烟雾病是一种罕见的疾病，其特征在于脑血管闭塞和易于出血的侧支血管的发展。大约病例是家族性的，具有假定的低外显率常染色体显性遗传模式。诊断通常仅在临床表现后发生。最近鉴定出的指蛋白创始人突变在亚洲人群中做出了重大贡献，但这种病的病因尚不清楚。为了进一步开发烟雾病的变异景观，研究人员使用相同的外显子组和分析平台对多个不相关的，主要是非家族的，种族多样的烟雾病患者进行了高度深度的全外显子组测序，与多个内部测序的匹配对照平行。建立了三个亚群：亚洲人，高加索人和非指蛋白创始人突变病例。研究人员为亚洲病例中先前观察到的指蛋白创始突变提供了额外的支持，这些突变在东亚人中比东南亚和太平洋岛民病例更为丰富并且在所有白种人病例中都不存在。白种人和非指蛋白建立者突变病例中最富集的变体是，一种参与类激活的基因。折叠变异方法将排列为高加索人群中最富集的和非指蛋白创始人突变病例。这些发现进一步支持了指蛋白的东亚起源变体并更全面地描述了多民族烟雾病的遗传景观，揭示了在烟雾病因学和诊断中可能重要的新型，替代候选变体和基因。
　　烟雾病是一种罕见的脑血管疾病，其特征为双侧进展性，偶见单侧狭窄和闭塞性颈内动脉闭塞，并伴有大脑中动脉和大脑前动脉，通过脆弱，异常的侧支血管的发展。患者有出血或缺血性中风，癫痫发作和发育迟缓的风险。在病理学上，受影响的脉管系统表现出平滑肌细胞增生和破坏或重复的弹性层。患有唐氏综合症，镰状细胞病，神经纤维瘤病一型和小头畸形骨性增生原发性侏儒症二型等疾病患者的烟雾血管病发病率较高，统称为烟雾综合征。烟雾病在首次在日本被描述，并且曾被认为仅在日本人口中流行，尽管它已经在许多种族群体中被发现，包括欧洲，东亚，东南亚，太平洋岛民，韩国，高加索人，非洲人。美国人和西班牙裔。一项调查显示，美国西部的烟雾病发病，但最近的数据显示，美国全国的烟雾病发病率为。大约烟雾病例是家族性的，具有假定的低外显率常染色体显性遗传模式，并且已经报道了许多烟雾病相关基因座，已在特定基因中发现突变，包括影响特定烟雾综合征中的基因的缺失，其存在于混合的非亚洲人群中但不是在日本人口中。指蛋白被鉴定为亚洲烟雾病群体中的第一个烟雾病相关基因，虽然其确切功能尚不清楚，但是吗啉代在斑马鱼击倒基于导致血管生成缺陷，虽然鼠标敲模型显示无脑的表型，最近的证据表明在后肢缺血模型。
　　尽管取得了这些进展，烟雾病仍然难以诊断，其病因仍未得到充分了解。为了进一步鉴定烟雾病的遗传成分，研究人员在内部和平行测序了来自不相关的,主要是非家族的,种族不同的患者和几个匹配的正常对照的外显子组。由于烟雾病的罕见性和研究人员队列中患者的多样性，研究人员寻求在种族群体中识别其他罕见的，高外显率的创始人突变。研究人员还试图通过关注罕见的低外显率变异的聚类来发现病例/对照研究中的其他相关基因。研究人员还在不同的病例组中对指蛋白中的突变进行了充分表征，以测试其他种族群体中是否存在其他创始人突变。未来的研究将进一步阐明这些变异在不同种族的烟雾病中的作用。样本是在斯坦福大学神经外科接受旁路手术的烟雾病患者的同意和经斯坦福大学机构审查委员会批准后获得的。根据颈内动脉，颈内动脉和/或大脑中动脉的典型双侧和偶然单侧狭窄/闭塞的存在以及侧枝豆状纹膜穿孔动脉的存在，诊断血管造影烟雾病。在多名烟雾病患者中，约烟雾病患者被诊断患有高血压和/或高脂血症。没有烟雾病患者有颅脑照射史。这些病例主要是散发性的，有几名不相关的家族性烟雾病患者。少数也被诊断患有烟雾病相关疾病，如格雷夫斯病和唐氏综合症。通过基于主成分分析的聚类进一步证实了自我报告的案例种族。对照文库包含通过项目获得的脱氧核糖核酸，并在内部对烟雾病样品进行测序和分析。对照和病例原始测序数据进行比对，同时调用变体。在三个匹配的病例对照研究中的每一个中独立地进行分析以研究与烟雾病的变体和基因关联。如果呼叫质量未通过研究人员的内部质量控制标准或者样本中缺少的数据，则从分析中删除变量。使用精确检验评估剩余变体与疾病状态的关联。效应大小总结为从包含备选和参考等位基因计数的列联表的条件最大似然估计计算的比值比，假设为加性模型。条件独立性零假设的显着性检验采用双尾检验值直接从超几何分布获得。在遇到零细胞计数的情况下，获得比值比的零或无限值。
