Phân tích quy mô lớn các biến thể KCNQ2- vượt qua “nút thắt” trong đánh giá chức năng

KCNQ2. Phải thừa nhận rằng mình chưa viết về KCNQ2, điều này chưa phản ánh đúng vai trò rất quan trọng của gen này trong động kinh ở người. Các dạng động kinh liên quan đến KCNQ2 là một trong những nguyên nhân di truyền thường gặp nhất, và gần như luôn khởi phát bằng co giật ở giai đoạn sơ sinh.

Ban đầu, KCNQ2 được phát hiện đầu tiên trong các gia đình có co giật sơ sinh tự giới hạn. Sau đó, các biến thể gây bệnh của KCNQ2 cũng được xác định ở những trẻ bị bệnh não động kinh và phát triển khởi phát sơ sinh (DEE).

Trước đây, người ta cho rằng:

- Co giật sơ sinh tự giới hạn liên quan đến biến thể làm ngắn protein (protein-truncating variants)

- Còn DEE liên quan KCNQ2 thì do biến thể có hiệu ứng trội âm (dominant-negative variants)

Tuy nhiên, cũng như nhiều DEE khác, cách phân biệt “đen – trắng” này là quá đơn giản, và mối liên hệ giữa kiểu gen – kiểu hình trong các rối loạn liên quan KCNQ2 phức tạp hơn nhiều.

Nút thắt trong phân tích chức năng

Mặc dù giải trình tự gen và phân tích di truyền hiện nay đã rất chuẩn hóa và có thể thực hiện trên quy mô lớn, thì phân tích chức năng của các biến thể gây bệnh (hoặc nghi ngờ gây bệnh) lại đang tụt hậu.

Trong nhiều bệnh động kinh di truyền, việc phân tích chức năng chỉ có thể làm từng biến thể một, vô tình tạo ra một “nút thắt”: phần lớn các biến thể gây bệnh trong một gen cụ thể chưa từng được nghiên cứu chức năng.

Ở một số bệnh động kinh di truyền, sự thiếu hụt dữ liệu chức năng ban đầu có vẻ không quá ảnh hưởng đến điều trị. Ví dụ, trong hội chứng Dravet, người ta thường giả định rằng đa số các biến thể gây kiểu hình Dravet điển hình là loss-of-function.

Tuy nhiên, ngay cả giả định này cũng có thể sai lệch. Hiện nay, ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy những thay đổi chức năng phức tạp hơn ở Nav1.1, bao gồm cả gain-of-function, có thể gây DEE khởi phát sớm hoặc đau nửa đầu liệt nửa người.

Tình hình còn phức tạp hơn nữa ở những bệnh có nhiều cơ chế gây bệnh song song, như các rối loạn liên quan SCN2A, nơi cả gain-of-function và loss-of-function đều đã được ghi nhận.

Vượt ra ngoài khái niệm “tăng” và “giảm” chức năng

Các biến thể gây bệnh ở kênh ion là nguyên nhân di truyền phổ biến nhất của động kinh ở người. Những bệnh lý này – gọi chung là channelopathies – là mô hình kinh điển cho việc biến đổi di truyền dẫn đến thay đổi chức năng protein và gây động kinh.

Vì vậy, channelopathies cũng là ứng viên lý tưởng để nghiên cứu toàn bộ phổ thay đổi chức năng trong một gen gây bệnh cụ thể.

Việc hiểu chính xác thay đổi chức năng giúp:

- Phân nhóm kiểu hình tốt hơn

- Mở đường cho điều trị y học chính xác (precision medicine)

Tuy nhiên, càng phân tích sâu về kiểu hình và chức năng, chúng ta lại càng thấy sự đa dạng lớn hơn.

Ví dụ, biến thể tái phát phổ biến nhất ở SCN2A là p.R853Q không thể được xếp gọn vào nhóm gain-of-function hay loss-of-function.

