A RAPGEF6 variant constitutes a major risk factor for laryngeal paralysis in dogs

• DOI: 10.1371/journal.pgen.1008416
• Publication Date: 2019-10-24T17:27:02Z
• Authors: Sheida Hadji Raso...; Laura Barrientos; Linda Anderegg; Carina Klesty; Jessica Lorenz; Lucie Chevallier; Vidhya Jagannathan; Sarah Rösch; Tosso Leeb
• Keywords: dogs; Cancer Research; breathing; [SDV.NEU.NB]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]/Neurobiology; Role of Long Noncoding RNAs in Cancer and Development; QH426-470; Breeding; Gene; 0403 veterinary science; pets and companion animals; Haplotype; Guanine Nucleotide Exchange Factors; Dog Diseases; Frameshift Mutation; Ribosome Structure and Translation Mechanisms; larynx; Allele; Laryngeal Nerves; Life Sciences; Exons; 04 agricultural and veterinary sciences; Codon, Nonsense; Vocal Cord Paralysis; Epigenetic Regulation; Research Article; RNA Splicing; Exon; [SDV.GEN.GA] Life Sciences [q-bio]/Genetics/Animal genetics; Dogs; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology; Genetics; Frameshift mutation; Animals; Humans; Genetic Predisposition to Disease; RNA Sequencing Data Analysis; Molecular Biology; Biology; Whole Genome Sequencing; [SDV.NEU.NB] Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]/Neurobiology; [SDV.GEN.GA]Life Sciences [q-bio]/Genetics/Animal genetics; Haplotypes; FOS: Biological sciences; genome-wide association studies; Veterinaria; homozygosity; mammalian genomics; variant genotypes; Arytenoid Cartilage; Genome-Wide Association Study

Laryngeal paralysis (LP) is the inability to abduct the arytenoid cartilages during inspiration, resulting in a partial to complete airway obstruction and consequent respiratory distress. Different forms of LP with varying age of onset exist in dogs. Hereditary early onset forms were reported in several dog breeds. In most breeds, hereditary LP is associated with other neurologic pathologies. Using a genome-wide association study and haplotype analyses, we mapped a major genetic risk factor for an early onset LP in Miniature Bull Terriers to a ~1.3 Mb interval on chromosome 11. Whole genome sequencing of an affected Miniature Bull Terrier and comparison to 598 control genomes revealed a 36 bp insertion into exon 15 of the RAPGEF6 gene (c.1793_1794ins36). The imperfect genotype-phenotype correlation suggested a complex mode of inheritance with a major genetic risk factor involving a recessive risk allele. Homozygosity for the insertion was associated with a 10- to 17-fold increased risk for LP. The insertion allele was only found in Miniature Bull Terriers and Bull Terriers. It was absent from >1000 control dogs of other dog breeds. The insertion sequence contains a splice acceptor motif leading to aberrant splicing in transcripts originating from the mutant allele (r.1732_1780del). This leads to a frameshift and a premature stop codon, p.(Ile587ProfsTer5), removing 64% of the open reading frame. Our results suggest an important role of RAPGEF6 in laryngeal nerve function and provide new clues to its physiological significance.<br/>La paralysie laryngée (LP) est l'incapacité d'enlever les cartilages aryténoïdes pendant l'inspiration, entraînant une obstruction partielle à complète des voies respiratoires et une détresse respiratoire conséquente. Il existe différentes formes de LP avec un âge d'apparition variable chez les chiens. Des formes d'apparition précoce héréditaires ont été rapportées chez plusieurs races de chiens. Dans la plupart des races, la LP héréditaire est associée à d'autres pathologies neurologiques. À l'aide d'une étude d'association à l'échelle du génome et d'analyses d'haplotypes, nous avons cartographié un facteur de risque génétique majeur pour une LP précoce chez les Bull Terriers miniatures à un intervalle d'environ 1,3 Mo sur le chromosome 11. Le séquençage du génome entier d'un Bull Terrier miniature affecté et la comparaison avec 598 génomes témoins ont révélé une insertion de 36 pb dans l'exon 15 du gène RAPGEF6 (c.1793_1794ins36). La corrélation imparfaite