Einblicke in die autosomal dominante polyzystische Nierenerkrankung aus genetischen Studien

Abstrakt

Autosomal dominant polyzystischNierenerkrankungist die häufigste monogen verursachte ESKD.Genetische Studienvon Patienten und Tiermodellen haben die Krankheitspathobiologie informiert. Unterstützen Sie nachdrücklich ein "Schwellenmodell", bei dem die Zystenbildung durch eine reduzierte funktionelle Polycystin-Dosierung unterhalb einer kritischen Schwelle innerhalb einzelner tubulärer Epithelzellen aufgrund von Keimbahn- und somatischen PKD1- und PKD2-Mutationen, Mutationen von Genen (z. B. SEC63, SEC61B, GANAB, PRKCSH , DNAJB11, ALG8 und ALG9) im Proteinbiosyntheseweg des endoplasmatischen Retikulums oder im somatischen Mosaizismus.Gentestkann möglicherweise diagnostische und prognostische Informationen zu Zysten liefernNierenerkrankung. Das Mutationsscreening von PKD1 ist jedoch aufgrund seiner Größe und Komplexität eine Herausforderung, was es sowohl kostspielig als auch arbeitsintensiv macht.

Darüber hinaus sind herkömmliche, auf der Sanger-Sequenzierung basierende Gentests derzeit bei der Aufklärung der Ursachen atypischer Erkrankungen begrenztpolyzystische Nierenerkrankung, wie z. B. innerfamiliäre Krankheitsdissonanz, atypischNiereBildgebungsmuster und Diskrepanz zwischen dem Schweregrad der Erkrankung und dem Gesamtnierenvolumen und der Abnahmerate der eGFR. Außerdem Umwelteinflüsse,genetischModifikatoren und somatisches Mosaizismus tragen ebenfalls zur Krankheitsvariabilität bei, was die Prognose nach Mutationsklasse bei einzelnen Patienten weiter einschränkt. Jüngste Innovationen in der Next-Generation-Sequenzierung sind bereit, die Molekulardiagnostik zu vernünftigen Kosten zu verändern und zu erweitern. Durch ein umfassendes Screening mehrerer zystischer Erkrankungen und modifizierender Gene soll das gezielte Genpanel, die Sequenzierung des gesamten Exoms oder des gesamten Genoms die diagnostische und prognostische Genauigkeit verbessern, um die personalisierte Medizin bei der autosomal dominanten polyzystischen Nierenerkrankung voranzubringen.

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Einführung

Autosomal dominante polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD)ist eine Multisystemstörung, die durch das Wachstum zahlreicher gekennzeichnet istNierenzystenund Ausdehnung des Nierenvolumens, was bei den meisten Patienten zu ESKD führt. Bluthochdruck, Makrohämaturie, Zystenruptur und -infektion, Nierensteine ​​und Flankenschmerzen sind häufige Nierenkomplikationen. Gleichzeitig gehören zu den extrarenalen Manifestationen Leber- und Pankreaszysten, vaskuläre Aneurysmen, Herzklappenanomalien, Hernien und Divertikulose. Schätzung der Prävalenz vonADPKDwar aufgrund der unterschiedlichen altersabhängigen Penetranz und der unvollständigen klinischen Erhebung in der Allgemeinbevölkerung eine Herausforderung. Epidemiologische Studien zu klinisch festgestellten Fällen von ADPKD ergaben eine Punktprävalenz von 2,4–9,0 pro 10,000. Im Gegensatz dazu ergab eine kürzlich durchgeführte Studie zur Genomsequenzierung in großen Populationen eine minimale Schätzung von 1 pro 1000. Die Identifizierung von PKD1 im Jahr 1995 und PKD2 im Jahr 1996 erleichterte die Entwicklung einer auf DNA-Sequenzen basierenden Molekulardiagnostik. Seitdem hat sich unser Verständnis der Komplexität der genetischen Grundlage der zystischen Nierenerkrankung, angetrieben durch Fortschritte in der Sequenzierungstechnologie, weiterentwickelt. Wichtige Botschaften, die dieser Überprüfung zugrunde liegen, sind, dass nicht alle Patienten mit multiplen Nierenzysten betroffen sindADPKDund dasADPKDund die autosomal dominante polyzystische Lebererkrankung (ADPLD) stellen ein phänotypisches Spektrum dar, wobei beide Erkrankungen auf Veränderungen der Polycystinfunktion zurückzuführen sind. Wir diskutieren, wie genetische Studien unser Verständnis der Pathobiologie von ADPKD beeinflusst haben. Außerdem diskutieren wir die aktuellen klinischen Indikationen für Gentests bei VerdachtsfällenADPKDund seine sich entwickelnde Rolle bei der Aufklärung der genetischen Ursachen atypischer Erkrankungenpolyzystische Nierenerkrankung (PKD). Ein Glossar der in diesem Review verwendeten Begriffe ist in Kasten 1 enthalten.