--> Điều này cho thấy rằng ngôn ngữ hiện tại của chúng ta về “tăng” hay “giảm” chức năng là quá đơn giản, không đủ để mô tả thực tế sinh học.

KCNQ2 trên quy mô lớn

Trong nghiên cứu của Vanoye và cộng sự, nhóm đã đánh giá:

- 79 biến thể missense

- 2 biến thể mất đoạn trong khung đọc (in-frame deletion)

bằng phương pháp patch-clamp tự động, đồng thời khảo sát đáp ứng với retigabine – một thuốc mở kênh kali.

Kết quả chức năng của 18 biến thể gây bệnh đã được biết trước đó phù hợp với dữ liệu cũ, khẳng định rằng patch-clamp tự động là công nghệ đã chín muồi, có thể dùng để đánh giá biến thể bệnh trên quy mô lớn.

Phần lớn các biến thể KCNQ2 gây bệnh cho thấy:

- Giảm chức năng (loss-of-function)

- Kèm theo hiệu ứng trội âm (dominant-negative)

Điều quan trọng là các đặc điểm này không phân biệt rõ giữa:

- Co giật sơ sinh tự giới hạn

- Và DEE liên quan KCNQ2

--> Phát hiện này thách thức giả định trước đây rằng hai nhóm bệnh này luôn có hậu quả chức năng khác nhau. Trên thực tế, hiệu ứng trội âm có vẻ là cơ chế gây bệnh rất phổ biến của các biến thể missense KCNQ2, xuất hiện ở cả kiểu hình nhẹ lẫn nặng.

Retigabine

Nhờ khả năng mở rộng của patch-clamp tự động, nhóm nghiên cứu cũng đánh giá được đáp ứng với retigabine.

Mặc dù tất cả các biến thể đều có đáp ứng ở một mức độ nào đó, nhưng:

- Có biến thể đáp ứng rất mạnh

- Có biến thể đáp ứng rất ít

Điều này nhấn mạnh một điểm then chốt: đáp ứng điều trị là không đồng nhất, ngay cả trong cùng một gen.

Trong bối cảnh y học chính xác, không phải mọi biến thể đều phù hợp với cùng một chiến lược điều trị, và việc đánh giá đáp ứng cụ thể của từng biến thể là cực kỳ quan trọng. Điều này đúng với:

- KCNQ2 – retigabine

- SCN2A / SCN8A – thuốc chẹn kênh natri

Hiện tại, “điện sinh lý đã bước vào kỷ nguyên Omics” – tức là việc đánh giá chức năng kênh ion trên quy mô lớn không còn là điều bất khả thi.

Trong bài báo này, tác tác giả đã:

- Đánh giá 81 biến thể KCNQ2 song song

- Chứng minh rằng hiệu ứng trội âm phổ biến hơn nhiều so với dự đoán trước đây

- Cho thấy đáp ứng với retigabine khác nhau giữa các biến thể

Nghiên cứu của Vanoye và cộng sự là bước khởi đầu quan trọng trong việc mở rộng nghiên cứu chức năng các biến thể kênh ion liên quan động kinh, giúp bắt kịp tốc độ tăng nhanh của dữ liệu di truyền.

Kết hợp giữa di truyền – chức năng – kiểu hình sẽ giúp chúng ta hiểu bệnh tốt hơn, và từ đó tìm ra các liệu pháp chính xác và hiệu quả hơn cho người bệnh động kinh di truyền.

tài liệu tham khảo

Vanoye CG, Desai RR, Ji Z, Adusumilli S, Jairam N, Ghabra N, Joshi N, Fitch E, Helbig KL, McKnight D, Lindy AS, Zou F, Helbig I, Cooper EC, George AL Jr. High-throughput evaluation of epilepsy-associated KCNQ2 variants reveals functional and pharmacological heterogeneity. JCI Insight. 2022 Mar 8;7(5):e156314. doi: 10.1172/jci.insight.156314. PMID: 35104249; PMCID: PMC8983144.