　　 烟雾病是一种罕见的，遗传异质的单基因疾病，几乎没有引起疾病的变异，因此研究人员应用其他变异纳入标准来减少报告烟雾病相关变异和基因时的错误发现。如果它们是：是编码蛋白质，则保留变体;基于种族特异性基因组频率信息，具有的次要等位基因频率;富含烟雾病例。根据这些标准，亚洲人群中已知的烟雾病等位基因可在先前描述的研究中被鉴定个基因组的指蛋白，在所有群体中等位基因频率，亚洲人群中等位基因频率。研究人员使用组合多变量和倒塌方法基于基因成员资格折叠了变异水平关联。基于各自的基因关联将变体分组。对所有箱内的计数进行多变量测试移植，以确定病例和对照之间的差异，并且基于分布计算渐近的方法用于计算错误发现率。为了确定与烟雾病相关的遗传变异，研究人员对多个种族多样化，无关，主要是非家族性烟雾病患者和来自几个基因组计划的几个性别和种族匹配的对照进行了高度深度的全外显子组测序。从一组档案组织中取出患者样品，并使用病例随机选择对照：基于性别和种族的对照匹配。样本分为两个种族匹配的病例对照研究：东亚，东南亚和太平洋岛民研究和高加索研究。还进行了第三次泛种族研究，其中选择了缺乏指蛋白创始人突变的病例和对照。列出了案例和控制人口统计数据，支持信息中列出了子文化。烟雾病例的年龄。对照病例的年龄相关数据不可用，但假设范围很广。已知烟雾病对女性的影响大于男性，因此研究人员的研究包含的雌性大约是男性的两倍。使用外显子组测序，读取比对，变体检测和注释的优化的逐步过程，在这多个样品中鉴定出总共多个变体。提取每个病例对照研究的变体，创建三个子集。一系列过滤步骤删除了未能通过过滤器的变体以及样本丢失数据的变量。遗传相似性检验证实，自我报告的种族通常根据遗传相似性聚类。两对自我宣布的高加索烟雾病样本是兄弟对并且，每个兄弟对中只有一个成员用于下游病例/对照分析。两个自我宣布的夏威夷病例和一个混合美国病例与韩国和日本病例聚集在一起，并且所有三个病例都被确定为具有遗传相似性的东亚血统。随后进行的关联试验，确定在东亚/东南亚/太平洋岛民数据集的变体，在高加索数据集变体，并在非多个变种指蛋白创始人突变的数据集，在所有显著。
　　 在亚洲亚组中鉴定出另外几种指蛋白变体。这些蛋白质编码变体中的几个先前未报道与烟雾病相关，并且没有一个在任何种族群体中显着富集。在一名菲律宾患者中，在与指蛋白建立者突变相同的氨基酸密码子中鉴定出第二变体。在亚洲病例中观察到两个纯合变体，但在任何亚洲对照中均未观察到。其中一个样本对于创始人突变是纯合的，而另一个样本是变体的纯合子，这是一种不存在于的新变体，未被几个基因组或检测到。以前也没有在烟雾病中确定过。为了在三个病例对照数据集中鉴定与烟雾病显着相关的基因，研究人员使用额外的过滤仅包括那些蛋白质编码的变体，在一般人群中具有低频率，被鉴定为单核苷酸变异，并且在烟雾病例中得到了丰富。然后将这些变体折叠成富集每个数据集的变体的基因。研究人员在东亚/东南亚/太平洋岛民数据集中鉴定了多个基因，在高加索数据集中鉴定了多个基因，在非指蛋白创始人突变数据集中鉴定了多个基因。被列为最富含变体的基因在高加索人和非指蛋白创始人突变病例中，在烟雾病例中独特的中有几个变异，对照中有几个独特，两者中有几个。
　　 研究人员已经在一组种族不同的烟雾病例中编制了指蛋白突变的摘要，其中一个文库已被组装以促进跨该种族进一步探索该基因。以前的研究表明，指蛋白创始人突变最为富集在日本人群中，目前在韩国和中国的人口，并在美国。研究人员独立证实该变体是亚洲烟雾病例中单个最富集的突变，并观察到该变异在任何自我宣布的太平洋岛民或东南亚烟雾病例中均未发现，但在东亚烟雾病例中存在。此外，该变体未在任何高加索人,南亚人,混合美洲原住民或非洲裔美国人的病例中发现，进一步支持先前发现指蛋白创始人突变起源于并且特异于东亚人口。研究人员在指蛋白基因中鉴定了其他蛋白质编码变体，包括许多罕见的非同义变体。研究人员还在与指蛋白建立者突变相同的密码子处观察到新的突变，表明该精氨酸位置的其他错义突变可能与烟雾病相关。研究人员还鉴定了一种新的纯合变体，其在基因组项目中未观察到，并且在中没有进入。特别值得注意的是，所有病例和对照中指蛋白中的所有蛋白质编码变体都是错义突变。还鉴定了许多同义突变，但未发现移码，无义或剪接位点突变，表明指蛋白中功能突变严重丧失可能是不能容忍的。包括创始突变在内的许多变异属于没有描述功能的蛋白质结构域，而在指蛋白的结构域中出现的那些变体不涉及在该无名指蛋白质家族中表征的保守的和假定的必需半胱氨酸和组氨酸残基。