Genetische Studien informierten über Krankheitsmechanismen bei ADPKD

Mutationen von zwei Genen, PKD1 und PKD2 (die zwei integrale Membranproteine ​​codieren, Polycystin-1 und Polycystin-2 [bzw. TRPP2]), sind für die meisten genetisch aufgelösten Fälle von ADPKD verantwortlich. Polycystin-1 ist ein großes Protein mit funktionellen Merkmalen, die auf einen Rezeptor unbekannter Funktion hindeuten, während Polycystin-2 ein unspezifischer Kationenkanal ist; beide interagieren über ihre zytoplasmatischen Schwänze, um einen neuen Signalweg in den primären Zilien zu modulieren. Variable Krankheitsausprägung ist ein bemerkenswertes Merkmal von ADPKD. Obwohl der vererbte Keimbahndefekt in allen Zellen vorhanden ist, bilden sich Zysten in 5 Prozent der Tubuli, und die zystische Dilatation ist in jedem Tubulus fokal. Diese Beobachtungen, gekoppelt mit der Entdeckung von somatischen PKD1- oder PKD2-Mutationen in Nieren- und Leberzysten von Patienten mitADPKD, führten zu der Hypothese eines rezessiven zellulären Mechanismus für die Zystogenese, bei dem beide Kopien von entweder PKD1 oder PKD2 in einer einzelnen tubulären Epithelzelle inaktiviert werden

ist erforderlich, um die Zystenbildung einzuleiten. Diese Hypothese wurde jedoch zunächst aufgrund eines geringen Anteils an somatischen PKD1-Mutationen in Frage gestellt, die in den Zysten von Patienten mit Keimbahn-PKD1-Mutationen identifiziert wurden, obwohl in früheren Studien nur die nicht duplizierte Region von PKD1 gescreent wurde. Unter Verwendung von lokusspezifischer PCR und Next-Generation-Sequencing (NGS) wurden in einer kürzlich durchgeführten Studie private somatische PKD1- und PKD2-Mutationen in 90 Prozent von 128 Zysten von neun Patienten umfassend gescreent und identifiziert, was den definitivsten Beweis zur Unterstützung der obigen Hypothese liefert. Eine vollständige Inaktivierung beider Kopien von PKD1 oder PKD2 ist jedoch für die Zysteninitiierung nicht erforderlich, da Studien an Mausmodellen mit hypomorphen Mutanten eine Zystenentwicklung mit niedrigen Konzentrationen (ungefähr 20 %) von Polycystin-1 zeigten. Derzeit bietet das „Schwellenwert“-Modell der Zystogenese die bisher beste Erklärung für Human- und Tierstudien. Dementsprechend ist eine reduzierte funktionelle Polycystin-1-Dosierung unterhalb einer kritischen Schwelle (d. h. etwa 20 – 30 %) innerhalb tubulärer Epithelzellen aufgrund von Keimbahn- und somatischen PKD1- oder PKD2-Mutationen, dem Typ (d. h. proteinverkürzend versus nicht verkürzend) der Mutation und lokale stochastische Faktoren scheinen die individuelle Zystenbildung auszulösen. Allerdings scheint auch das Timing wichtig zu sein: Pkd1-Inaktivierung vor 13 Tagen nach der Geburt in einem Mausmodell führte innerhalb von 3 Wochen zu einer schweren zystischen Erkrankung; im Gegensatz dazu führte die Pkd1-Inaktivierung nach 14 Tagen im selben Modell zu einem indolenten Verlauf mit Zystenentwicklung erst nach 5 Monaten. Darüber hinaus,zystische Nierenerkrankungim späten Induktionsmodell wurde durch verschärftNierenverletzungenB. Ischämie-Reperfusion und tubuläre Obstruktion durch Kristallablagerung (auch bekannt als "Third-Hit-Modell"). Zusammengenommen legen diese Ergebnisse nahe, dass zusätzliche Faktoren neben den "Second Hits" zur Expansion von erweiterten Tubuli zu Makrozysten beitragen. Faszinierenderweise deutet eine kürzlich durchgeführte Studie an Mäusen mit Pkd1-Mutante darauf hin, dass lokale Faktoren, die von einzelnen Zysten ausgehen, benachbarte erweiterte Tubuli dazu bringen können, sich zu offenen Zysten in Clustern zu entwickeln (auch als "Schneeballeffekt" bekannt).

