Genetic and epigenetic characterization of variant DMPK expansions as a modifier of phenotype in myotonic dystrophy type 1

Povećanje broja ponovljenih motiva u mikrosatelitskim lokusima ili dinamične mutacije uzrokuju skoro 50 neuroloških oboljenja, označenih kao bolesti ekspanzija ponovljenih motiva. Kvantitativan efekat broja ponovljenih motiva na fenotip i inheretno nestabilna priroda dinamičnih mutacija objašnjavaju jedinstvene karakteristike ove grupe bolesti, kao što su genetička anticipacija – ranije i teže ispoljavanje bolesti u narednim generacijama, i izrazito varijabilni klinički fenotipovi. Miotonična distrofija tip 1 (DM1) je uzrokovana ekspanzijama CTG tripleta u DMPK genu, čiji broj predstavlja glavnu determinantu ekstremno varijabilne kliničke prezentacije koja otežava predviđanje toka bolesti. Deo fenotipske varijabilnosti, neobjašnjene veličinom ekspanzije, ukazuje na postojanje dodatnih modifikatora bolesti. Kod ~5% DM1 bolesnika opisane su ekspanzije sa varijantnim tripletima (CCG, CTC, CAG), koji su dovedeni u vezu sa neobičnim i/ili blažim simptomima nego što bi se očekivalo na osnovu veličine ekspanzije datog bolesnika. Ovaj rad daje pregled dosadašnjih znanja o tipovima varijantnih tripleta u DMPK ekspanzijama, kliničkim karakteristikama bolesnika i mehanizmima kojim varijantni tripleti ostvaruju svoj modifikujući efekat na fenotip. Ključna uloga pripisuje se stabilišućem efektu varijantnih tripleta na DMPK ekspanzije u somatskim ćelijama, što objaš - njava kasniji uzrast početka simptoma bolesti, kao i stabilišućem efektu u polnim ćelijama što objašnjava odsustvo najteže forme bolesti u porodicama sa varijantnim tripletima. Takođe, rad predstavlja naše originalno otkriće metilacije varijantnih CCG tripleta, koje otvara pitanje uloge epigenetičkih mehanizama u stabilizaciji DMPK lokusa. Dosadašnja znanja ističu kliničku relevantnost varijantnih tripleta u pogledu pružanja adekvatnog genetičkog saveta i regrutovanja bolesnika za kliničke studije, i podržavaju somatsku nestabilnost ekspanzija kao metu za nove terapeutike.Repeat expansions in microsatellites or dynamic mutations cause ~50 neurological diseases, known as repeat expansion diseases. Quantitative effect of the repeat number and inherent instability of dynamic mutations underlie unique features of these diseases, such as genetic anticipation – an earlier and more severe disease presentation in successive generations, and a pronounced variability in clinical presentation. Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is caused by expansion of CTG repeats in DMPK gene, whose number is the main determinant of an extremely variable phenotype, making prognosis of the disease course challenging. A part of unexplained phenotype variability suggests the existence of disease modifiers. Variant repeats (CCG, CTC, CAG) are present in ~5% of patients and have been associated with unusual and/or milder symptoms than expected for a given expansion size. In this review, we provide an overview of types of variant repeats, clinical characteristics of patients, and mechanisms by which variant repeats modify DM1 phenotype. The key role is attributed to their stabilizing effect on DMPK expansions in the somatic cells, explaining a later age at symptoms onset, as well as in the germline cells, clarifying the absence of the most severe DM1 form in families with variant repeats. Additionally, we present our discovery of the methylation of CCG variant repeats, raising the question of the role of epigenetic mechanisms in the stabilization of DMPK locus. Current knowledge highlights the clinical relevance of variant repeats for genetic counseling and patient recruitment for clinical studies, and supports somatic instability of expansions as therapeutic targets