Identification of Compound Heterozygous Alleles in a Patient with Autosomal Recessive Limb-Girdle Muscular Dystrophy

상염색체 열성 지대형 근이영양증 환자로부터 TTN 유전자의 복합 이형접합성 대립유전자의 분리

Abstract

Limb-girdle muscular dystrophy (LGMD) which is characterized by progressive muscle weakening of the hip and shoulder shows both dominant and recessive inheritances with many pathogenic genes including TTN. This study performed to identify genetic causes of a male patient with late onset (45 years old) autosomal recessive LGMD and atrial flutter. By application of the whole exome sequencing, we identified bi-allelic variants of TTN gene in the patient. One allele had a single missense variant of [c.24124G>T (p.V8042F)], while the other allele consisted of three missense variants of [c.29222G>C (p.R9741P) + c.67490A>G (p.H22497R) + c.75376C>T (p.R25126C)]. The p.V8042F allele was transmitted from his mother, while the other haplotype allele was putatively transmitted from his father. His two unaffected sons had only the p.R9741P. These variants have been not reported or rarely reported in the public human genome databases (1,000 Genome, gnomAD, and KRGDB). Most variants were located in the highly conserved immunoglobulin or fibronectin domains and were predicted to be pathogenic by the in silico analyses. The TTN giant protein plays a key role in muscle assembly, force transmission at the Z-line, and maintenance of resting tension in the I-band. In conclusion, we think that these bi-allelic compound heterozygous mutations may play a role as the genetic causes of the LGMD phenotype.

고관절과 어깨의 점진적인 근육 약화를 특징으로 하는 지대형 근이영양증(limb-girdle muscular dystrophy: LGMD)은 우성 및 열성 유전을 모두 보여주며, TTN을 비롯한 많은 유전자가 발병과 관련된 것으로 알려져 있다. 본 연구는 40대 중반의 늦은 발병을 나타낸 상염색체 열성 LGMD 및 심방 조동의 증상을 가진 한 남성 환자의 유전적 원인을 규명하기 위해 수행되었다. 전장 엑솜 서열분석을 수행하여 환자로부터 TTN 유전자의 복합 이형 접합성 변이의 대립유전자를 동정하였다. 한 대립유전자는 [c.24124G>T (p.V8042F)]의 단일 변이를 보였지만, 다른 대립유전자는 [c.29222G>C (p.R9741P) + c.67490A>G (p.H22497R) + c.75376C>T (p.R25126C)]의 세 변이로 구성된 단상형이었다. 대립유전자 중 p.V8042F는 어머니로부터 유전된 반면, 다른 단상형 대립유전자는 아버지로부터 유전된 것으로 추정되었다. 본 연구에서 분리된 TTN 변이들은 공공 인간 유전체 데이터베이스(1,000 Genomes, gnomAD 및 KRGDB)에서 보고되지 않았거나 매우 낮은 빈도로 보고되었다. 대부분의 변이들은 고도로 보존된 면역글로불린 또는 피브로넥틴 도메인에 위치했으며, 일부 in silico 분석에 의해 병원성인 것으로 예측되었다. TTN 거대 단백질은 근육 조립, Z-라인에서 힘 전달, I-밴드에서 안정 장력 유지에 중요한 역할을 한다. 결론적으로, 우리는 이러한 이형접합성 복합 돌연변이의 이중 대립유전자가 LGMD 표현형의 유전적 원인으로서 작용할 수 있을 것으로 제시한다.

서론

근육병(myopathy)으로도 불리는 근이영양증(muscular dys- trophy)은 유년기부터 성인에 이르기까지 광범위한 연령층에서 발병하여 점진적인 근력의 약화와 근력 손실과 같은 다양한 표현형적 이질성을 보이는 유전성 질병으로, 인구 10만 명당 5~10명의 발병률을 나타낸다. 근이영양증은 종종 연하곤란, 심부전, 심장 부정맥 등의 환자에게 치명적인 증상을 동반하기도 한다. 근이영양증은 상염색체 우성과 열성, X-연관 우성과 열성의 유전 양상을 모두 보이며, 매우 다양한 유전적 원인으로 발병한다[9,28]. 즉, 유전적 원인과 임상적 특징에 따라 뒤센형(Duchenne type), 베커형(Becker type), 지대형 (limb-girdle type), 안면견갑상완근형(facioscapulohumeral type), 근긴장성(myotonic type), 말초형(distal type) 등 많은 유형으로 분류된다.