Neuere genetische Studienhaben einen neuen Mechanismus identifiziert, durch den Mutationen in mehreren Genen, die für Proteine ​​kodieren, die im Proteinbiosyntheseweg des endoplasmatischen Retikulums (ER) funktionieren, ADPLD verursachen, indem sie die Polycystin-1-Dosierung modulieren (Tabelle 1). Insbesondere sind Translokationsproteine, die von SEC63 und SEC61B codiert werden, für den Eintritt von entstehenden Proteinen in das ER erforderlich, während die von ALG8, ALG9 und PMM2 codierten Proteine ​​im ER für die N-Glykosylierung von entstehenden Proteinen erforderlich sind. Glucosidase II, bestehend aus einer von GANAB codierten a-Untereinheit und einer von PRKCSH codierten b-Untereinheit, entfernt nach der Qualitätskontrolle durch den Calnexin/Calreticulin-Zyklus Glucosemoleküle aus den entstehenden Proteinen, bevor sie in den Golgi-Komplex exportiert werden (Abbildung 1). Darüber hinaus fungiert ein Cofaktor des von DNAJB11 codierten Bindungs-Ig-Proteins als Chaperon im ER zur Kontrolle der Proteinfaltung, des Transports und des Abbaus, einschließlich Polycystin-1 und Polycystin-2. Mutationen eines der oben genannten Gene können die funktionelle Polycystin-1-Dosierung reduzieren, indem sie seine posttranslationale Modifikation und den Transport zur Zellmembran beeinträchtigen, und können somit den Schweregrad der zystischen Erkrankung bei ADPKD verändern.

Abbildung 1.|Schematische Darstellung der Reifung des endoplasmatischen Retikulums und der N-Glykosylierung von entstehendem Polycystin-1 (PC-1) und Polycystin-2 (PC-2). Mutationen in PKD1 und PKD2 verursachen eine autosomal dominante polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD); Mutationen in SEC61B, SEC63, ALG8, GANAB und PRKCSH verursachen eine autosomal dominante polyzystische Lebererkrankung; Mutationen in PKHD1 verursachen eine autosomal-rezessive polyzystische Nierenerkrankung; und Mutationen in ALG9 und GANAB verursachen atypische ADPKD. Alle Erkrankungen haben phänotypische Überschneidungen und umfassen ein gewisses Maß an Nieren- und Leberzysten, und sie hängen mit Veränderungen in der funktionellen Dosierung des reifen PC-1/PC-2-Komplexes zusammen.

Die Mechanismen, durch die eine reduzierte Polycystin-Signalgebung in den primären Zilien von tubulären Epithelzellen zu einer zystischen Erkrankung führt, sind noch unvollständig verstanden. Experimentelle Therapien, die auf erhöhtes cAMP, die Aktivierung des Säugetier-Targets Rapamycin-Komplex 1 (mTORC1) und eine reduzierte 5'-AMP-aktivierte Proteinkinase-Signalgebung abzielen, verlangsamen nachweislich das Fortschreiten der zystischen Erkrankung (Abbildung 2). Tolvaptan, ein Vasopressin-Rezeptor-2-Antagonist, verlangsamte erfolgreich das Fortschreiten von ADPKD beim Menschen, indem es die cAMP-Signalgebung reduzierte. Interessanterweise zeigte eine kürzlich durchgeführte Studie mit murinen PKD-Modellen, dass die Ablation primärer Zilien durch Inaktivierung eines Ziliengens (entweder Kif3 oder Ift20) zu einer leichten Erkrankung führte, während die Inaktivierung von entweder Pkd1 oder Pkd2 zu einer schweren Erkrankung führte. Unerwarteterweise führte die Ablation der primären Zilien zusätzlich zur Inaktivierung von Pkd1 oder Pkd2 in diesen Modellen zu einer AbschwächungNierenerkrankungverglichen mit der Pkd1- oder Pkd2-Inaktivierung allein. Zusammengenommen implizieren diese Daten die Existenz eines noch nicht identifizierten Zilien-basierten Signalwegs, der mit dem Polycystin-Komplex interagiert, um die Schwere der Zystenerkrankung zu modulieren, und der Verlust der Zilienfunktion scheint im Zusammenhang mit ADPKD zu schützen.

