A Study on the Screening of the Novel Genes Associated with Lysosomal Trafficking and Mutation Detection in Fibroblasts of the Patients with Mucolipidosis type II and III

리소좀 교통 이상을 초래하는 뮤코지방증 2형과 3형 환자의 섬유아세포를 이용한 신규 유전자 탐색 및 돌연변이에 대한 연구

Purpose: To understand genetic differences and similarities between mucolipidosis and control. Methods: Using the fibroblast of the mucolipidosis II and control, forward and reverse subtracted libraries were constructed. Among these clones, we investigated mutations in the GNPTA (MGC4170) gene, which codes for the ${\alpha}/{\beta}$ subunits of phosphotransferase, and in the GNPTAG gene, which codes for the ${\gamma}$ subunits in 5 Korean patients with mucolipidosis type II or IIIA. Result: Several differentially expressed cDNAs were cloned and their sequences were determined. Mutation analysis of the interested gene, GNPTA was performed and we identified 7 mutations in the GNPTA gene, but none in the GNPTAG gene. The mutations in type II patients included p.Q104X(c.310C>T), p.R1189X(c.3565C>T), p.S1058X(c.3173C>G), p.W894X(c.2681G>A) and p.H1158fsX15(c.3474_3475delTA), all of which are non-sense or frame shift mutations. However, a splicing site mutation, IVS13+1G>A (c.2715+1G>A) was detected along with a non-sense or a frame shift mutation (p.R1189X or p.E858fsX3(c.2574_2575delGA)) in two mucolipidosis type IIIA patients. Conclusion: This report shows that mutations in the GNPTA gene coding for the ${\alpha}{\beta}$subunits of phosphotransferase, and not mutations in the GNPTAG gene, account for most of mutations found in Korean patients with mucolipidosis type II or IIIA.

목적: 뮤코지방증 유형 II와 III은 리소좀 효소인N-acetylglucosaminyl-1-phosphotransferase (UDP-N-acetylglucosamine, GlcNAc-phospho-transferase)의 결손에 의해 초래되며, 상염색체 열성으로 유전되는 질환이다. ${\alpha}/{\beta}/{\gamma}$ subunit로 구성되는 이 효소의 결핍으로 인해 리소좀으로 운반되는 수십 종류의 효소들에 mannose-6-phosphate(M6P)를 부착하는 과정에 장애가 생겨 분해되지 않은 물질이 축적되어 질병이 초래된다. 이 질환에 있어서 산전 진단과 유전 상담을 위해서는 상기 효소의 해당 유전자가 밝혀져 있어야 하나, 현재 이 효소의 ${\gamma}$ subunit를 암호화하는 유전자가 GNPTAG에 해당된다고 밝혀져 있을 뿐 ${\alpha}/{\beta}$ subunit을 암호화하는 GNPTA에 해당하는 유전자는 밝혀져 있지 않고 돌연변이 역시 보고된 적이 없다. 본 연구는 리소좀 효소의 인산화에 관여하는 N-acetylglucosamine-1-phospho-transferase의 결함이 있는 환자의 섬유아세포를 이용하여 리소좀 연관 신규 유전자를 찾아내고, 그 유전자를 대상으로 돌연변이를 규명하고자 하였다. 방법: 이를 위해 5명의 환자와5명의 연령, 성별이 일치하는 정상아의 섬유아세포를 계대 배양하여 이 세포를 이용하여 수행한 subtractive hybridization을 통해 신규 유전자를 탐색하고, 신규 유전자를 대상으로 돌연변이 분석을 수행하였다. 결과: 연구 결과 환자에서 발현이 증가된 유전자 73개와 발현이 감소된 유전자 50개를 밝혀냈다. 분석된 유전자 중에서 MGC4170이환자에서는 발현되지 않으나 정상인에서는 발현됨을 발견하였고, 이 유전자가 아직 밝혀지지 않은 GNPTA로 확인되어 환자를 대상으로 돌연변이 분석을 시행하였다.분석 결과 기존에 돌연변이가 보고되었던 GNPTAG에는 돌연변이가 없었으나, MGC4170에는 7개의 돌연변이가 발견되었다. 본 연구는 GlcNAc-phosphotransferase의 ${\alpha}/{\beta}$ subunit에 해당되는 MGC4170의 최초 돌연변이 보고이다. 결론: 본 연구를 통해 뮤코지방증 II형과 III형에서 발현되는 유전자 군을 파악할 수 있었으며, 동시에 MGC4170 돌연변이를 규명함으로써 이 질환의 병리 기전 연구와 산전 진단에 기여하고자 한다.