그 중 지대형 근이영양증(limb-girdle muscular dystrophy; LGMD)은 팔다리 이음 구조 및 골반, 어깨의 근육 약화를 시작으로 하는 퇴행성 근육 질환으로, 근육 비대, 비대칭, 위축 및 약화의 증상을 나타낸다. LGMD는 우성과 열성 방식의 유전이 모두 관찰되는 바, 우성을 나타내는 유전자로는 DNAJB6 (MIM 611332), TNPO₃ (MIM 610032), HNRNPDL (MIM 607137)가 있으며[13, 21, 29], 열성 유전자로는 TTN (MIM 188840), DYSF (MIM 603009), TRIM32 (MIM 602290), FKRP (MIM 606596), SGCA (MIM 600119), SGCB (MIM 600900), SGCD (MIM 601411), SGCG (MIM 608896)가 알려져 있으며 [2, 3, 7, 10, 19, 23], 우성 및 열성을 모두 보이는 유전자로 CAPN₃ (MIM 114240)가 알려져 있다[26].

LGMD를 유발하는 많은 유전자 중, 염색체 2q31.2 좌위에위치하면서, TITIN (TTN) 단백질을 암호화하는 TTN 유전자의 돌연변이는 상염색체 열성의 LGMD 2J형(LGMD2J; MIM 608807)을 유발하는데, LGMDR10으로도 불린다[6, 10, 14, 32]. TTN의 돌연변이는 LGMD2J 뿐만 아니라, 확장성 심근병증 1G형(dilated cardiomyopathy type 1G; MIM 613765), 우성 근섬유 근병증-9(myofibrillar myopathy-9; MIM 603689), 우성 경골 근이영양증(tibial muscular dystrophy; MIM 600334), 열성 살리 근병증(Salih myopathy; MIM 611705) 등을 유발하는 것으로 알려져 있다[4, 5, 8, 10, 16, 20].

핀란드의 LGMD2J의 대가족으로부터 처음 동형접합성 11-bp 결실 TTN 돌연변이가 발견된 이후[10], Dabby 등(2015) 은 루마니아와 헝가리 혈통의 비교적 가벼운 증상의 LGMD2J 남성으로부터 p.K26350T와 p.A6135G의 복합 이형접합성 돌연변이들(compound heterozygous mutations)을 분리하였다 [6]. 아시아 지역에서의 TTN 돌연변이에 의한 근이영양증 환자는 유럽에 비해 비교적 드문 것으로 보이지만, Zheng 등이 중국의 한족 LGMD 가계로부터 동형접합성 p.W35930R 돌연변이를 분리한 바 있으며[32], Liu 등은 확장성 심근병증(di- lated cardiomyopathy) 가계로부터 p.R4109*와 p.G5919 R의 복합 이형접합성 돌연변이를 보고하였다[20]. 한국에서는 Park 등이 척추 경직 증후군(rigid spine syndrome)과 호흡 장애를 나타내는 환자로부터 c. 14372-2A>G와 p.R34175*의 복합 이형접합성 돌연변이를 동정하였으며[24], Jang 등은 선천성 근육병과 지연된 운동 발달을 나타내는 근이영양증 환자로부터 c.29963-1G>C와 p.R30938Kfs*15 이형접합성 돌연변이를 보고한 사례가 있다[14].

TTN 단백질은 미오신과 액틴 다음으로 심근 및 골격근에서 세 번째로 풍부하게 존재하는 매우 거대한 필라멘트 단백질이다. TTN의 거대한 크기와 복잡한 구조는 근육이 수축하는 동안 근육의 기계적 유지를 제공한다. TTN은 Z-선에서 M- 선까지 절반의 근절에 걸쳐 존재하면서 서로 연결하며, 액틴, 미오신, 네불린, 액티닌 트로포미오신, 칼페인-3 등의 많은 근단백질들과 구조적으로 상호작용하여 근섬유의 조립, 안정성 및 신호전달에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다[1, 15, 16, 22].

