Abstract:

We describe four families with affected siblings showing unique clinical features: early-onset (before 1 year of age) progressive diffuse brain atrophy with regression, postnatal microcephaly, postnatal growth retardation, muscle weakness/atrophy, and respiratory failure. By whole-exome sequencing, we identified biallelic TBCD mutations in eight affected individuals from the four families. TBCD encodes TBCD (tubulin folding co-factor D), which is one of five tubulin-specific chaperones playing a pivotal role in microtubule assembly in all cells. A total of seven mutations were found: five missense mutations, one nonsense, and one splice site mutation resulting in a frameshift. In vitro cell experiments revealed the impaired binding between most mutant TBCD proteins and ARL2, TBCE, and β-tubulin. The in vivo experiments using olfactory projection neurons in Drosophila melanogaster indicated that the TBCD mutations caused loss of function. The wide range of clinical severity seen in this neurodegenerative encephalopathy may result from the residual function of mutant TBCD proteins. Furthermore, the autopsied brain from one deceased individual showed characteristic neurodegenerative findings: cactus and somatic sprout formations in the residual Purkinje cells in the cerebellum, which are also seen in some diseases associated with mitochondrial impairment. Defects of microtubule formation caused by TBCD mutations may underlie the pathomechanism of this neurodegenerative encephalopathy.

日本語要旨:

小児期早期(1歳未満)に発症し，進行性のびまん性脳萎縮，退行，小頭症，発達遅滞, 筋力低下，筋萎縮，呼吸不全という特徴的な臨床症状を呈する4家系8症例に全エキソーム解析を用いて遺伝子変異探索を施行した． その結果全8症例にTBCDの劣性変異を認め，ミスセンス変異5つ，ナンセンス変異1つ，スプライス部位の異常によるフレームシフト変異1つの計7変異を同定した．TBCDはtubulin-specific chaperonesと呼ばれる5つのシャペロン分子の１つで，微小管集合体において重要な役割を果たす．またARL2，TBCE，β-tubulinと結合することが知られているが，細胞実験においてこれらの結合能は低下していた．キイロショウジョウバエの嗅覚投射ニューロンを用いた実験では，TBCD変異により機能を失い，この変異は機能喪失型変異と考えられた．症例により重症度が大きく異なるが，TBCD蛋白の機能がどの程度機能が残されているかに起因すると考えられた．剖検例の脳組織学的検索においては小脳のプルキンエ細胞の変性所見が観察された．これはミトコンドリア異常症で観察される所見であり，TBCD変異により微小管に依存する細胞内ミトコンドリア輸送が障害されることがこの神経変性脳症の病態である可能性が示唆された．