами (гуанозинтрифосфатазы) через субъединицы VPS3/VPS8 и VPS39/VPS41 (см. Balderhaar, H.J., Ungermann, C. CORVET and HOPS tethering complexes-coordinators of endosome and lysosome fusion / H.J. Balderhaar, C. Ungermann // J Cell Sci. - 2013. - Vol. 126. - P. 1307-1316). VPS33A также связывается с синтаксином 17 (STX17) и способствует опосредованному SNARE слиянию аутофагосомы с лизосомой (см. The HOPS complex mediates autophagosome-lysosome fusion through interaction with syntaxin 17 / P. Jiang, T. Nishimura, Y. Sakamaki et al. // Mol Biol Cell. - 2014. - Vol. 25. - P. 1327-1337). Белок VPS33A состоит из 596 аминокислот и имеет молекулярную массу 67,6 кДа. Ген VPS33A кодирует белок VPS33A, состоящий из четырех доменов: 1, 2, 3a и 3b (см. Baker, R.W., Jeffrey, P.D., Hughson, F.M. Crystal Structures of the Sec1/Munc18 (SM) Protein Vps33, Alone and Bound to the Homotypic Fusion and Vacuolar Protein Sorting (HOPS) Subunit Vps16 / R.W. Baker, P.D. Jeffrey, F.M. Hughson // PLoS ONE. - 2013. - Vol. 8. - P. e67409). В настоящее время мутация c.1492C>T в гене VPS33A является единственной причиной, ответственной за развитие МПСПС. Клиническая картина заболевания МПСПС была выявлена только у гомозиготных носителей аллеля c.1492T. В якутской популяции была выявлена экстремально высокая частота данного патогенного варианта (1:81). Предсказательное значение уровня заболеваемости в якутской популяции составило 1:12,000 новорожденных (см. Vasilev, F., Sukhomyasova, A., Otomo, T. Mucopolysaccharidosis-Plus Syndrome / F. Vasilev, A. Sukhomyasova, T. Otomo // Int J Mol Sci. - 2020. - Vol. 21, N 2. - P. 421).The Vps33p protein was first described in the yeast Saccharomyces cerevisiae (see Morphological classification of the yeast vacuolar protein sorting mutants: Evidence for a prevacuolar compartment in class E vps mutants / C.K. Raymond, I. Howald-Stevenson, C.A. Vater et al. // Mol Biol Cell - 1992 - Vol 3 - P 1389-1402). It has been shown that Vps33p in yeast is involved in vacuolar biogenesis and transport of proteins from the Golgi apparatus to the vacuole (see Class C Vps protein complex regulates vacuolar SNARE pairing and is required for vesicle docking/fusion / T.K. Sato, P. Rehling, M.R. Peterson et al. // Mol Cell - 2000. - Vol. 6 - P. 66-71). In multicellular protein VPS33 has two homologues: VPS33A and VPS33B, they are 30% identical to each other (see Comparative evolutionary analysis of VPS33 homologues: Genetic and functional insights / P. Gissen, C.A. Johnson, D. Gentle et al. // Hum Mol Genet. - 2005. - Vol. 14. - P. 1261-1270). The function of the VPS33A protein is Rab-mediated binding and subsequent fusion of early endosomes through the CORVET (class C core vacuole/endosome tethering) complex and late endosomes with lysosomes through the HOPS (homotypic fusion and protein sorting complex) complexes (see Marks, M.S., Heijnen H.F. , Raposo, G. Lysosome-related organelles: Unusual compartments become mainstream / M.S. Marks, H.F. Heijnen, G. Raposo // Curr Opin Cell Biol - 2013. - Vol. 25. - P. 495-505). The VPS33A protein is the main subunit of these complexes. Both complexes are heterohexamers and consist of four common subunits: VPS33A, VPS11, VPS16, VPS18. They interact with Rab GTPases (guanosine triphosphatase) through the VPS3/VPS8 and VPS39/VPS41 subunits (see Balderhaar, H.J., Ungermann, C. CORVET and HOPS tethering complexes-coordinators of endosome and lysosome fusion / H.J. Balderhaar, C. Ungermann // J Cell Sci. - 2013. - Vol. 126. - P. 1307-1316). VPS33A also binds to syntaxin 17 (STX17) and promotes SNARE-mediated autophagosome-lysosome fusion (see The HOPS complex mediates autophagosome-lysosome fusion through interaction with syntaxin 17 / P. Jiang, T. Nishimura, Y. Sakamaki et al. // Mol Biol Cell - 2014 - Vol. 25 - P. 1327-1337). The VPS33A protein consists of 596 amino acids and has a molecular weight of 67.6 kDa. The VPS33A gene encodes the VPS33A protein, which consists of four domains: 1, 2, 3a, and 3b (see Baker, R.W., Jeffrey, P.D., Hughson, F.M. Crystal Structures of the Sec1/Munc18 (SM) Protein Vps33, Alone and Bound to the Homotypic Fusion and Vacuolar Protein Sorting (HOPS) Subunit Vps16 / R. W. Baker, P. D. Jeffrey, F. M. Hughson // PLoS ONE - 2013. - Vol. 8. - P. e67409). Currently, the c.1492C>T mutation in the VPS33A gene is the only cause responsible for the development of MPSPS. The clinical picture of the MPPS disease was detected only in homozygous carriers of the c.1492T allele. In the Yakut population, an extremely high frequency of this pathogenic variant (1:81) was revealed. The predictive value of the incidence rate in the Yakut population was 1:12,000 newborns (see Vasilev, F., Sukhomyasova, A., Otomo, T. Mucopolysaccharidosis-Plus Syndrome / F. Vasilev, A. Sukhomyasova, T. Otomo // Int J Mol Sci. - 2020. - Vol. 21, N 2. - P. 421).