본 연구는 열성으로 추정되는 LGMD 가계를 대상으로 전장 엑솜 서열분석(whole exome sequencing; WES)을 수행하고, 근육병 관련 유전자들로부터 보고되지 않았거나 희귀 변이들의 선발 과정을 통해 발병의 유전적 원인을 밝히고자 하였다. 그 결과, LGMD2J를 유발하는 TTN 유전자에서 병원성 돌연변이의 후보로서 신규 복합 이형접합성 대립 유전자들을 환자의 유전체로부터 분리하였다. 동정된 두 대립유전자들 중 하나는 일반적인 단일 변이를 보였지만, 다른 하나는 3개의 변이로 구성된 단상형(haplotype)의 특징을 보였다.

재료 및 방법

환자 검체의 수집

본 연구는 LGMD 근육병 환자 1명과 정상인 4명이 포함된 한국인 가계(가계 ID: Myo31)를 대상으로 유전적 원인 규명을 위한 연구를 수행하였다(Fig. 1A). 본 연구에 참여한 Myo31 가계의 환자에 대한 검체로 혈액을 채취하였으며, 비환자들에대해서는 모근을 삼성서울병원에서 채취하였다. 본 연구는 공주대학교(KNU_IRB_2018-06)와 삼성병원(2014-08-057-002)의 기관 생명 윤리위에 의해 승인되었으며, 본 연구에 참여한 모든 사람들로부터 서면 동의를 받았다.

Fig. 1. An LGMD family with TTN biallelic mutations. (A) Pedigree of the Myo31 with LGMD. The open symbols (□, ○) indicate unaffected individuals and the filled symbol (■) indicates affected individual. The proband is indicated by an arrow. Haplotypes of TTN variants are shown at the bottom of all the examined individuals. (B) Sequencing chromatograms of the TTN mutations. Vertical arrows indicate the mutation sites.

임상 및 전기생리학적 검사

환자의 임상적 특징으로 발병 연령 및 장애 정도를 조사하였다. 운동 및 감각 장애, 심부건 반사(deep tendon reflex) 및 근육 위축에 대한 검사를 수행하였으며, 굴곡근(flexor mus- cle)과 폄근(extensor muscle)의 근력은 medical research council (MRC)의 표준 척도를 사용하여 측정하였다. 전기 생리학적 분석으로는 말초신경전도와 근전도를 검사하였다. 아울러, 혈청의 creatine kinase (CK)의 활성도, 호흡 기능 및 심장 초음파 검사를 시행하였으며, 이와 함께 가쪽넓은근(vastus lateralis)에 대한 근육 조직 검사를 수행하였다.

MRI 검사

MRI 검사는 MAGNETOM Skyra의 3.0-T system (Siemens Healthcare, Frankfurt, Germany)을 사용하여 앙와위 자세에서 양측 하지를 동시에 촬영하였다. 영상은 축상면(axial plane)과 관상면(coronal plane)을 얻었고, 관상면의 고속스핀 에코 T1-강조 영상은 골반 1부위와 양측 대퇴부 및 종아리 근육의 근위 및 원위부 각각 2곳을 포함해 총 5곳에 대해 분석하였다. 종아리 근육 MRI에서 앞정강근(tibialis anterior)과 긴발가락폄근(extensor digitorum longus)이 속한 전면 구획, 긴 종아리근(peroneus longus)이 속한 측면 구획, 가자미근(soleus) 과 장딴지근(gastrocnemius)이 속한 얕은 후면 구획 및 뒤정강근(tibialis posterior), 긴발가락굽힘근(flexor digitorum lon- gus)이 속한 깊은 후면 구획의 네 구획으로 나누어 근위축과 지방 침윤을 분석하였다.

