Pierwotna dyskineza rzęsek może być częstsza genetycznie, niż wskazuje liczba rozpoznań. Nowa analiza gnomAD

Jak często w populacji występuje genetyczna podatność na pierwotną dyskinezę rzęsek (PCD)? Analiza największej obecnie bazy populacyjnych danych genomicznych wskazuje, że może ona dotyczyć około 1 na 20 103 osoby, natomiast nosicielem wariantu patogennego związanego z PCD może być około 1 na 25 osób. Badanie ujawniło również bardzo duże różnice między grupami o odmiennej przynależności genetycznej. Wyniki wymagają jednak ostrożnej interpretacji – oszacowana częstość genetycznej podatności nie jest tym samym co kliniczna częstość występowania rozpoznanej choroby.

Nowe oszacowanie częstości genetycznej PCD

Pierwotna dyskineza rzęsek (primary ciliary dyskinesia, PCD) jest genetycznie heterogenną chorobą, dziedziczoną przede wszystkim autosomalnie recesywnie. Jej podstawowym mechanizmem patofizjologicznym są nieprawidłowości strukturalne lub funkcjonalne ruchomych rzęsek, prowadzące do zaburzenia oczyszczania śluzowo-rzęskowego dróg oddechowych.

Konsekwencją są m.in. przewlekłe i nawracające zakażenia układu oddechowego, przewlekłe zapalenie błony śluzowej nosa i zatok, zapalenia ucha środkowego oraz rozwój rozstrzeni oskrzeli. Choroba może manifestować się już w okresie noworodkowym niewydolnością lub zaburzeniami oddychania. U około połowy pacjentów występuje situs inversus totalis, a u mężczyzn częstym problemem klinicznym jest również niepłodność.

Nieswoisty charakter wielu objawów sprawia, że PCD może być mylona m.in. z astmą, alergicznym nieżytem nosa lub zaburzeniami odporności. W rezultacie prawidłowe rozpoznanie bywa stawiane z opóźnieniem.

Rozwój sekwencjonowania genetycznego znacząco zwiększył możliwości diagnostyczne. Według danych przytaczanych przez autorów publikacji obecnie u około 65–70% pacjentów z PCD możliwe jest zidentyfikowanie odpowiedzialnego podłoża genetycznego. Znanych jest ponad 50 genów związanych z budową, powstawaniem i funkcją ruchomych rzęsek, jednak siła związku poszczególnych genów z chorobą jest różna.

Problemem pozostaje natomiast określenie rzeczywistej częstości występowania PCD. Dane uzyskiwane z rejestrów klinicznych i badań regionalnych wskazywały dotychczas na wartości rzędu około 1 przypadku na 10 000–30 000 osób, jednak na wyniki mogą wpływać niedodiagnozowanie choroby, różnice w dostępności diagnostyki oraz niejednorodne kryteria rozpoznania.

Rutao Dai, Ya Dao, Xichen Zhang, Yongyu Ma, Xian Zhu, Yunshan Gao, Jun Wu i Liu Sun postanowili podejść do tego problemu od strony genetyki populacyjnej. Badacze związani byli m.in. z Affiliated Children’s Hospital of Kunming Medical University, Kunming Children’s Hospital oraz School of Engineering, Yuxi Normal University.

Jak przeprowadzono analizę genetyczną

Autorzy wykorzystali Genome Aggregation Database – gnomAD w wersji 4.1.0. Jest to ogromny zbiór danych genomicznych i egzomowych pochodzących z różnych badań populacyjnych. W analizowanej wersji bazy znajdowały się dane łącznie 807 162 osób.

Próbki zostały w gnomAD przypisane do grup według wnioskowanej przynależności genetycznej, m.in. African/African American, Admixed American, Ashkenazi Jewish, East Asian, European Finnish, European non-Finnish, Middle Eastern i South Asian.

Wybrano 31 genów związanych z PCD

Do analizy zakwalifikowano autosomalne geny związane z PCD, dla których ClinGen Motile Ciliopathy Gene Curation Expert Panel określił siłę związku gen–choroba jako „Definitive” albo „Strong”. Łącznie kryteria te spełniło 31 genów, wśród nich m.in. DNAH5, DNAI1, CCDC39, CCDC40, DNAH11, RSPH4A oraz TP73.

Następnie badacze wyszukiwali warianty mogące prowadzić do utraty funkcji białka – predicted loss-of-function (pLoF) – oraz warianty missense sklasyfikowane jako patogenne lub prawdopodobnie patogenne.