Entwicklung von Mutations-Screening-Technologien bei ADPKD

Das PKD1-Mutationsscreening war aufgrund seiner Größe, Komplexität und seines hohen GC-Gehalts eine Herausforderung. Das Gen umfasst 46 Exons und kodiert ein Transkript von 12 912- bp, das eine genomische Region von 50- kb umfasst. Seine ersten 33 Exons sind in sechs Pseudogenen mit ungefähr 98 Prozent DNA-Sequenzidentität dupliziert. Das hohe Maß an DNA-Sequenzidentität mit den Pseudogenen schafft die Möglichkeit sowohl falsch positiver als auch negativer Genotyprufe, da eine pseudogene Mutation fälschlicherweise als in PKD1 vorhanden bezeichnet werden kann und eine PKD1-Mutation übersehen werden kann, wenn das Signal von der normalen Sequenz überwältigt wird in den Pseudogenen, wenn ein DNA-Capture-Assay verwendet wird. Das erste Protokoll für einen umfassenden PKD1-Mutationsscreen nutzte seltene Fehlpaarungen zwischen der duplizierten Region von PKD1 und seinen Pseudogenen, um locusspezifische Templates für nachfolgende verschachtelte Sequenzierungsreaktionen zu generieren. Fünf Langstrecken-PCRs sind erforderlich, um PKD1--spezifische Amplikons aus der duplizierten Region zu erzeugen, gefolgt von 65 verschachtelten PCRs, um das gesamte Gen zu screenen. Dieses Protokoll bietet einen robusten Schutz vor falscher genomischer Amplifikation durch die PKD1-Pseudogene und ergab eine hohe Diagnoserate von etwa 80 bis 90 Prozent in ausgewählten klinischen Kohorten, aber es ist arbeitsintensiv und kostspielig.

Abbildung 2.|Einblicke in die Pathobiologie von ADPKD aus human- und tiergenetischen Studien. AMPK, 5'-AMP-aktivierte Proteinkinase; ER, endoplasmatisches Retikulum; ERK, extrazelluläre Signal-regulierte Kinase; JAK-STAT, Januskinase-Signalwandler und Aktivator des Transkriptionssignalwegs; mTOR, Säugetierziel von Rapamycin.

Ein anschließendes Protokoll erzeugte langreichweitige locusspezifische PCR-Amplikons für beide Gene (dh acht für PKD1 und sechs für PKD2) und multiplexte sie aus einzelnen Patientenproben als barcodierte Bibliotheken für die Hochdurchsatz-Sequenzierung. Dieser letztere Ansatz reduziert die Laborarbeitsbelastung und -kosten erheblich und wird derzeit von mehreren Forschungslabors verwendet; es erfordert jedoch immer noch beträchtliches technisches Know-how. In jüngerer Zeit wurde die gezielte Exomsequenzierung durch angepasste Genpanels unter Verwendung von DNA-Erfassung oder Gesamtgenomsequenzierung für das PKD1- und PKD2-Mutationsscreening angewendet, mit vielversprechenden Ergebnissen und einer Genauigkeit von 0,95 Prozent für zuvor gelöste Fälle; jedoch sind ausgefeilte bioinformatische Analysen erforderlich.

Die Mutationsklasse sagt den durchschnittlichen Schweregrad der Nierenerkrankung bei ADPKD voraus

Das Mutationsscreening von Patienten mit ADPKD, angereichert mit klinischen Hochrisikomerkmalen für Progression, berichtet, dass 75 Prozent der Fälle PKD1-Mutationen aufwiesen, etwa 15 Prozent PKD2-Mutationen aufwiesen und in mindestens 10 Prozent der Fälle keine Mutation nachgewiesen wurde. Im Gegensatz dazu Mutationsscreening von Patienten, die mit normal oder nahezu normal festgestellt wurdenNierenfunktionberichteten, dass 60 Prozent der Fälle PKD1-Mutationen, 25 Prozent PKD2-Mutationen und 15 Prozent keine nachgewiesene Mutation aufwiesen. Über 1250 PKD1-Mutationen und 200 PKD2-Mutationen wurden im Mayo Polycystic archiviertDatenbank für Nierenerkrankungen, und keine einzelne Mutation macht 0,2 Prozent der Fälle aus. Mehrere Studien haben eine starke Korrelation zwischen der Mutationsklasse und dem Schweregrad der Nierenerkrankung bestätigt: Im Durchschnitt sind proteinverkürzende PKD1-Mutationen (d. h. Frameshift-, Nonsense- und kanonische Spleißstellenmutationen und große Deletionen) mit der schwersten Erkrankung (Durchschnittsalter von ESKD: 50–55 Jahre), gefolgt von nicht trunkierenden PKD1-Mutationen (dh Missense- und In-Frame-Insertionen/Deletionen) und PKD2-Mutationen (Durchschnittsalter der ESKD: etwa 75–80 Jahre). Allerdings ist eine signifikante Krankheitsvariabilität innerhalb von Familien betroffener Verwandter mit derselben Haupteffektmutation gut dokumentiert und deutet stark auf einen Modifikatoreffekt hin. Darüber hinaus besteht in Ermangelung eines robusten In-vitro-Assays Unsicherheit bei der Zuordnung der Pathogenität in nicht trunkierenden Varianten. Das American College of Medical Geneticists hat Richtlinien für die Interpretation seltener Sequenzvarianten entwickelt, die die Bewertung der Allelhäufigkeit in Bevölkerungsdatenbanken, das Vorhandensein als pathogen in Krankheitsdatenbanken, die funktionelle In-vitro- oder In-vivo-Charakterisierung, die bioinformatische Bewertung und die Cosegregation mit der Krankheit umfassen bei mehreren Betroffenen oder Abwesenheit bei nicht betroffenen Familienmitgliedern. Varianten werden dann als „pathogen“, „wahrscheinlich pathogen“, „Variante von ungewisser Bedeutung“ oder „gutartig“ gemeldet. Die kumulative Populationshäufigkeit von „wahrscheinlich pathogenen“ Varianten in PKD1 und PKD2 übersteigt jedoch die epidemiologischen Schätzungen der Prävalenz von ADPKD, was die Penetranz einiger dieser Varianten in Frage stellt.