DNA 분리 및 전장 엑솜 서열분석

혈액으로부터 genomic DNA는 HiGene Genomic DNA Prep Kit (Biofact, Daejeon, Korea)를 이용하여 정제하였으며, 모근으로부터 genomic DNA는 QIAamp DNA micro Kit (Qiagen, Hilden, Germany)를 이용하여 정제하였다. WES 수행을 위해 엑솜은 SureSelect Human All Exon 50M kit (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)를 사용하여 포획하였으며, 차세대 염기서열분석(next generation sequenc- ing)은 HiSeq 2000 Genome Analyzer (Illumina, San Diego, CA, USA)를 사용하여 수행하였다[18]. WES의 전 과정은 Macrogen Inc. (Seoul, Korea)에서 수행하였으며, read depth 는 평균 100X 이상이 되게 하였다. WES 수행으로 얻어진 초기데이터의 FASTQ 파일의 조립 및 주석달기는 UCSC hg19 (GRCh37, http://genome.ucsc.edu)를 참조 서열로 하여 수행하였으며, GATK (https://software.broad institute.org/gatk/) 와 SAMtools (http://samtools.sourceforge.net/)를 사용하여 작은 변이들(small nucleotide variants: SNV)을 VCF 파일로 변환하였다.

VCF 파일의 SNV 목록으로부터 기능적으로 유의미한 변이들로서 missense, nonsense, exonic small indel 및 splicing 자리 변이를 선택한 다음, 대립유전자 빈도가 0.01 이하로 매우 드문 변이를 공공 database인 dbSNP154 (http://www. ncbi.nlm.nih.gov), 1, 000 Genomes Project Database (1000G; http://www.1000genomes.org/), Exome Variant Server (EVS; http://evs.gs.was.hington.edu/EVS/), Genome Aggregation Database (gnomAD; http://gnomad.broadinstitute.org), 및 한국인 참조 유전체 데이터베이스(Korean Reference Genome Variants Database (KRGDB); http://coda.nih.go.kr/coda/ KRGDB/index.jsp)로부터 검색하여 선별하였다. 병원성 변이 후보는 가족 구성원 전체를 대상으로 SeqStudio Genetic Analyzer (Life Technologies-Thermo Fisher Scientific, Foster City, CA, USA)를 사용하여 Sanger sequencing을 수행하여 변이의 가족 내 유전 양상을 조사하였다.

mtDNA의 결실 및 결핍 검사

mtDNA의 4, 977 bp (m.8182-13982)의 빈번하게 발견되는 거대 결손(common long deletion)을 확인하기 위한 long template PCR은 Solg EF-Taq Polymerase (Solgent, Dajeon, Korea)와 forward (m.8182-8208) 및 reverse (m.13981-13957) primer 쌍을 사용하여 수행하였다. mtDNA의 결핍(deple- tion) 검사는 SYBR Green Real-Time PCR Mix (Biofact, Dajeon, Korea)와 CFX96 Real-Time PCR System (BioRad, Hercules, CA, USA)을 이용한 실시간 정량 PCR을 통해 수행하였다. 결핍의 정도는 ACTB1 핵 유전자에 대한 mtDNA ND1 및 COX1 유전자의 상대적인 양(dosage)으로 결정하였다. 환자의 mtDNA의 결핍 검사를 위한 대조군으로는 미토콘드리아 성 질환이나 근신경계 질환이 없는 정상인 중 연령과 성을 일치시킨 5명을 선별하였다.

보존성 분석 및 in silico 예측

돌연변이가 일어난 아미노산 서열의 척추동물들 간의 보존성 분석은 MEGA-X ver.5.05 (https://www.megasoftware. net/)를 사용하였으며, in silico 예측은 PROVEAN (http:// provean.jcvi.org/seq_submit.php), PolyPhen-2 (http://genetics. bwh.harvard.edu/pph2/) 및 MUpro (http://www.ics.uci. edu/~baldig/mutation)를 사용하였다. TTN 단백질의 돌연변이에 의한 3D 구조적 변화를 예측하기 위해서는 NCBI 데이 터베이스(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/7273)로부터 얻은 TTN의 FASTA 서열로부터 I-TASSER (https://zhanglab. dcmb.med.umich.edu/I-TASSER/)를 이용하였다[30,31]. 예측된 구조 변화에 따른 단백질 모델은 RSCB PDB의 3D Protein viewer를 사용하였다(https://www.rcsb.org/) [27].