Interpretację patogenności prowadzono zgodnie z kryteriami American College of Medical Genetics and Genomics oraz Association for Molecular Pathology (ACMG/AMP), z wykorzystaniem informacji z ClinVar. Jeżeli w ClinVar dla tego samego wariantu występowały sprzeczne klasyfikacje, autorzy przeprowadzali dodatkową ocenę i przyjęli konserwatywną strategię wykluczania wariantów o niepewnym znaczeniu.

Usuwano również warianty obarczone zwiększonym ryzykiem błędnej interpretacji technicznej, w tym oznaczone w gnomAD jako potencjalnie fałszywie dodatnie warianty utraty funkcji lub warianty LoF o niskiej wiarygodności. Wyłączono także wybrane warianty położone w regionach o niskiej złożoności i regionach duplikacji segmentowych.

Równowaga Hardy’ego-Weinberga jako podstawa obliczeń

Dla każdego genu sumowano częstości alleli wariantów patogennych lub prawdopodobnie patogennych. Ponieważ PCD jest chorobą dziedziczoną przede wszystkim autosomalnie recesywnie, częstość genotypów chorobowych dla poszczególnych genów szacowano przy zastosowaniu zasad równowagi Hardy’ego-Weinberga.

W uproszczeniu, jeżeli łączna częstość patogennych alleli danego genu wynosiła q, przewidywana częstość genotypu odpowiadającego chorobie była określana jako q². Częstość nosicielstwa szacowano z zależności 2q(1−q).

Autorzy zastosowali następnie korektę uwzględniającą fakt, że obecnie diagnostyka genetyczna pozwala wskazać odpowiedzialny wariant u około 65% pacjentów. Obliczoną częstość podzielono dlatego przez 0,65.

Ponad 5 tysięcy wariantów spełniło kryteria

Ostatecznie do analizy włączono 5252 warianty w 31 genach związanych z PCD. Aż 5156 stanowiły przewidywane warianty utraty funkcji, natomiast 96 było wariantami missense sklasyfikowanymi jako patogenne lub prawdopodobnie patogenne.

Stosunkowo dużą liczbę wariantów obserwowano m.in. w genach DNAH11, DNAH5 i DNAH9.

Po zsumowaniu częstości alleli i zastosowaniu przyjętej metodologii autorzy oszacowali globalną, skorygowaną częstość genetycznej podatności na pierwotną dyskinezę rzęsek na około 1 przypadek na 20 103 osoby. Podany w publikacji 95-procentowy przedział ufności odpowiada około 1:13 729–1:29 435.

Bez korekty o wydajność diagnostyki genetycznej oszacowanie wynosiło około 1:30 927.

Jednocześnie całkowitą globalną częstość nosicielstwa patogennych wariantów związanych z PCD oszacowano na około 1 na 25 osób.

Duże różnice pomiędzy grupami populacyjnymi

Jednym z najważniejszych wyników badania była wyraźna heterogeniczność pomiędzy grupami przynależności genetycznej uwzględnianymi przez gnomAD.

Największą częstość genetycznej podatności oszacowano w grupie Middle Eastern – około 1:4744. Najmniejszą zaobserwowano natomiast w grupie European Finnish – około 1:33 628.

Podobny obraz uzyskano dla nosicielstwa. W grupie Middle Eastern patogenny wariant związany z PCD mógł występować u około 1 na 16 osób. W East Asian częstość nosicielstwa wynosiła około 1:19, podczas gdy najniższą wartość autorzy oszacowali dla populacji Amish – około 1:57.

Wyniki pozostały podobne po zmianie założenia dotyczącego skuteczności diagnostyki genetycznej

Autorzy przeprowadzili analizę wrażliwości, sprawdzając, co stanie się z wynikiem po przyjęciu różnych wartości wydajności diagnostyki genetycznej – od 60 do 75%.

Globalna częstość genetycznej podatności mieściła się wówczas w przedziale od około 1:18 556 do 1:23 196. Co istotne, hierarchia poszczególnych grup pozostała podobna. Grupa Middle Eastern nadal charakteryzowała się największą oszacowaną częstością, natomiast European Finnish – najmniejszą.

DNAH9, DNAH5 i DNAH11 miały największy udział w globalnym oszacowaniu

Badacze przeanalizowali również względny udział poszczególnych genów w oszacowanej częstości genetycznej PCD.