В настоящий момент существует несколько основных способов определения полиморфных вариантов и мутаций: анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ), аллель-специфичная ПЦР, ПЦР с анализом кривых плавления с высоким разрешением (ПЦР-HRM, High Resolution Melt), прямое секвенирование, массовое параллельное секвенирование, гибридизация на олигонуклеотидных матрицах, ПЦР в реальном времени с флуоресцентной детекцией.Currently, there are several main methods for determining polymorphisms and mutations: restriction fragment length polymorphism (RFLP), allele-specific PCR, PCR with analysis of high-resolution melting curves (PCR-HRM, High Resolution Melt), direct sequencing, mass parallel sequencing, hybridization on oligonucleotide matrices, real-time PCR with fluorescence detection.

Методы аллель-специфичной ПЦР и ПЦР-ПДРФ являются классическими, обладают такими достоинствами, как простота и экономичность. Недостатками данных методов являются времязатратность, низкая специфичность, высокий уровень ложноположительных результатов ввиду сопутствующего риска перекрестной контаминации исследуемых образцов.The methods of allele-specific PCR and PCR-RFLP are classical and have such advantages as simplicity and economy. The disadvantages of these methods are time-consuming, low specificity, high level of false positive results due to the accompanying risk of cross-contamination of the studied samples.

Метод ПЦР-HRM основан на проведении амплификации фрагментов ДНК с последующим анализом их кривых плавления с высоким разрешением. Метод экспрессный, дешевый и несложный в исполнении. Недостатком ПЦР-HRM является сравнительно невысокая достоверность результатов исследования из-за возможного влияния полиморфизмов и других мутаций, локализованных в исследуемом локусе, на кривую плавления. Кроме того, не все мутации одинаково эффективны для определения методом ПЦР-HRM, мутации типа C/T и G/A детектируются лучше за счет разницы в водородных связах.The PCR-HRM method is based on the amplification of DNA fragments followed by a high-resolution analysis of their melting curves. The method is express, cheap and easy to perform. The disadvantage of PCR-HRM is the relatively low reliability of the study results due to the possible influence of polymorphisms and other mutations localized in the studied locus on the melting curve. In addition, not all mutations are equally effective for detection by PCR-HRM, mutations of the C/T and G/A types are detected better due to the difference in hydrogen bonds.