결과 및 고찰

임상적 특성

Myo31 환자는 근신경계 관련 질환의 가족력이 없는 정상 부모로부터 태어났으며, 열성 유전의 양상을 보였다(Fig. 1A). 환자는 45세의 늦은 나이에 양하지 근위부의 위축이 처음 발생한 후 점차 악화되어 계단을 오르거나 앉은 자세에서 혼자 일어나기 힘들었고 이동할 때 숨이 차는 증상이 있었으며, 하지의 근육 위축이 관찰되었다. 심전도 검사에서 심방조동 (atrial flutter)이 확인되었다. 신체 검사상 하지 근위축 증상을 보이고, CK 활성도가 6062 IU/L로 정상의 35.6배 이상 증가되었다. 근육의 신경학적 관찰 결과 주로 고관절 굴곡근과 어깨 주변 근육 등의 근위부 근력 약화가 관찰되었다. 팔다리에서 시행한 말초신경전도는 정상 범위의 전도 속도와 활동전위를 보였다. 근전도 검사에서는 근위부 및 원위부 근육에서 모두 양성 예파(positive sharp wave) 및 섬유자발 전위(fibrillation potential) 등의 근육병 증상의 특징이 관찰되었다. 가쪽넓은근에 대한 조직 검사에서 근육에 염증세포 침윤과 함께 디스페린(dysferlin)의 소실이 관찰되었다. 이와 같은 환자의 근 위축과 근육 조직 손상의 상태를 함께 고려하여 LGMD로 진단되었다.

TTN 유전자로부터 복합 이형접합성 단상형 대립유전자의 분리

Myo31 환자의 WES 수행으로 얻은 VCF 파일로부터 필터링 과정을 통해 근육병이나 말초신경병을 유발하는 유전자들로부터 보고된 적이 없거나 매우 낮은 빈도로 보고된 기능적으로 유의적인 변이들을 선별하였다. 그 결과, TTN, ANO₃, TRIM54, B3GALNT2, DOK7, PLEC, KIF1B 및 BNMT1에서 하나 이상의 변이가 관찰되었지만, TTN 유전자로부터 보고되지 않았거나 매우 드물게 보고된 4개의 변이들만이 환자 가계의 열성 유전 양상과 일치하였다(Table 1).

Table 1. Unreported or rare variants of myopathy- and peripheral neuropathy-related genes observed in the patient with LGMD

Abbreviations: 1,000G: 1,000 Genomes Project, B: benign, EVS: Exome Variant Server, gnomAD: Genome Aggregation Database, KRGDB: Korean Reference Genome Variants Database, LB: likely benign, UR: unreported, US: uncertain significance.

^a Scores of PolyPhen-2 (PP2) ~1, and PROVEAN (PRO) <-2.5, MUpro (MU) <0 indicate pathogenic prediction (^* denotes a pathogenic prediction).

연구에 참여한 모든 가족 구성원들을 대상으로 수행한 Sanger sequencing으로부터 환자의 이형접합성 복합 유전자형을 결정하였다(Fig. 1B). 즉, 변이들의 가족내 분리(segrega- tion) 상태를 조사하였을 때. Myo31 환자는 [c.24124G>T (p.V8042F)]의 단독 변이의 대립유전자와 [c.29222G>C (p.R9741P) + c.67490A>G (p.H₂₂497R) + c.75376C>T (p.R25126C)]의 단상형 대립유전자를 각각 이형접합성으로 보유하고 있음을 확인하였다. 정상의 어머니는 [p.V8042F]를 보유한 것으로 볼 때, 유전자 검사를 실시하지 않은 사망한 아버지로부터 [p. R9741P + p.H₂₂497R + p.R25126C]의 단상형 대립유전자를 물려받았을 것으로 추정되었다. 환자의 배우자는 어떤 변이도 가지지 않았으며, 2명의 아들은 모두 p.V8042F 변이만 보유하고 있었다(Fig. 1A). [p.R9741P + p.H₂₂497R + p.R25126C] 의단상형 대립유전자는 아직 병원성이나 비병원성으로 보고된 적이 없으며, 각각의 개별 변이들은 ClinVar (https://www. ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/)에 “불확실한 유의미성(uncertain significance)”으로 보고되었다. p.V8042F는 1000G와 EVS에서 보고되지 않았으며, gnomAD와 KRGDB에서는 각각 2.45E-05와 0.0009의 매우 낮은 빈도로 보고되었다. p.R9741P 와 p.H₂₂497R는 1000G에서 0.0008과 0.0006, gnomAD에서 0.0005과 0.0003, KRGDB에서 0.0068과 0.0050의 낮은 빈도로 보고되었다. p.R25126C 변이는 1000G에서 보고되지 않았지만, EVS, gnomAD 및 KRGDB에 각각 0.0001, 0.0003 및 0.0040 의 낮은 빈도로 등록되었다.