Genetische Ursachen der PKD jenseits von PKD1 und PKD2

Trotz umfassender Screenings wurde bei 10 bis 15 Prozent der Patienten mit Verdacht auf ADPKD weder in PKD1 noch in PKD2 eine Mutation nachgewiesen. Mithilfe der Sequenzierung des gesamten Exoms wurden Mutationen in mehreren zusätzlichen Genen für seltene zystische Erkrankungen bei Patienten identifiziert, die ursprünglich als „keine Mutation nachgewiesen“ gekennzeichnet waren. Wie oben beschrieben wurde gezeigt, dass mehrere Gene (dh ALG8, ALG9, GANAB, PRKCSH, SEC61B und SEC63), die Proteine ​​codieren, die im ER-Biosyntheseweg funktionieren, ADPLD und ein klinisches Bild verursachen, das sich mit ADPKD überschneidet. Autosomal-rezessive Mutationen in PMM2 verursachen eine verheerende pädiatrische Multisystemerkrankung, aber eine seltene Promotor-Mutation, die die PMM2-Expression verringerte, wurde identifiziert, um eine im Kindesalter einsetzende hyperinsulinämische Hypoglykämie und polyzystische Nieren in fünfzehn Familien zu verursachen. Es wurde gezeigt, dass Mutationen in DNAJB11 eine atypische PKD mit kleinen Nierenzysten, kleiner oder normaler Nierengröße und spät einsetzendem Nierenversagen in Verbindung mit tubulärer Atrophie und interstitieller Fibrose verursachen – klinische Merkmale von beidenADPKDUndautosomal dominante tubulointerstitielle Nierenerkrankung (ADTKD). Diese Diskrepanz zwischen Nierengröße und Funktion ist höchst ungewöhnlich für ADPKD, wird aber auch bei ADPLD beobachtet, die mit ALG9-Mutationen assoziiert ist.

Somatisches Mosaizismus ist eine weitere wichtige Ursache von ADPKD bei Patienten ohne nachgewiesene Mutation. Mosaikismus bezieht sich auf das Vorhandensein von zwei genetisch unterschiedlichen Zellpopulationen innerhalb eines Individuums, das aus einer somatischen Mutation während der Embryogenese resultiert. Je nach Zelltyp und Entwicklungsstadium, in dem die Mutation auftritt, können drei klinische Syndrome auftreten: Keimbahnmosaik, an dem nur die Keimzellen beteiligt sind; somatisches Mosaizismus, das nur die Körperzellen betrifft; und gonadaler und somatischer Mosaizismus, der sowohl die Keimbahn als auch somatische Zellen betrifft. Das Vorliegen einer de novo PKD mit atypischen Nierenbildgebungsmustern (dh asymmetrische, einseitige, schiefe Muster) ist ein klinischer Befund, der auf somatisches Mosaik verdächtigt. Die Diagnose von Mosaizismus ist aufgrund der variablen Beteiligung der betroffenen Zellen eine Herausforderung, was zu einem niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis der Mutation führt, und wird häufig von der Sanger-Sequenzierung übersehen. Bei ungefähr 10 Prozent der genetisch ungeklärten Fälle aus drei klinisch festgestellten Kohorten wurde jedoch durch NGS festgestellt, dass sie somatisches Mosaizismus aufweisen. Alle identifizierten somatischen Mutationen wurden in PKD1 gefunden , das aus peripherer Blut - DNA bei abweichenden Allelfraktionen zwischen 5 % und 20 % sequenziert wurde . Zukünftige Studien mit „molekularem Barcoding“ von Template-DNA aus verschiedenen Geweben (z. B. Wangenschleimhaut und Harnepithel) können die Erkennungsrate von Mosaikfällen mit noch geringeren Varianten-Allelfraktionen (dh 2 Prozent der Reads) verbessern.