génotype-phénotype suggérait un mode héréditaire complexe avec un facteur de risque génétique majeur impliquant un allèle de risque récessif. L'homozygotie pour l'insertion a été associée à un risque 10 à 17 fois plus élevé de LP. L'allèle d'insertion n'a été trouvé que chez les Bull Terriers miniatures et les Bull Terriers. Il était absent de plus de 1000 chiens témoins d'autres races de chiens. La séquence d'insertion contient un motif accepteur d'épissage conduisant à un épissage aberrant dans les transcrits provenant de l'allèle mutant (r.1732_1780del). Cela conduit à un décalage de trame et à un codon d'arrêt prématuré, p.(Ile587ProfsTer5), en supprimant 64 % du cadre de lecture ouvert. Nos résultats suggèrent un rôle important de RAPGEF6 dans la fonction nerveuse laryngée et fournissent de nouveaux indices sur sa signification physiologique.<br/>شلل الحنجرة (LP) هو عدم القدرة على تبعيد الغضاريف الطرجهالية أثناء الشهيق، مما يؤدي إلى انسداد جزئي إلى كامل في مجرى الهواء وما يترتب على ذلك من ضائقة تنفسية. توجد أشكال مختلفة من الناظمة القلبية اللاسلكية مع اختلاف عمر ظهورها في الكلاب. تم الإبلاغ عن أشكال وراثية مبكرة في العديد من سلالات الكلاب. في معظم السلالات، يرتبط الناظمة القلبية اللاسلكية الوراثية بأمراض عصبية أخرى. باستخدام دراسة الارتباط على نطاق الجينوم وتحليلات النمط الفرداني، قمنا بتعيين عامل خطر وراثي رئيسي لظهور مبكر للـ LP في كلاب الثور المصغرة إلى فاصل ~ 1.3 ميجابايت على الكروموسوم 11. كشف تسلسل الجينوم الكامل لجينوم الثور المصغر المتأثر والمقارنة مع 598 جينوم تحكم عن إدخال 36 نقطة أساس في إكسون 15 من جين RAPGEF6 (c.1793_1794ins36). اقترحت العلاقة غير الكاملة بين النمط الجيني والنمط الظاهري نمطًا معقدًا من الميراث مع عامل خطر وراثي رئيسي ينطوي على أليل خطر متنحي. ارتبط تماثل الزيجوت للإدخال بزيادة خطر الإصابة بالتهاب الفقار الروماتويدي بمقدار 10 إلى 17 ضعفًا. تم العثور على أليل الإدراج فقط في كلاب الثور المصغرة وكلاب الثور. كان غائبًا عن أكثر من 1000 كلب تحكم من سلالات الكلاب الأخرى. يحتوي تسلسل الإدراج على شكل متقبل لصق يؤدي إلى الربط الشاذ في النصوص الناشئة من الأليل الطافر (r.1732_1780del). هذا يؤدي إلى انزياح الإطار وكودون توقف سابق لأوانه، p.(Ile587ProfsTer5)، وإزالة 64 ٪ من إطار القراءة المفتوح. تشير نتائجنا إلى دور مهم لـ RAPGEF6 في وظيفة العصب الحنجري وتوفر أدلة جديدة على أهميته الفسيولوجية.<br/>La parálisis laríngea (LP) es la incapacidad para secuestrar los cartílagos aritenoides durante la inspiración, lo que resulta en una obstrucción parcial a completa de las vías respiratorias y la consiguiente dificultad respiratoria. Existen diferentes formas de LP con diferentes edades de inicio en los perros. Se informaron formas de aparición temprana hereditaria en varias razas de perros. En la mayoría de las razas, la LP hereditaria se asocia con otras patologías neurológicas. Utilizando un estudio de asociación de todo el genoma y análisis de haplotipos, mapeamos un importante factor de riesgo genético para un LP de inicio temprano en Bull Terriers en miniatura a un intervalo de ~ 1,3 Mb en el cromosoma 11. La secuenciación del genoma completo de un Bull Terrier miniatura afectado y la comparación con 598 genomas de control revelaron una inserción de 36 pb en el exón 15 del gen RAPGEF6 (c.1793_1794ins36). La correlación genotipo-fenotipo imperfecta sugirió un modo complejo de herencia con un factor de riesgo genético importante que implica un alelo de riesgo recesivo. La homocigosidad para la inserción se asoció con un riesgo de LP de 10 a 17 veces mayor. El alelo de inserción solo se encontró en Bull Terriers miniatura y Bull Terriers. Estaba ausente en >1000 perros de control de otras razas de perros. La secuencia de inserción contiene un motivo aceptor de empalme que conduce a un empalme aberrante en las transcripciones que se originan a partir del alelo mutante (r.1732_1780del). Esto conduce a un cambio de marco y un codón de terminación prematuro, p.(Ile587ProfsTer5), eliminando el 64% del marco de lectura abierto. Nuestros resultados sugieren un papel importante de RAPGEF6 en la función del nervio laríngeo y proporcionan nuevas pistas sobre su importancia fisiológica.<br/>