W całej badanej populacji największy udział przypadał na warianty genu DNAH9 – około 35%. Na drugim miejscu znalazł się DNAH5 – około 25%, a następnie DNAH11 – około 18%.

Pozostałe analizowane geny, w tym m.in. RSPH4A, CFAP300, DNAAF1, CCNO, DNAI1, ODAD4 i ODAD2, odpowiadały łącznie za około 22% oszacowanego udziału.

Struktura ta nie była jednak jednakowa we wszystkich grupach. W East Asian największy udział przypisano wariantom ODAD4 – około 28%, przed DNAH9 – około 20% – i DNAH5 – około 13%.

W grupie Middle Eastern dominował natomiast DNAH5, odpowiadający za około 35% udziału, a kolejną ważną rolę odgrywał DNAAF1 – około 30%.

Dlaczego nowe oszacowanie jest niższe od wcześniejszego?

W 2022 roku Hannah i wsp., wykorzystując wcześniejszą wersję gnomAD, oszacowali genetyczną częstość PCD na około 1:7554. Nowa wartość 1:20 103 jest więc wyraźnie niższa.

Autorzy obecnej analizy wskazują kilka potencjalnych przyczyn tej różnicy.

Po pierwsze, zmienił się zestaw genów. W aktualnym badaniu analizowano 31 genów ocenionych przez ClinGen jako mające „Definitive” lub „Strong” związek z PCD, natomiast we wcześniejszym badaniu uwzględniono 29 genów.

Po drugie, znacznie zwiększyła się liczebność bazy. gnomAD v4.1.0 obejmuje ponad 800 tys. osób, podczas gdy wcześniejsze analizy opierały się na znacznie mniejszych zbiorach. Zmieniały się również kryteria włączania próbek do gnomAD.

Po trzecie, obecni autorzy zastosowali rygorystyczne kryteria interpretacji wariantów. Wykluczali m.in. zmiany o niskiej wiarygodności, warianty w problematycznych regionach genomu oraz zmiany o niejednoznacznej klasyfikacji klinicznej.

Takie podejście może zwiększać swoistość analizy, ale jednocześnie prowadzić do pominięcia części rzeczywistych wariantów chorobotwórczych. Z tego względu autorzy traktują swój wynik przede wszystkim jako oszacowanie dolnej granicy genetycznej podatności.

Genetyczna podatność a kliniczna choroba to nie to samo

To rozróżnienie ma fundamentalne znaczenie dla interpretacji publikacji.

gnomAD jest bazą populacyjną, która nie została zaprojektowana jako rejestr pacjentów z PCD. Co więcej, przy budowie bazy wykluczane są niektóre osoby z ciężkimi chorobami ujawniającymi się we wczesnym okresie życia. Z tego powodu analizowana grupa nie odzwierciedla w pełni wszystkich pacjentów z chorobami rzadkimi.

Oszacowana „genetic susceptibility prevalence” opisuje przewidywaną częstość genotypów mogących prowadzić do PCD. Kliniczna częstość występowania zależy natomiast również od penetracji wariantów, ekspresji choroby, wykrywalności diagnostycznej, przeżycia pacjentów oraz innych czynników biologicznych i środowiskowych.

Znaczenie dla diagnostyki i poradnictwa genetycznego

Oszacowana globalna częstość nosicielstwa wynosząca około 1:25 sugeruje, że patogenne warianty związane z PCD jako grupa nie są skrajnie rzadkie w populacji.

Autorzy zwracają szczególną uwagę na grupy, w których częstość nosicielstwa była największa, zwłaszcza Middle Eastern i East Asian. Ich zdaniem dane te mogą mieć znaczenie dla poradnictwa genetycznego, oceny ryzyka u potomstwa oraz ewentualnego projektowania rozszerzonych paneli badań nosicielstwa w populacjach wysokiego ryzyka.

Szczególnie istotna może być diagnostyka w rodzinach, w których występuje PCD, oraz u par spokrewnionych. Nie oznacza to jednak, że samo przypisanie osoby do określonego pochodzenia powinno być podstawą do diagnozy – indywidualne badanie genetyczne pozostaje niezbędne.

Autorzy wskazują również, że różnice w profilach genetycznych pomiędzy populacjami mogą wspierać interpretację wyników badań molekularnych. Jednocześnie w populacjach mieszanych nadmierne poleganie na założeniach wynikających z pochodzenia może prowadzić do pomijania nietypowych wariantów.

