Характеристика функциональных и клинических последствий миссенс-вариантов CACNA1A, выявленных при расстройствах нейроразвития

Ген CACNA1A кодирует α1A-субъединицу потенциалзависимого кальциевого канала CaV2.1, необходимого для возбудимости нейронов, высвобождения нейромедиаторов и передачи кальциевых сигналов. Патогенные варианты этого гена связаны с различными неврологическими и нарушениями развития, включая гемиплегическую мигрень, эпилепсию, задержку развития и атаксию. Однако вклад таких вариантов в расстройства нейроразвития изучен недостаточно. Клиническая гетерогенность и сложное влияние миссенс-вариантов на функцию канала затрудняют установление взаимосвязей между генотипом и фенотипом. В настоящем исследовании охарактеризованы биофизические свойства 42 миссенс-вариантов de novo, выявленных в когорте пациентов с расстройствами нейроразвития, включавшей более 31 000 человек, а также восьми распространённых вариантов из общей популяции. Все варианты de novo, кроме одного, изменяли биофизические свойства канала CaV2.1; у 50% из них регистрируемые токи полностью отсутствовали. Среди вариантов, при которых токи сохранялись, почти половина нарушала потенциалзависимое открывание канала, тогда как распространённые варианты не оказывали заметного влияния. Аналогичные результаты были получены при изучении репрезентативных вариантов в присутствии вспомогательных субъединиц β3 или β4. Экспрессия двух выбранных вариантов в нейронах, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека с нокаутированным CACNA1A, подтвердила сходные функциональные нарушения в нейронах человека. Моделирование с использованием модели клетки Пуркинье показало, что эти биофизические изменения существенно влияют на возбудимость. При объединении функциональных данных с прогнозами AlphaMissense было установлено, что миссенс-варианты CACNA1A повышают риск эпилептической энцефалопатии с нарушением развития. Наконец, сопоставление клинических признаков с молекулярными последствиями каждого варианта выявило значимые взаимосвязи между определёнными нарушениями функции канала и различными клиническими исходами. Полученные результаты углубляют понимание молекулярной патологии и подчёркивают потенциал персонализированного лечения заболеваний, связанных с CACNA1A.