해당 변이들에 대한 PolyPhen-2, PROVEAN, MUpro를 이용한 in silico 분석에서 p.V8042F, p.R25126C 변이가 하나 이상의 프로그램에서 병원성으로 예측하였다(Table 1). 보존성 분석에서는 p.H₂₂497R을 제외한 대부분의 돌연변이 부위가 척추동물 간에 비교적 잘 보존된 부위에 위치하고 있었다(Fig. 2A). 또한 변이들은 보존성이 높은 immunoglobulin I-set (IgI) domain과 fibronectin type III (FNIII) domain에 위치하였는데, p.V8042F 및 p.R9741P는 IgI domain에 위치하였으며, p.H₂₂497R 및 p.R25126C는 FNIII domain에 위치하였다(Fig. 2B). IgI domain은 상호결합 기능에 관여하며, 여러 세포 접착 분자에서 발견되는 도메인으로 알려져 있다[11,12]. FNIII domain 또한, 세포 접착 및 세포의 형태, 이동에 관여하는 것으로 알려져 있으며, 인테그린 등 다른 분자와 상호작용하는 부위로 Arg-Gly-Asp (RGD) 서열이 존재한다[17,25].

Fig. 2. Conservation and location of TTN variants. (A) Conservation analysis of amino acid sequences on the mutation sites. The mutation sites and around amino acid sequences are well conserved between the different vertebrate species except for p.H₂₂497R (Homo sapiens: NP_596869.4, Mus musculus: NP_001372637.1, Bos taurus: XP_024835650.1, and Danio rerio: XP_021334745.1). (B) Location of the four variants in TTN protein. Variants observed in this study and some previously reported pathogenic variants are shown by red and black, respectively.

mtDNA의 결손 및 결핍 검사

Myo31 환자의 mtDNA에서 4, 977 bp의 거대 결손 검사에서 결손은 관찰되지 않았다(Fig. 3A). 아울러, ND1과 COX1 유전자를 이용한 mtDNA의 결핍 검사에서도 대조군에 비해 환자에서 약간 낮은 mtDNA의 농도를 보였지만, 유의적 차이는 없었다(ND1: 0.70+0.08, p = 0.117; COX1: 0.70+0.05, p = 0.121) (Fig. 3B).

Fig. 3. Determination of mtDNA long deletion and depletion in the patient with LGMD. (A) Common mtDNA deletion (4, 977 bp). 5.8 kb and 2.3 kb band indicates wild type and the common deletion of the mtDNA (M: 1 kb ladder, WT: wild type mtDNA with no deletion, Del: mtDNA with 4, 977 bp deletion). (B) Depletion of mtDNA. Age- and sex-matched five unaffected individuals were used as the controls. Dosages of the mtDNA ND1 and COX1 genes were relatively determined by that of nuclear ACTB1 gene. Controls’ mtDNA dosages were indicated by 1 (□: control, ■: patient).

돌연변이에 의한 TTN 단백질의 3D 구조의 변화

IgI domain과 FNIII domain에 위치하는 네 개의 변이에 대해 I-TASSER와 PDB를 이용하여 돌연변이에 의한 TTN 단백질의 3차원적 구조 변화를 예측하였다(Fig. 4). p.V8042F, p.R9741P, p.H₂₂497R의 경우 정상 단백질의 수소결합이 돌연변이 구조에서는 끊어진 것으로 예측되었으며, p.R 25126C 의 경우는 여러 수소 결합 구조가 끊어져 단백질의 구조가 변화된 것으로 예측되었다.