Znaczenie dla przyszłego leczenia PCD

PCD pozostaje chorobą bez leczenia przyczynowego dostępnego w rutynowej praktyce klinicznej. Postępowanie koncentruje się głównie na poprawie oczyszczania dróg oddechowych, zapobieganiu zakażeniom, leczeniu zaostrzeń i ograniczaniu następstw przewlekłego procesu chorobowego.

Autorzy przypominają m.in. wyniki badań nad blokowaniem nabłonkowego kanału sodowego ENaC oraz nad długotrwałym stosowaniem azytromycyny w celu zmniejszenia liczby zaostrzeń. Strategie te dotyczą jednak konsekwencji PCD, a nie jej molekularnej przyczyny.

Rosnąca możliwość dokładnego określania genotypu może w przyszłości mieć znaczenie dla rozwoju terapii dostosowanych do konkretnego defektu molekularnego. W publikacji wymieniono m.in. terapię genową, terapie oparte na mRNA oraz strategie umożliwiające odczyt przez mutację nonsensowną.

Duża heterogeniczność genetyczna PCD oznacza jednak, że pojedyncze rozwiązanie terapeutyczne prawdopodobnie nie będzie odpowiednie dla wszystkich chorych. Przyszłe leczenie może wymagać dokładnego molekularnego podziału pacjentów na podgrupy.

Ograniczenia badania

Autorzy wskazują kilka istotnych ograniczeń, które należy uwzględniać przy interpretacji wyników.

Po pierwsze – reprezentacja populacji. Pomimo ogromnej liczby próbek gnomAD nie odzwierciedla proporcjonalnie struktury całej populacji świata. Szczególnie niektóre populacje azjatyckie i afrykańskie są reprezentowane znacznie słabiej niż European non-Finnish.

Po drugie – niepełna wiedza o genetyce PCD. Nadal mogą istnieć niepoznane geny chorobotwórcze. Przyjęta korekta 65% jest więc wartością zależną od aktualnego stanu wiedzy i w przyszłości może wymagać zmiany.

Po trzecie – ograniczenia klasyfikacji wariantów. W genomie pozostaje wiele wariantów o niepewnym znaczeniu, których nie można obecnie wiarygodnie zaliczyć do patogennych ani łagodnych.

Po czwarte – ograniczenia techniczne sekwencjonowania. Typowe metody oparte na krótkich odczytach mogą niedostatecznie wykrywać m.in. duże zmiany liczby kopii, warianty głęboko intronowe, złożone rearanżacje strukturalne i zmiany w regionach powtarzalnych.

Po piąte – założenie równowagi Hardy’ego-Weinberga. Rzeczywiste populacje mogą od niego odbiegać m.in. z powodu migracji, doboru, nowych mutacji czy kojarzenia nieprzypadkowego, w tym związków osób spokrewnionych.

Wnioski

Analiza gnomAD v4.1.0 wskazuje, że oszacowana globalna częstość genetycznej podatności na pierwotną dyskinezę rzęsek wynosi około 1:20 103, natomiast około 1 na 25 osób może być nosicielem co najmniej jednego patogennego wariantu w analizowanych genach związanych z PCD.

Największą częstość genetycznej podatności odnotowano w grupie Middle Eastern – około 1:4744, a najniższą w European Finnish – około 1:33 628. Dane potwierdzają więc znaczną heterogeniczność genetyczną choroby między populacjami.

Nowe oszacowanie jest wyraźnie niższe od wcześniejszego wyniku około 1:7554 uzyskanego na podstawie starszej wersji gnomAD. Autorzy wiążą tę różnicę m.in. z większą i nowszą bazą danych oraz bardziej restrykcyjnymi kryteriami klasyfikacji wariantów.

Status publikacji

Manuskrypt został przyjęty do publikacji 7 lipca 2026 roku i w udostępnionej wersji ma status Article in Press. Wydawca zaznacza, że jest to wersja przed końcową redakcją i składem, dlatego przed publikacją wersji ostatecznej możliwe są jeszcze zmiany.

Badanie było finansowane przez Shu Qiang Pediatric Cardiothoracic Surgery Expert Workstation, Yunnan (Kunming), grant YSZJGZZ-2022037, oraz Kunming Municipal Health and Family Planning Commission, grant 2023-SW(Technology)-00. Autorzy zadeklarowali brak konfliktu interesów.

Źródło: Orphanet Journal of Rare Diseases, Estimation of the genetic susceptibility prevalence of primary ciliary dyskinesia via the gnomAD v4.1.0 database.
DOI: https://doi.org/10.1186/s13023-026-04501-4