Pathogenicity Assessment of Pendrin (SLC26A4) Variants

Abstract

The SLC26A4 gene encodes a protein (pendrin, SLC26A4), which is essential for the proper development and function of the inner ear. SLC26A4 sequence alterations give rise to two forms of inherited hearing loss that are the Pendred syndrome and the autosomal recessive deafness DFNB4. These clinical entities are characterized by hearing loss associated with a specific malformation of the inner ear, the enlarged vestibular aqueduct (EVA). However, EVA can be caused by factors unrelated to SLC26A4. Therefore, sequencing of the SLC26A4 gene and assessment of the potential pathogenicity of the protein variants found, are necessary to give a conclusive diagnosis of Pendred syndrome or DFNB4. This study focused on five SLC26A4 protein variants (p.Q101R, p.I136N, p.L597S, p.A664V and p.G740V) found in four patients from the first cohort with hearing loss and EVA recruited in Austria. Of these variants, two (p.Q101R and p.I136N) were novel and for all of them the pathogenicity was not unequivocally established in former studies. The possible pathogenicity of these variants was assessed by measurement of their ion transport activities using a fluorometric method and determination of the cellular expression levels by confocal microscopy. Four of these variants (p.Q101R, p.I136N, p.L597S and p.A664V) demonstrated impaired function and reduced expression levels, consistent with a pathogenic potential, whereas one (p.G740V) showed unaltered features compared to the wild type protein. These findings led to a conclusive identification of SLC26A4 being the causative gene in two patients with hearing loss. The strong positive correlation between ion transport and expression levels indicates that reduction of expression is the main feature leading to loss of function of SLC26A4 variants.

Žmogaus SLC26A4 geno koduojamas baltymas pendrinas (SLC26A4) yra anijonų keitiklis būtinas taisyklingam vidinės ausies vystymuisi ir funkcionavimui. SLC26A4 geno sekos pakitimai sukelia dviejų tipų klausos praradimus – Pendred sindromą ir autosominį recesyvinį kurtumą (DFNB4). Šie genetiniai sutrikimai pasižymi specifiniu vidinės ausies vystymosi sutrikimu – prieangio latako išsiplėtimu (PLI). Kadangi PLI gali būti sukeltas ir kitų faktorių, nesusijusių su SLC26A4, galutinė Pendred sindromo ir DFNB4 diagnozė gali būti suteikta tik atlikus SLC26A4 geno sekos nustatymą ir nustačius baltymo variantų, turinčių sekos pakitimų, patogeninį potencialą. Šiame darbe tiriami penki mutantinio SLC26A4 baltymo variantai (p.Q101R, p.I136N, p.L597S, p.A664V ir p.G740V) rasti keturiuose pacientuose pirmoje Austrijos kohortoje (pacientų grupėje) su klausos praradimu ir PLI. Visų darbe tirtų baltymo variantų patogeniškumas nebuvo visiškai nustatytas ankstesniuose tyrimuose, ir du iš jų (p.Q101R ir p.I136N) šiame darbe paminėti pirmą kartą. Šių variantų patogeniškumas buvo nustatytas tiriant baltymo jonų pernašos aktyvumą naudojant fluorimetrinį metodą ir nustatant baltymo raiškos lygį ląstelėse naudojant konfokalinę mikroskopiją. Keturi baltymo variantai (p.Q101R, p.I136N, p.L597S ir p.A664V) pasižymėjo sutrikusia funkcija, sumažėjusiu raiškos lygiu ląstelėse ir atitiko patogeniškumo kriterijus. Vieno varianto (p.G740V) savybės, lyginant su laukinio tipo baltymu, buvo nepakitusios. Šio tyrimo rezultatai parodė, kad SLC26A4 genas yra atsakingas už dviejų pacientų klausos praradimą. Tyrimo metu stebėta teigiama koreliacija tarp baltymo jonų pernašos ir baltymo raiškos lygio ląstelėse parodė, kad baltymo raiškos sumažėjimas yra pagrindinis veiksnys sąlygojantis SLC26A4 baltymo variantų funkcijos praradimą.