Aktuelle Indikationen für Gentests bei ADPKD

Bei den meisten Risikopatienten mit positiver Familienanamnese kann die Diagnose einer ADPKD durch Ultraschall oder Magnetresonanztomographie bestätigt werden, wobei gut validierte, altersabhängige Kriterien auf der Grundlage der Anzahl der Nierenzysten verwendet werden (Tabelle 2). Ein Krankheitsausschluss mit absoluter Sicherheit ist jedoch bei Risikopersonen unter 40 Jahren durch Ultraschall möglicherweise nicht möglich. Dagegen kann die Magnetresonanztomographie bei höherer Auflösung zum Nachweis kleiner Zysten mit hoher Sicherheit zum Krankheitsausschluss eingesetzt werden. KlinischGentestfürADPKDist derzeit indiziert, wenn Zweifel an der Diagnose bestehen (z. B. fehlende Familienanamnese oder unklare Bildgebungsbefunde) oder wenn ein frühzeitiger Krankheitsausschluss mit hoher Sicherheit erforderlich ist, wie z. B. bei der Abklärung von ein potenzieller Lebendnierenspender oder eine genetische Pränatal- und Präimplantationsdiagnostik (Tabelle 3). Ein früher Ausschluss von ADPKD bei einem Risikosubjekt kann durch Gentests für die spezifische familiäre Mutation durchgeführt werden. Wir empfehlen nicht, Minderjährige mit ADPKD-Risiko über die Überwachung des Blutdrucks hinaus zu untersuchen, da es in dieser Population an krankheitsmodifizierender Behandlung mangelt und das Erhalten einer Diagnose in einem präsymptomatischen Zustand zu psychischem Stress führen kann. Alle Probanden, die sich einem Gentest auf ADPKD unterziehen, sollten über die potenziellen Auswirkungen von Gentests informiert werden, die von Land zu Land unterschiedlich sein können, und sollten vor und nach dem Test von einem genetischen Berater beraten werden.

Sich entwickelnde Indikationen für genetische Tests bei ADPKD

Fortschritte bei NGS sind bereit, Gentests bei ADPKD zu revolutionieren, indem sie ein gleichzeitiges Mutationsscreening mehrerer zystischer Erkrankungen und potenzieller Modifikatorgene mit hoher Genauigkeit und zu vernünftigen Kosten ermöglichen (28). Daher erwarten wir, dass sich mehrere neue Indikationen mit fortschreitenden Hochdurchsatz-Sequenzierungsmethoden entwickeln werden, die auf atypische Formen von PKD abzielen (Abbildung 3, Tabelle 3); Dazu gehören (1) frühe und schwere Erkrankung, (2) ausgeprägte innerfamiliäre Krankheitsvariabilität, (3) keine offensichtliche Familienanamnese, (4) atypischNierenbildgebungund (5) syndromale Präsentation. Die kumulative Prävalenz dieser atypischen Szenarien kann bis zu einem Drittel der Patienten mit ADPKD betragen. Wir schlagen vor, dass Patienten oder Familien, die eines dieser Szenarien aufweisen, für weitere Tests an spezialisierte Zentren überwiesen werden sollten.

(1) Frühe und schwere Erkrankung

Schwere PKD, die sich in der Gebärmutter oder in der frühen Kindheit zeigt, ist eine gut beschriebene klinische Entität. Zum Beispiel ist die zusammenhängende PKD1- und TSC2-Deletion ein seltenes Syndrom, das mit vergrößerten zystischen Nieren, variablen Anzeichen eines tuberösen Sklerose-Komplexes (TSC) und typischerweise ESKD im Teenageralter einhergeht. Neuere Studien haben gezeigt, dass die genetische Komplexität einigen dieser schweren Fälle zugrunde liegt einschließlich Compound-Heterozygotie (z. B. aufgrund einer Protein-verkürzenden PKD1-Mutation in trans mit einer zweiten nicht verkürzenden PKD1-Mutation) oder digenischer Erkrankung (z. B. aufgrund einer PKD1-Mutation und einer zweiten Mutation in einem anderen zystischen Krankheitsgen, wie PKD2, COL4A1). , oder HNF1B). Es wird angenommen, dass homozygote PKD1- oder PKD2-Mutationen mit Funktionsverlust beim Menschen embryonal tödlich sind. Obwohl selten, hat die Identifizierung von Familien mit bilinealer ADPKD wichtige Auswirkungen auf die genetische Beratung. Obwohl die Familienanamnese darauf hindeutet, ist dies oft nicht der Fall, da ein betroffener Elternteil möglicherweise eine milde Form von ADPKD hat (dh aufgrund einer nicht trunkierenden PKD1- oder PKD2-Mutation). Klinische Hinweise auf eine potenzielle bilineale Erkrankung bei ADPKD können markiert seinNierenerkrankungDiskrepanz zwischen Familienmitgliedern und eine hohe Krankheitssegregationsrate, von der etwa 75 Prozent der Kinder in großen Stammbäumen betroffen sind, im Gegensatz zu den 50 Prozent, die bei einer autosomal dominanten Erkrankung aufgrund der zwei unabhängig voneinander trennenden Mutationen erwartet werden.