　　研究烟雾病的一个重要障碍是缺乏重现疾病的合适模型。在指蛋白的情况下，小鼠模型显示没有脑血管表型，但在后肢缺血模型中有一些证据表明血管生成增加，而斑马鱼中吗啉代敲低导致异常血管生成。对此有无数解释，包括完全缺乏这种蛋白质可能无法反映变体的潜在功能获得。检查指蛋白创始人突变的具体后果，最近开发了来自三名烟雾病患者诱导多能干细胞来源的内皮细胞系，一名未受影响的杂合受试者和两名对照受试者。使用这种方法，他们确定了几个表达改变的基因，一个参与血管生成，染色体稳定性和脱氧核糖核酸修复的基因，并进一步暗示指蛋白蛋白与野生型相比增加基因组不稳定性。然而，目前尚不清楚这与烟雾病的关系以及指蛋白是否确实是烟雾病中的致病基因。有证据表明自身免疫性疾病与烟雾病有关，有证据表明感染可排除烟雾病血管造影。研究人员还先前报道了与对照受试者相比，多民族烟雾病患者血清中多种显着升高的自身抗体的表达。新型变体在高加索人和非指蛋白中与烟雾病显着相关创始人突变病例。该变异体在高加索人烟雾病例中被发现，而多个基因组计划表明它存在的高加索人对照中，表示比东亚人中指蛋白创始人突变的富集程度低得多。这些数据表明，如果突变是烟雾病的原因，那么它是一种比东亚人指蛋白突变低得多的外显率突变。变体的鉴定是有趣的，因为它通过与的相互作用在基因的转录中起作用。完全没有类基因表达的患者表现出严重的免疫系统受损并且经常经历严重的病毒，细菌或真菌感染。氨基酸改变发生在蛋白质的区域中，没有任何明确定义的功能结构域，但是其可能对的激活结构域的功能具有微妙的影响，这是激活基因所必需的。鉴定其他在免疫系统中具有已知作用的基因，强烈暗示了烟雾病中免疫应答改变的作用。涉及较大烟雾病患者群体的未来实验将进一步确定变体的临床诊断价值。
　　鉴于烟雾病中受影响的脑血管系统的特征是平滑肌细胞增殖，弹性椎板的重复破坏以及异常的血管生成，因此推测改变平滑肌细胞收缩性，细胞与细胞接触或细胞外基质的性质是有趣的。可能将平滑肌细胞从成熟和非增殖转变为分化程度较低和增殖不足。血管平滑肌细胞，内皮细胞和内皮细胞之间存在密切关系，其方面可以调节平滑肌细胞表型，如动脉粥样硬化的情况。对于条纹平滑肌细胞的结构和收缩性是必需的。缺失在斑马鱼模型导致骨骼肌的缺陷，以及在心脏和神经系统的发育，而在病中，变种的一直与肥厚性心肌病相关，其他变异与多种癌症有关。在该研究中鉴定的其他基因在细胞骨架组织，完整性和重塑以及内皮细胞沉积或重塑中具有已知的作用，在烟雾病中观察到的异常平滑肌细胞增殖和血管生成的背景下，这些变体可能干扰维持正常功能性脉管系统所需的平滑肌细胞和内皮细胞之间的复杂和复杂的通信。在本研究中，研究人员鉴定了指蛋白中的变体以及烟雾病患者独有的其他新基因和基因变体，尽管未发现其他创始突变，但研究人员强调了潜在疾病机制的复杂性。如前所述，研究人员的工作为指蛋白变体与种族的关联提供了额外的支持。一些研究进一步表明烟雾病表型和人口统计学的种族差异，但需要进行更彻底的分析才能得出结论。这些数据集的局限性包括相对较小的总体患者大小，存在的种族混合以及使用来自不同数据集的匹配对照的要求。然而，这些限制很大程度上是由于烟雾病在人群中的罕见性和患者样本的性质。通过对这种罕见疾病的相当大的队列内部和并行地对病例和对照进行测序和分析，研究人员能够证明对指蛋白的作用的支持在烟雾病中，以及鉴定与该疾病相关的新潜在基因。目前在这里提出的含有变体的基因在烟雾病中没有已知的直接作用，但代表了未来烟雾病研究的丰富候选者，包括疾病模型的发展和确定疾病易感性和诊断的潜在进展。未来的工作将解决这些变异和基因在烟雾病跨种族的潜在作用。