Mutation analyses of Keratin 5 and Keratin 14 in Korean patients with epidermolysis bullosa simplex

Abstract

[한글]단순형 수포성 표피박리증(Epidermolysis bullosa simplex, 이하 EBS)은 표피 세포내의 케라틴 5번 또는 14번 유전자의 돌연변이에 의해 발생하는 유전성 수포성 질환으로 대개 상염색체 우성형태로 유전된다. 본 질환은 세포 골격을 유지하는데 중요한 단백질인 케라틴의 형성 이상으로 가벼운 외부 자극에도 쉽게 수포가 생성되며 조직 소견상 특징적으로 기저 세포의 세포질 내에서 세포의 분리가 나타난다. 환자는 임상적 중등도에 따라 심한 병변 양상을 띄는 Dowling-Meara형(EBS-DM), 전신적인 양상을 보이는 Koebner형(EBS-K), 그리고 국한성 병변 분포와 경한 양상을 나타내는 Weber-Cockayne형(EBS-WC)으로 분류하며 이전의 연구에 의하면 이러한 임상적인 중등도와 케라틴 단백 유전자의 이상 부위와 밀접한 상관 관계가 있음이 알려지고 있다. Dowling-Meara형의 경우 케라틴 단백의 말단 부위에 존재하는 매우 보존된 막대 도메인의 위치에서 대부분 변이가 발견되는 것으로 보고되고 있으며, K?bner형과 Weber-Cockayne형의 경우는 상기 부위 이외의 위치에서 다수 발견되는 것으로 알려져 있다. 현재까지 130여 개의 케라틴 5번 및 14번 유전자의 이상이 알려져 있으나 국내의 EBS에 대한 연구는 아직 제대로 이루어지지 않고 있는 상태이다.

본 연구는 16명의 한국인 EBS환자 및 그 가계를 대상으로 하였고, 돌연 변이 분석 결과 모든 환자에서 돌연변이가 발견되었다. 총 16건은 13개의 missene, 2개의 nonsense, 1 개의 small deletion 돌연변이로 밝혀졌다. 이중 기존에 보고되지 않은 7건의 새로운 돌연변이를 발견하였으며, 케라틴 5번에서 4개(p.V143F, p.R264P, p.C479X and p.Asn177del), 케라틴 14번에서 3개(p.R125L, p.E392X and p.L401P)가 각각 발견되었다. Dowling-Meara형으로 진단된 5명(K14-p.R125L, K-14p.R125H, K5-p.C479X, K5-p.E477K, K5-p.Asn177del)의 분석 결과 돌연변이의 위치가 모두 케라틴 단백질의 매우 보존된 막대 도메인의 말단 부위에 위치함을 확인하였다. K?bner형과 Weber-Cockayne형으로 진단된 환자의 돌연변이는 일부 예외가 있으나 주로 상기 부위 이외의 위치에서 발견되었다. 또한 한 환자의 경우(homozygous c.1174G>T, K14-p.E392X/p.E392X)는 드문 것으로 알려진 상염색체 열성 형태의 EBS로 확인되었다. 이상의 연구 결과로 국내의 EBS환자에서 비교적 특징적인 유전형과 표현형의 상관관계가 나타남을 확인하였고 이는 EBS에 대한 우리의 이해를 넓히고, 추후 산전 진단 및 예후 예측, 유전자 치료의 개발에 도움이 되는 자료로 이용될 수 있을 것으로 여겨진다.

[영문]Epidermolysis bullosa simplex (EBS) is a group of hereditary bullous disorders caused by mutations of the keratin genes KRT5 and KRT14. Patients present with widely varying severity and are classified into three main subtypes, EBS Weber-Cockayne (EBS-WC), EBS Koebner (EBS-K), and EBS Dowling-Meara (EBS-DM), on the basis of the distribution and severity of blisters. Detailed knowledge of the spectrum of EBS mutations and their genotype-phenotype correlation is essential for accurate genetic counseling, prenatal diagnosis and prediction of prognosis. To date, about 130 mutations associated with EBS have been identified in KRT5 and KRT14. A significant correlation between the position of the mutations within these proteins and the clinical severity of EBS has been noted.

In this study, we investigated 16 Korean EBS patients and their families by performing a sequence analysis of the entire coding sequences of KRT5 and KRT14. Pathogenic mutations were found in all cases. We have identified seven novel mutations: four mutations on the KRT5 (p.V143F, p.R265P, p.C479X and p.Asn177del), and three on the KRT14 (p.R125L, p.E392X and p.L401P). Nine mutations that have previously been reported were found within the KRT5 and KRT14 genes. Specifically, thirteen missense, two nonsense, and one small deletion mutation were found. Five of sixteen EBS patients were diagnosed with EBS-DM, and all mutations (K14-p.R125H, K14-p.R125L, K5-E477K, K5-p.C479X, K5-p.Asn177del) were located on the highly conserved ends of the alpha-helical rod domain, the helix initiation (HIP), or helix termination (HTP) peptides of KRT5 and KRT14. Eight and three mutations were reported in EBS-K and EBS-WC, respectively. The positions of mutation in both subtypes are more widely distributed within the rod domains and in the L12 linker domains of both keratin genes. Interestingly, K14-p.E392X/p.E392X had a homozygous recessive profile (c.1174G>T), and the patient showed a EBS-K phenotype. This study shows possible implications of the novel mutations on protein structure, keratin intermediate filament (KIF) formation and the corresponding phenotypes.