Abbildung 3.|Klinische Szenarien atypischer ADPKD-Präsentationen und mögliche genetische Erklärungen.

(2) Ausgeprägte intrafamiliäre Krankheitsvariabilität

MarkiertNierenerkrankungDiskordanz (d. h. nach Gesamtnierenvolumen oder altersbereinigter eGFR) bei einem betroffenen verwandten Paar ist relativ häufig, betrifft mindestens 12 Prozent der Familien mit ADPKD und kann aus der Koinzidenz des zweiten resultierenNierenerkrankung(z. B. Diabetes oder GN) bei dem stärker betroffenen Mitglied oder das Vorhandensein einer ungewöhnlichen genetischen Grundlage (z. B. somatisches Mosaizismus oder genetische Modifikatoren, einschließlich digenischer Krankheit, wie oben diskutiert). Digene oder biallelische Erkrankungen, die mit unterschiedlichen genetischen oder allelischen Wirkungen bei Patienten mit ADPKD einhergehen, wurden berichtet und unterstützen nachdrücklich das "Schwellenmodell" der Zystogenese, bei dem die zelluläre funktionelle Polycystin-Dosierung umgekehrt mit der Schwere der Erkrankung korreliert (Abbildung 4). Darüber hinaus können Komorbiditäten (wie Bluthochdruck und Fettleibigkeit) und Umweltfaktoren (wie Rauchen und Wasseraufnahme) ebenfalls zu Krankheitsdisharmonien innerhalb von Familien beitragen.

(3) Keine offensichtliche Familienanamnese

Bis zu 28 Prozent der Patienten mit Verdacht auf ADPKD berichten über keine offensichtliche Familienanamnese. In diesem Zusammenhang können Gentests indiziert sein, und die Differentialdiagnose muss erweitert werden, um andere genetische und nichtgenetische Ursachen von Zysten einzubeziehenNierenerkrankung, insbesondere in Fällen mit atypischen oder syndromalen Merkmalen. Andere Differenzialdiagnosen umfassen eine De-novo-Mutation, Nichtverfügbarkeit von Krankenakten der Eltern, somatisches oder Keimbahnmosaik oder leichte ADPKD, die bei einem betroffenen Elternteil nicht erkannt wird. Bei Verdacht auf somatisches Mosaik kann auch ein Screening mit hoher Lesetiefe hilfreich sein, um die genetische Ursache aufzuklären.

Abbildung 4.|Auswirkungen der digenischen Erkrankung auf die funktionelle Polycystin-Dosierung und die Schwere der zystischen Erkrankung. hp, hypomorphe Variante.

(4) Atypische Nierenbildgebung

Atypische Nierenbildgebungsmuster (dh Mayo Clinic Imaging Class 2) sind bei bis zu 16 Prozent der Patienten mit Verdacht auf ADPKD vorhanden. Patienten ohne ADPKD in der Familienanamnese, die eine unilaterale, asymmetrische, segmentale oder schiefe zystische Erkrankung aufweisen, sind verdächtig für somatisches Mosaik. Im Gegensatz dazu neigen Patienten mit positiver Familienanamnese und atypischer Nierenbildgebung dazu, eine leichte zystische Erkrankung zu zeigen, die mit nicht trunkierenden PKD1- oder PKD2-Mutationen assoziiert ist. Patienten mit mittelschwerem bis fortgeschrittenem Nierenversagen, aber einer Nierenbildgebung, die eine leichte zystische Erkrankung ohne Nierenvergrößerung zeigt, sollten den Verdacht auf ein zweites Mal weckenNierenerkrankungB. diabetische Nephropathie, GN oder eine andere zystische Erkrankung. In diesem Zusammenhang sollte die Differentialdiagnose auch eine PKD aufgrund von Mutationen in DNAJB11 oder ALG9, eine Erkrankung der dünnen Basalmembran (aufgrund einer heterozygoten COL4A3- oder COL4A4-Mutation) oder eine apoL1-Nierenerkrankung bei einem Patienten mit schwarzer Hautfarbe und Proteinurie umfassen.