Методы прямого секвенирования и массового параллельного секвенирования являются широко распространенными и позволяют получить полную информацию о последовательности ДНК. При этом недостатками известных методов являются трудоемкость, времязатратность, использование дорогостоящего оборудования и расходных материалов, наличие высококвалифицированного персонала. А решение, основанное на гибридизации, используется в высокопроизводительных платформах на основе биологических микрочипов с аллель-специфичными зондами. Известное решение также требует наличия дорогостоящего оборудования и расходных материалов, достаточно сложно в интерпретации.Direct sequencing and mass parallel sequencing methods are widely used and provide complete information about the DNA sequence. At the same time, the disadvantages of the known methods are laboriousness, time-consuming, the use of expensive equipment and consumables, and the presence of highly qualified personnel. And the solution based on hybridization is used in high-throughput platforms based on biological microarrays with allele-specific probes. The known solution also requires expensive equipment and consumables, which is rather difficult to interpret.

Метод ПЦР в реальном времени является самым простым и недорогим решением, и позволяет количественно определять ампликоны непосредственно в процессе ПЦР. Известный метод в течение последних пяти лет успешно применяется в крупнейших диагностических и научно-исследовательских центрах развитых стран мира, благодаря простоте выполнения, высокой надежности получаемых результатов, экономии производственных площадей, уменьшению количества персонала и востребованности количественного определения ДНК/РНК.The real-time PCR method is the simplest and cheapest solution, and allows the quantification of amplicons directly in the PCR process. The well-known method has been successfully used over the past five years in the largest diagnostic and research centers in the developed countries of the world, due to its ease of implementation, high reliability of the results obtained, saving production space, reducing the number of personnel and the demand for DNA/RNA quantification.

Метод ПЦР в реальном времени с использованием аллель-специфичных гидролизных олигонуклеотидных зондов (технология «TaqMan») является признанным стандартом при исследовании ДНК. Технология диагностики основана на использовании линейных олигонуклеотидов (зондов) с флуорофором и гасителем на концах: свечение флуорофора, прикрепившегося к нужному участку ДНК, будет отсутствовать до тех пор, пока ДНК-полимераза не дойдет до места крепления гибридизационного зонда, после чего зонд расщепиться и даст свечение. Расщепление зонда происходит за счет 5`-нуклеазной активности ДНК-полимеразы. Гашение флуоресценции основано на явлении резонансного переноса флуоресцентной энергии (FRET,

Figure 00000001
resonance energy transfer). Методика позволяет добиться высоких показателей чувствительности и специфичности, является универсальной, ее можно применить для диагностики любых полиморфизмов или мутаций.The real-time PCR method using allele-specific hydrolysis oligonucleotide probes (TaqMan technology) is a recognized standard in DNA research. The diagnostic technology is based on the use of linear oligonucleotides (probes) with a fluorophore and a quencher at the ends: the glow of the fluorophore attached to the desired DNA region will be absent until the DNA polymerase reaches the attachment point of the hybridization probe, after which the probe splits and gives glow. Cleavage of the probe occurs due to the 5'-nuclease activity of DNA polymerase. Fluorescence quenching is based on the phenomenon of resonant fluorescent energy transfer (FRET,
Figure 00000001
resonance energy transfer). The technique allows to achieve high sensitivity and specificity, is universal, it can be used to diagnose any polymorphisms or mutations.

При анализе уровня техники также были выявлены изобретения с применением методики ПЦР c флуоресцентной детекцией для диагностики носительства (определения генотипа) других наследственных и мультифакториальных заболеваний, например, см. RU №2304170 (кл. C12Q1/68, опубл. 10.08.2007), RU №2534817 (кл. C12N15/11, опубл. 10.12.2014), RU №2505608 (кл. C12Q1/68, G01N33/50, опубл. 27.01.2014), RU №2556808 (кл. C12Q1/68, опубл. 20.07.2015), RU №2518301 (кл. C12Q1/68, опубл. 10.06.2014), RU №2675324 (кл. G01N33/50, C12Q1/68, опубл. 18.12.2018), RU №2739943 (кл. C12Q1/68, опубл. 30.12.2020), RU №2445368 (кл. C12Q1/68, опубл. 20.03.2012), RU №2631824 (кл. C12Q1/68, опубл. 26.09.2017), RU №2451086 (кл. C12Q1/68, опубл. 20.05.2012). При этом прямых аналогов к способу диагностики МПСПС методом ПЦР из уровня техники не выявлено.When analyzing the state of the art, inventions were also identified using the PCR technique with fluorescent detection for diagnosing the carriage (determining the genotype) of other hereditary and multifactorial diseases, for example, see RU No. 2304170 (class C12Q1 / 68, publ. No. 2534817 (class C12N15/11, published 12/10/2014), RU No. 2505608 (class C12Q1/68, G01N33/50, published 01/27/2014), RU No. 2556808 (class C12Q1/68, published 20.07) .2015), RU No. 2518301 (cl. C12Q1/68, pub. 10.06.2014), RU No. 2675324 (cl. G01N33/50, C12Q1/68, pub. 12.18.2018), RU No. 2739943 (cl. C12Q1/ 68, published 12/30/2020), RU No. 2445368 (class C12Q1/68, published 03/20/2012), RU No. 2631824 (class C12Q1/68, published 09/26/2017), RU No. 2451086 (class C12Q1 /68, published on May 20, 2012). At the same time, direct analogues to the method for diagnosing MPSPS by PCR from the prior art have not been identified.