Fig. 4. Prediction of conformational changes of TTN protein 3D structure by mutations (left: wild structure, and right: mutant struc- ture). (A) p.V8042F, (B) p.R9741P, (C) p.H22497R, and (D) p.R25126C.

MRI를 통한 하지의 근위축과 지방침윤 확인

45세에 시행된 환자의 양측 하지 MRI에서 근육병에 합당한 근육 손상이 확인되었다(Fig. 5). 골반 부위의 양측대둔근(glu- teus maximus), 넙다리빗근(sartorius), 대퇴근막장근(tensor fascia lata)과 양측 허벅지의 앞측 전방구획근(anterior compartment muscle) 및 내전근(adductor muscle)에서 T1 신호증가가 관찰되었다(Fig. 5A, Fig. 5C). 뒤넙다리근(hamstring muscle, arrowhead)에서는 T1 신호 증가와 함께 지방 침윤과 근 위축이 동반되었으며(Fig. 5D, Fig. 5E). 종아리 근육에서도 좌측 깊은 후방 구획 근육(deep posterior compartment)을 제외한 모든 근육에서 T1 신호 증가와 지방 침윤, 근위축이 발생하였다(Fig. 5F). 아울러 양 하지 전반에 걸친 피하부종(subcu- taneous edema)이 관찰되었다.

Fig. 5. Lower limb MRIs of the patient. (A, B) T1-weighted coronal images. (C-F) Axial images. Fatty infiltration and muscle atrophy were prominently observed in the posterior compartment (▷) of both thigh muscles (D, E), while they were not observed in the deep posterior compartment of both calf muscles (F). Abbreviations: AB: adductor brevis, AL: adductor longus, AM: adductor magnus, BF: biceps femoris, BFL: long head of biceps femoris muscle, BFS: short head of biceps femoris muscle, EDL: extensor digitorum longus, FDL: flexor digitorum longus, GL: gastrocnemius lateralis, GM: gastrocnemius medialis, Gmax: gluteus maximus, Gr: gra- cillis, PL: peroneus longus, RF: rectus femoris, SM: sem- imembranosus, SO: soleus, Sr: sartorius, ST: semite- ndinosus, TA: tibialis anterior, TFL: tensor fascia lata, TP: tibialis posterior, VI: vastus intermedius, VL: vastus lateralis, VM: vastus medialis.

결론

본 연구에서 분리된 단상형 대립유전자를 포함한 복합 이형 접합성 변이가 열성 LGMD의 유전적 발병 원인으로 작용했을 가능성이 상당히 높다고 판단된다. 이에 대한 근거로는 대부분의 돌연변이들이 지금까지 한국인은 물론 세계적으로 보고되지 않았거나, 매우 낮은 빈도로 보고되었으며, 환자가 보유한 돌연변이 대립유전자를 정상인 부모로부터 각각 물려받아, 열성 가계의 유전 양상과 일치하였다. 또한, 대부분의 돌연변이가 근육의 구조 및 다른 분자들과의 상호작용에 매우 중요한 역할을 수행하는 IgI domain과 FNIII domain에 위치하며, 돌연변이 부위의 아미노산 서열은 척추동물 내에서 보존 성이 상당히 높았다. 아울러, 단백질의 3차원 구조도 돌연변이로 인해 수소결합이 바뀌는 등 상당한 입체 구조의 변화를 예측하였다. 그렇지만, 지금까지 밝혀진 TTN의 병원성 돌연변이들 중에는 종결 코돈의 생성이나 frameshift 돌연변이들이 많은 것으로 볼 때, 본 연구에서 관찰된 개별 돌연변이들이 단독으로는 병원성으로 작용하지는 않지만, 단상형 대립유전자의 여러 변이들이 상호 의존적으로 단백질 구조 및 기능에 영향을 미칠 경우 병원성으로 작용할 수도 있을 것으로 예상된다.

감사의 글

본 연구는 한국연구재단으로부터 연구비를 지원받아 수행되었음(2019R1A2C1087547, 2020M3H4A1A03084600 및 2021R1A4A2001389).

The Conflict of Interest Statement

The authors declare that they have no conflicts of interest with the contents of this article.