(5) Syndrom-Präsentation

Tabelle 1 enthält eine Liste von Genen, die bei Mutation zu zystischen Nierenerkrankungen führen können. Bemerkenswerterweise können syndromale Manifestationen bei diesen Störungen oft Hinweise geben

zu ihrer Diagnose. Zum Beispiel kann eine autosomal-rezessive PKD im jungen Erwachsenenalter mit angeborener Leberfibrose oder Caroli-Syndrom auftreten. Das Vorhandensein von Hamartomen in den Zielorganen ermöglicht normalerweise eine eindeutige Diagnose von TSC. Die Differenzierung von TSC (einschließlich des PKD1-TSC2 Contiguous Gene Deletion Syndrome) von ADPKD kann jedoch bei somatischem Mosaizismus schwierig sein. Zusätzliche zystischeNierenerkrankungennicht im Zusammenhang mit Nierenvergrößerungen, wie sie beispielsweise durch Mutationen in DNAJB11 oder ALG9 verursacht werden, sollten in Betracht gezogen werden. ADTKD umfasst mehrere Erkrankungen, die durch eine fortschreitende CKD gekennzeichnet sind, die mit einer geringgradigen Proteinurie und einer milden Urinanalyse einhergeht. Kleine Nierenzysten können sich im späten klinischen Verlauf entwickeln, und zusätzliche klinische Merkmale können helfen, diese Zustände zu unterscheiden. Zum Beispiel deutet das Vorhandensein von Gicht und Hyperurikämie auf ADTKD im Zusammenhang mit Uromodulin-Mutationen hin, während das Vorhandensein von Altersdiabetes bei jungen Menschen und/oder Fehlbildungen des Urogenitaltrakts auf ADTKD im Zusammenhang mit HNF1B-Mutationen hindeutet. Andere seltene Formen der PKD mit charakteristischen syndromalen Merkmalen sind die von-Hippel-Lindau-Krankheit; Nephronophthise; X-chromosomales dominantes orofaziodigitales Syndrom; hereditäre Angiopathie, Nephropathie, Aneurysmen und Muskelkrämpfe; und Hyperinsulinämie-Hypoglykämie mit PKD. Durch umfassendes Screening einer Liste bekannter und potenzieller Gene für zystische Nierenerkrankungen sollen Gentests mit Hochdurchsatz-Sequenzierung die diagnostische Genauigkeit bei Patienten mit zystischer Nierenerkrankung verbessern.

Genetische Studien an Patienten und Tiermodellen haben die Krankheitspathobiologie bei ADPKD informiert. Wir verstehen jetzt, dass eine reduzierte funktionelle Polycystin-Dosierung unter einen kritischen Schwellenwert sowohl durch genetische als auch durch nichtgenetische Mechanismen die Zystenbildung innerhalb einzelner tubulärer Epithelzellen auslöst. Die genauen molekularen Mechanismen, die dem Zystenwachstum und der Krankheitsprogression zugrunde liegen, bleiben jedoch unvollständig. Es wird erwartet, dass NGS-basierte Gentests die diagnostische Genauigkeit der zystischen Nierenerkrankung verbessern und möglicherweise auch prognostische Informationen für ADPKD liefern. Herkömmliche, auf der Sanger-Sequenzierung basierende Gentests sind bei der Aufklärung der Ursachen einer atypischen PKD, die in klinischen Szenarien auftritt, begrenzt, wie z Krankheit. Innovationen in der Hochdurchsatzsequenzierung werden die molekulare Diagnostik bei ADPKD verändern und erweitern. Durch ein umfassendes Screening mehrerer zystischer Erkrankungen und Modifikatorgene und eine verbesserte Erkennung von somatischem Mosaizismus, einem gezielten Genpanel, einer Gesamtexom- oder Gesamtgenomsequenzierung soll die diagnostische und prognostische Genauigkeit verbessert werden, um die personalisierte Medizin bei ADPKD voranzubringen.

Offenlegung

MB Lanktree hat eine Vergütung für seine Teilnahme als Redner und Beiratsmitglied für Otsuka Pharmaceuticals erhalten. Während der Durchführung der Studie erhielt er auch Stipendien von der Kidney Foundation of Canada. Y. Pei hat Vergütungen für die Teilnahme an Beratungsgremien von Otsuka, Reata Pharmaceuticals und Sanofi-Genzyme erhalten. Alle übrigen Autoren haben nichts zu verraten.

Finanzierung

Diese Arbeit wurde teilweise durch das Canadian Institutes of Health Research Strategy for Patient-Oriented Research Program Grant im Chronic Kidney Disease Can-SOLVE CKD Network Program unterstützt. MB Lanktree ist ein neuer Forscher im Kidney Research Scientist Core Education and National Training (KRESCENT)-Programm, das von den Canadian Institutes of Health Research, der Kidney Foundation of Canada und der Canadian Society of Nephrology finanziert wird.

MEHR Informationen:david.deng@wecistanche.com