Задачей заявляемого изобретения является разработка оптимального способа определения генотипа человека по мутации c.1492C>T в 12 экзоне гена VPS33A, ответственного за развитие мукополисахаридоз-плюс синдрома.The objective of the claimed invention is to develop an optimal method for determining the human genotype by the c.1492C>T mutation in exon 12 of the VPS33A gene responsible for the development of mucopolysaccharidosis-plus syndrome.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа и повышение точности определения мутации c.1492C>T в 12 экзоне гена VPS33A, обеспечение высокой чувствительности и специфичности при низкой стоимости исследования, а также повышение доступности подобных исследований, поскольку заявленное решение может быть осуществлено на стандартном известном оборудовании.The technical result of the invention is to simplify the method and increase the accuracy of determining the c.1492C>T mutation in exon 12 of the VPS33A gene, providing high sensitivity and specificity at a low cost of research, as well as increasing the availability of such studies, since the claimed solution can be implemented on standard known equipment.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе, включающем выделение ДНК из лимфоцитов периферической крови, проводится амплификация в смеси Taq-полимеразы, обладающей 5'-экзонуклеазной активностью и двух пар последовательностей олигонуклеотидов (праймеров и гидролизных зондов), помеченных различными флуоресцентными красителями. Флуоресцентные красители ROX и FAM присоединены к нуклеотиду С на 5'-концах гидролизных зондов. Гасители флуоресценции BHQ2 и RTQ1 были присоединены к 3'-концевому нуклеотиду A. Последовательности нуклеотидов гидролизных зондов были подобраны так, чтобы они гибридизовались с внутренним районом продукта амплификации в том участке, где расположена целевая мутация c.1492C>T в гене VPS33A (см. таблицу). Зонд с парой флуоресцентный краситель/гаситель ROX/BHQ2 был комплементарен дикому типу (аллель c.1492C), а FAM/RTQ1 - мутантному (аллель c.1492T). В случае если зонд не гибридизуется в процессе амплификации, то происходит резонансный перенос энергии с возбужденного флуорофора на 5'-конце зонда, на расположенный на его 3'-конце гаситель, в результате чего свечение будет отсутствовать. В случае если зонд будет полностью комплементарен участку ДНК, то произойдет его гибридизация с формированием дуплекса. Данный дуплекс затем будет расщеплен Taq-полимеразой, вследствие чего произойдет удаление друг от друга молекул флуорофора и гасителя. В результате будет наблюдаться увеличение уровня флуоресценции красителя. Измерение интенсивности флуоресценции на длинах волн, соответствующих флуорофорам FAM и ROX, позволит определить генотип исследуемого образца.This technical result is achieved by the fact that in the method, which includes isolation of DNA from peripheral blood lymphocytes, amplification is carried out in a mixture of Taq polymerase with 5'-exonuclease activity and two pairs of oligonucleotide sequences (primers and hydrolysis probes) labeled with various fluorescent dyes. The fluorescent dyes ROX and FAM are attached to the C nucleotide at the 5' ends of the hydrolysis probes. The fluorescence quenchers BHQ2 and RTQ1 were fused to the 3'-terminal nucleotide of A. The nucleotide sequences of the hydrolysis probes were chosen to hybridize to the inner region of the amplification product in the region where the target mutation c.1492C>T in the VPS33A gene is located (see Fig. table). The ROX/BHQ2 fluorescent dye/quencher pair probe was complementary to the wild type (c.1492C allele), and the FAM/RTQ1 probe was complementary to the mutant (c.1492T allele). If the probe does not hybridize during amplification, then a resonant energy transfer occurs from the excited fluorophore at the 5'-end of the probe to the quencher located at its 3'-end, as a result of which there will be no luminescence. If the probe is completely complementary to the DNA segment, then it will hybridize with the formation of a duplex. This duplex will then be cleaved by Taq polymerase, as a result of which the fluorophore and quencher molecules will be separated from each other. As a result, an increase in the fluorescence level of the dye will be observed. Measurement of the fluorescence intensity at wavelengths corresponding to the FAM and ROX fluorophores will make it possible to determine the genotype of the sample under study.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна». Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, получение молекулярно-генетического способа диагностики наследственного заболевания мукополисахаридоз-плюс синдром, включающего подбор специфичных оригинальных последовательностей олигонуклеотидов (праймеров), аллель-специфичных гидролизных зондов и оптимизацию условий проведения ПЦР в реальном времени с флуоресцентной детекцией. Краткое описание фигур:A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of analogues indicates the compliance of the claimed solution with the criterion of "novelty". The set of features of the invention provides a solution to the claimed technical problem, namely, obtaining a molecular genetic method for diagnosing a hereditary disease mucopolysaccharidosis-plus syndrome, including the selection of specific original sequences of oligonucleotides (primers), allele-specific hydrolysis probes and optimization of conditions for real-time PCR with fluorescent detection. Brief description of the figures:

Заявленное техническое решение иллюстрируется чертежом, где на фигуре 1 показаны результаты амплификации на 3% агарозном геле, при этом длина фрагментов амплификации составляет 266 пар нуклеотидов (п.н.) (М - маркер pUC19/MspI; 1, 5 - больные МПСПС, гомозиготы по мутации c.1492C>T в гене VPS33A; 2, 6 - родители больных МПСПС, гетерозиготные носители мутации c.1492C>T в гене VPS33A; 3, 7 - условно здоровые индивиды, носители аллели дикого типа (аллель c.1492C в гене VPS33A); 4, 8 - деионизованная вода); на фигуре 2 - пример интерпретации результатов, полученных с применением разработанных праймеров и зондов для ПЦР в режиме реального времени, в виде графика распределения генотипов по исследуемому локусу (кружок - больные МПСПС, гомозиготы по мутации c.1492C>T в гене VPS33A; треугольники - гетерозиготные носители мутации c.1492C>T в гене VPS33A; квадраты - условно здоровые индивиды, носители аллели дикого типа (аллель c.1492C в гене VPS33A); ромбы - деионизованная вода).The claimed technical solution is illustrated by a drawing, where figure 1 shows the results of amplification on a 3% agarose gel, while the length of the amplification fragments is 266 base pairs (bp) (M - marker pUC19 / MspI; 1, 5 - patients with MPPS, homozygotes c.1492C>T mutation in the VPS33A gene, 2, 6 - parents of MPPS patients, heterozygous carriers of the c.1492C>T mutation in the VPS33A gene, 3, 7 - conditionally healthy individuals, carriers of the wild-type allele (the c.1492C allele in the gene VPS33A); 4, 8 - deionized water); figure 2 - an example of the interpretation of the results obtained using the developed primers and probes for real-time PCR, in the form of a graph of the distribution of genotypes by the studied locus (circles - patients with MPPS, homozygotes for the c.1492C>T mutation in the VPS33A gene; triangles - heterozygous carriers of the c.1492C>T mutation in the VPS33A gene, squares are conditionally healthy individuals carrying the wild-type allele (c.1492C allele in the VPS33A gene), rhombuses are deionized water.

Заявленный способ осуществляется следующим образом.The claimed method is carried out as follows.

Геномную ДНК выделяют из биологического материала. В качестве материала для исследования рекомендуется использовать венозную периферическую кровь. Выделение ДНК из биологического материала производится стандартным методом фенол-хлороформной экстракции или с использованием коммерческих наборов реагентов. Концентрация выделенных образцов ДНК измеряется спектрофотометрическим методом. Затем исследуемые образцы ДНК разводятся деионизованной водой до концентрации 30 нг/мкл.Genomic DNA is isolated from biological material. It is recommended to use venous peripheral blood as a material for research. Isolation of DNA from biological material is carried out by the standard method of phenol-chloroform extraction or using commercial reagent kits. The concentration of isolated DNA samples is measured by spectrophotometric method. Then the studied DNA samples are diluted with deionized water to a concentration of 30 ng/µl.

Перед проведением амплификации ПЦР-смесь, праймеры, зонды и образцы ДНК полностью размораживаются, тщательно перемешиваются на вортексе с последующим центрифугированием.Before amplification, the PCR mixture, primers, probes, and DNA samples are completely thawed, thoroughly mixed on a vortex, followed by centrifugation.

Реакцию амплификации проводят на программируемом термоциклере с оптической системой детекции флуоресценции в объеме 15 мкл реакционной смеси следующего состава: 1 мкл смеси прямого и обратного праймеров (10 пмоль/мкл каждого праймера), 1 мкл каждого зонда (10 пмоль/мкл), 6 мкл 2,5х ПЦР-буфера (KCl, Tris-HCl pH8,8, 6,25 мМ MgCl2, Taq ДНК-полимераза 5ед/мкл, 2,5 мМ dNTP), 5 мкл деионизованной воды, 1 мкл геномной ДНК в концентрации 30 нг/мкл. На фигуре 1 приведены результаты амплификации в агарозном геле. Реакцию ПЦР в режиме реального времени проводят в следующих условиях: первоначальная денатурация 95°C в течение 5 минут, затем 40 циклов амплификации, каждый из которых состоял из стадии денатурации 95°C в течение 15 секунд и объединенной стадии отжига-элонгации 60°C в течение 50 секунд.The amplification reaction is carried out on a programmable thermal cycler with an optical fluorescence detection system in a volume of 15 µl of the reaction mixture of the following composition: 1 µl of a mixture of forward and reverse primers (10 pmol/µl of each primer), 1 µl of each probe (10 pmol/µl), 6 µl of 2 5x PCR buffer (KCl, Tris-HCl pH8.8, 6.25 mM MgCl 2 , Taq DNA polymerase 5u/µl, 2.5 mM dNTP), 5 µl deionized water, 1 µl 30 ng genomic DNA /µl. The figure 1 shows the results of amplification in agarose gel. The real-time PCR reaction was carried out under the following conditions: initial 95°C denaturation for 5 minutes followed by 40 amplification cycles, each consisting of a 95°C denaturation step for 15 seconds and a combined 60°C anneal-elongation step in within 50 seconds.

После прохождения ПЦР следует провести анализ результатов с помощью программных средств термоциклера с возможностью проведения ПЦР в реальном времени («Аллельная дискриминация»). При наличии сигнала флуоресценции по каналу FAM образец будет диагностирован как содержащий мутацию c.1492C>T в гене VPS33A. Образец, положительный по флуорофору ROX, интерпретируется как норма (дикий тип). При наличии двух сигналов флуоресценции FAM и ROX результат следует интерпретировать как гетерозиготное состояние/носительство мутации c.1492C>T в гене VPS33A (см. фигуру 2).After passing the PCR, the results should be analyzed using the thermal cycler software with the possibility of real-time PCR (“Allelic Discrimination”). If there is a fluorescence signal through the FAM channel, the sample will be diagnosed as containing the c.1492C>T mutation in the VPS33A gene. A sample positive for the ROX fluorophore is interpreted as normal (wild type). In the presence of two fluorescence signals FAM and ROX, the result should be interpreted as a heterozygous state/carrying of the c.1492C>T mutation in the VPS33A gene (see figure 2).

Разработанный способ диагностики наследственного заболевания был апробирован при тестировании образцов геномной ДНК 15 больных МПСПС, 15 родственников больных МПСПС и 15 условно здоровых индивидов, проживающих в Республике Саха (Якутия). Молекулярно-генетические исследования носительства мутации c.1492C>T в гене VPS33A на данных образцах были исследованы четыре раза. Ранее диагностика больных МПСПС и их родственников (носителей мутации c.1492C>T в гене VPS33A) была проведена с помощью метода прямого секвенирования по Сэнгеру. Проведение молекулярного исследования с помощью разработанного метода показало, что все больные МПСПС были гомозиготами по мутации c.1492C>T в гене VPS33A, а их родственники (родители) являлись гетерозиготными носителями данного патогенного варианта. Все контроли были носителями аллели дикого типа (аллель c.1492C в гене VPS33A).The developed method for diagnosing a hereditary disease was tested by testing genomic DNA samples from 15 MPPS patients, 15 relatives of MPPS patients, and 15 apparently healthy individuals living in the Republic of Sakha (Yakutia). Molecular genetic studies of the carriage of the c.1492C>T mutation in the VPS33A gene in these samples were examined four times. Previously, the diagnosis of patients with MPSPS and their relatives (carriers of the c.1492C>T mutation in the VPS33A gene) was carried out using the Sanger direct sequencing method. A molecular study using the developed method showed that all MPSPS patients were homozygous for the c.1492C>T mutation in the VPS33A gene, and their relatives (parents) were heterozygous carriers of this pathogenic variant. All controls were carriers of the wild-type allele (allele c.1492C in the VPS33A gene).

Таким образом, заявленный способ диагностики мукополисахаридоз-плюс синдрома позволяет выставить точный диагноз, проводить пренатальную ДНК-диагностику и проспективное медико-генетическое консультирование для вступающих в брак. Техническое решение простое в выполнении, точное и доступное для выполнения в условиях молекулярно-генетической лаборатории.Thus, the claimed method for diagnosing mucopolysaccharidosis-plus syndrome makes it possible to make an accurate diagnosis, conduct prenatal DNA diagnostics and prospective medical genetic counseling for those entering into marriage. The technical solution is simple to implement, accurate and affordable for implementation in the conditions of a molecular genetic laboratory.

Таблица
Олигонуклеотидные праймеры и зонды для детекции мутации c.1492C>T в гене VPS33A
Table
Oligonucleotide primers and probes for detection of the c.1492C>T mutation in the VPS33A gene
Праймер / ЗондPrimer / Probe Последовательность (5’-3’)Sequence (5'-3') Праймер (прямой)Primer (straight) CCAAAAGGCCACAGTCAGGTCCAAAAGGCCACAGTCAGGT Праймер (обратный)Primer (reverse) TCTGTAGATGCTGGACTGGGATCTGTAGATGCTGGACTGGGA Зонд (дикий тип)Probe (wild type) ROX-CTCAGTGTGCGGCTGGCCCA-BHQ2ROX-CTCAGTGTGCGGCTGGCCCA-BHQ2 Зонд (мутантный тип)Probe (mutant type) FAM-CTCAGTGTGTGGCTGGCCCA-RTQ1FAM-CTCAGTGTGTGGCTGGCCCA-RTQ1

Claims (1)

Способ диагностики носительства мутантного гена VPS33A с мутацией c.1492C>T, приводящей к развитию мукополисахаридоз-плюс синдрома с аутосомно-рецессивным типом наследования в якутской популяции, включающий выделение ДНК и полимеразную цепную реакцию с флуоресцентной детекцией с применением пары праймеров CCAAAAGGCCACAGTCAGGT; TCTGTAGATGCTGGACTGGGA и гидролизных зондов ROX-CTCAGTGTGCGGCTGGCCCA-BHQ2; FAM-CTCAGTGTGTGGCTGGCCCA-RTQ1, где по наличию сигнала флуоресценции по каналу FAM диагностируют мутантный тип c.1492T в гене VPS33A, по каналу ROX – дикий тип c.1492C в гене VPS33A, по каналам ROX и FAM – носительство мутантного гена в гетерозиготном состоянии.A method for diagnosing the carriage of the mutant VPS33A gene with the c.1492C>T mutation, leading to the development of mucopolysaccharidosis-plus syndrome with autosomal recessive inheritance in the Yakut population, including DNA isolation and polymerase chain reaction with fluorescent detection using a pair of primers CCAAAAGGCCACAGTCAGGT; TCTGTAGATGCTGGACTGGGA and hydrolysis probes ROX-CTCAGTGTGCGGCTGGCCCA-BHQ2; FAM-CTCAGTGTGTGGCTGGCCCA-RTQ1, where the mutant type c.1492T in the VPS33A gene is diagnosed by the presence of a fluorescence signal via the FAM channel, the wild type c.1492C in the VPS33A gene is diagnosed via the ROX channel, and carrying the mutant gene in the heterozygous state via the ROX and FAM channels.
RU2022133049A 2022-12-16 Method of diagnosing mucopolysaccharidosis-plus syndrome RU2798695C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798695C1 true RU2798695C1 (en) 2023-06-23

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2614111C1 (en) * 2015-11-25 2017-03-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова" Method for point mutation diagnosing in native dna using graphene oxide

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2614111C1 (en) * 2015-11-25 2017-03-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова" Method for point mutation diagnosing in native dna using graphene oxide

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VASILEV F. et al. Mucopolysaccharidosis-Plus Syndrome. Int J Mol Sci. 2020 Jan 9; 21(2): 421. KONDO H. et al. Mutation in VPS33A affects metabolism of glycosaminoglycans: a new type of mucopolysaccharidosis with severe systemic symptoms. Hum Mol Genet. 2017 Jan 1; 26(1): 173-183. PAVLOVA E.V. et al. The lysosomal disease caused by mutant VPS33A. Human Molecular Genetics. 2019 Aug 1; 28(15): 2514-2530. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vialard et al. Prenatal BACs‐on‐Beads™: a new technology for rapid detection of aneuploidies and microdeletions in prenatal diagnosis
CN105143467B (en) Method for predicting the risk of interstitial pneumonia
US20040115684A1 (en) Method for genotype determination
Nguyen et al. Molecular combing reveals complex 4q35 rearrangements in Facioscapulohumeral dystrophy
Chiras et al. Development of novel LOXL1 genotyping method and evaluation of LOXL1, APOE and MTHFR polymorphisms in exfoliation syndrome/glaucoma in a Greek population
US20120231463A1 (en) Primer Set for Amplification of MTHFR Gene, MTHFR Gene Amplification Reagent Containing the Same, and Use of the Same
Monaghan et al. Technical standards and guidelines for reproductive screening in the Ashkenazi Jewish population
KR20110094041A (en) Gene sensitive to normal-tension glaucoma disease, and use thereof
Cuscó et al. Implementation of SMA carrier testing in genetic laboratories: comparison of two methods for quantifying the SMN1 gene
Gao et al. Detection of male 2+ 0 and 1+ 0 carriers for spinal muscular atrophy by digital PCR
RU2798695C1 (en) Method of diagnosing mucopolysaccharidosis-plus syndrome
Endreffy et al. Collagen type IV nephropathy: genetic heterogeneity examinations in affected Hungarian families
CN115927356A (en) SLC45A2 pathogenic mutant gene, pathogenic mutant and application in preparing eye skin albinism IV type diagnostic kit
RU2819985C1 (en) METHOD FOR DIAGNOSING VARIANT SOPH c.5741G>A IN NBAS GENE
TWI351436B (en) Method for detecting a risk of the development of
CN108504731B (en) Method for diagnosing lipid metabolism-related diseases or Alzheimer's disease markers
JP5648948B2 (en) Genetic mutation screening method for hypophosphatasia
Du et al. A simple oligonucleotide biochip capable of rapidly detecting known mitochondrial DNA mutations in Chinese patients with Leber's hereditary optic neuropathy (LHON)
US7838223B2 (en) DNA diagnostic screening for turner syndrome and sex chromosome disorders
JP2007166962A (en) Method for predicting or diagnosing alzheimer's disease
Xu et al. Systematic review of accuracy of prenatal diagnosis for abnormal chromosome diseases by microarray technology
CN117487906B (en) GAMT gene mutant, reagent, kit and application
KR102241836B1 (en) Genetic polymorphism testing using dual check oligo
CN117487907B (en) KCNH2 gene mutant, mutant protein, reagent, kit and application
RU2423521C1 (en) Biochip for mutation detection in galactose-1-phosphate-uridyl transferase gene causing hepatic involvement in newborns