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Anticipation Can Be More Common in Hereditary Spastic Paraplegia with SPAST Mutations Than It Appears

Published online by Cambridge University Press:  06 August 2021

Seyyed-Saleh Hashemi
Affiliation:
Genetics Research Center, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Tehran, Iran
Reza Hajati
Affiliation:
Genetics Research Center, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Tehran, Iran
Atefeh Davarzani
Affiliation:
Genetics Research Center, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Tehran, Iran
Mohammad Rohani
Affiliation:
Department of Neurology, Iran University of Medical Sciences, Hazrat Rasool Hospital, Tehran, Iran
Fardad DanaeeFard
Affiliation:
Genetics Research Center, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Tehran, Iran
Mohammad Masoud Rahimi Bidgoli
Affiliation:
Genetics Research Center, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Tehran, Iran
Farzad Fatehi
Affiliation:
Department of Neurology, Neuromuscular Research Center, Shariati Hospital, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
Ariana Kariminejad
Affiliation:
Kariminejad-Najmabadi Pathology & Genetics Center, Tehran, Iran
Hossein Najmabadi
Affiliation:
Genetics Research Center, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Tehran, Iran
Shahriar Nafissi*
Affiliation:
Department of Neurology, Neuromuscular Research Center, Shariati Hospital, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran
Afagh Alavi*
Affiliation:
Genetics Research Center, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Tehran, Iran
*
Correspondence to: Afagh Alavi, PhD, Genetics Research Center, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Kodakyar Ave., Daneshjo Blvd., Evin, 1985713871, Tehran, Iran. Email: af.alavi@uswr.ac.ir, afaghalavi@gmail.com; and Shahriar Nafissi, Department of Neurology, Neuromuscular research center, Shariati Hospital, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran. Email: nafisi@sina.tums.ac.ir, nafissishahriar@gmail.com
Correspondence to: Afagh Alavi, PhD, Genetics Research Center, University of Social Welfare and Rehabilitation Sciences, Kodakyar Ave., Daneshjo Blvd., Evin, 1985713871, Tehran, Iran. Email: af.alavi@uswr.ac.ir, afaghalavi@gmail.com; and Shahriar Nafissi, Department of Neurology, Neuromuscular research center, Shariati Hospital, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran. Email: nafisi@sina.tums.ac.ir, nafissishahriar@gmail.com
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Abstract:

Background and objective:

Hereditary spastic paraplegia (HSP) is a heterogeneous neurodegenerative disorder with lower-limb spasticity and weakness. Different patterns of inheritance have been identified in HSP. Most autosomal-dominant HSPs (AD-HSPs) are associated with mutations of the SPAST gene (SPG4), leading to a pure form of HSP with variable age-at-onset (AAO). Anticipation, an earlier onset of disease, as well as aggravation of symptoms in successive generations, may be correlated to SPG4. Herein, we suggested that anticipation might be a relatively common finding in SPG4 families.

Methods:

Whole-exome sequencing was done on DNA of 14 unrelated Iranian AD-HSP probands. Data were analyzed, and candidate variants were PCR-amplified and sequenced by the Sanger method, subsequently checked in family members to co-segregation analysis. Multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) was done for seven probands. Clinical features of the probands were recorded, and the probable anticipation was checked in these families. Other previous reported SPG4 families were investigated to anticipation.

Results:

Our findings showed that SPG4 was the common subtype of HSP; three families carried variants in the KIF5A, ATL1, and MFN2 genes, while five families harbored mutations in the SPAST gene. Clinical features of only SPG4 families indicated decreasing AAO in affected individuals of the successive generations, and this difference was significant (p-value <0.05).

Conclusion:

It seems SPAST will be the first candidate gene in families that manifests a pure form of AD-HSP and anticipation. Therefore, it may be a powerful situation of genotype–phenotype correlation. However, the underlying mechanism of anticipation in these families is not clear yet.

Résumé :

RÉSUMÉ :

Paraplégie spastique héréditaire de type 4 et mutations du gène SPAST : l’anticipation des patients pourrait être plus fréquente qu’il n’y paraît.

Contexte et objectif :

La paraplégie spastique héréditaire (PSH) constitue une maladie neurodégénérative hétérogène se caractérisant par une spasticité et une faiblesse des membres inférieurs. À cet égard, différents profils héréditaires (patterns of inheritance) ont été identifiés dans le cas de la PSH. La plupart des cas autosomiques dominants de PSH (PSH-AD) sont associés à des mutations du gène SPAST (SPG4), ce qui conduit à une « forme pure » ou non-compliquée de PSH dont l’âge d’apparition (AA) est variable. L’anticipation des patients à un stade précoce de la maladie, de même que l’aggravation des symptômes au fil des générations, pourraient être corrélées au gène SPG4. Nous voulons donc suggérer ici que ce phénomène d’anticipation pourrait s’avérer une découverte relativement courante au sein de familles porteuses de cette mutation du gène SPG4.

Méthodes :

Un séquençage de l’exome entier (SEE) a été effectué à partir de l’ADN de 14 proposants (probands) iraniens atteints de PSH-AD. Les données recueillies ont été ensuite analysées. Les variants candidats ont été amplifiés par RCP et séquencés à l’aide de la méthode de Sanger pour être ensuite vérifiés chez des membres de leur famille au moyen de l’analyse de coségrégation. La méthode d’amplification multiplex de sonde dépendante d’une ligature (multiplex ligation-dependent amplification probe) a par ailleurs été utilisée chez sept proposants. Leurs caractéristiques ont été colligées et une forme probable d’anticipation a été vérifiée au sein de leur famille. Enfin, soulignons que d’autres familles présentant une mutation du gène SPG4 ont fait l’objet d’une analyse pour détecter une forme d’anticipation.

Résultats :

Nos résultats ont montré que le gène SPG4 était le sous-type commun de la PSH. Au total, trois familles étaient porteuses de variants pour les gènes KIF5A, ATL1 et MFN2 tandis que cinq autres familles étaient porteuses d’une mutation du gène SPAST. Les caractéristiques cliniques des seules familles présentant une mutation du gène SPG4 ont révélé une diminution de l’AA de la PSH chez les individus atteints au fil des générations, la différence étant ici notable (p < 0,05).

Conclusion :

Il semble donc que le gène SPAST soit le premier gène candidat au sein de familles qui manifestent une « forme pure » de PSH-AD et une forme d’anticipation. Il pourrait donc s’agir d’exemples indéniables de corrélation génotype-phénotype. Ceci dit, le mécanisme sous-jacent de l’anticipation au sein de ces familles n’est pas encore clair.

Information

Type
Original Article
Copyright
© The Author(s), 2021. Published by Cambridge University Press on behalf of Canadian Neurological Sciences Federation
Figure 0

Table 1: Clinical findings of the Iranian families harboring the mutations in the SPAST gene

Figure 1

Table 2: Trend of alternation of age at onset in successive generations of Iranian HSP families who carried SPAST mutations

Figure 2

Figure 1: The Iranian SPG4 pedigrees: (A) SPG4-A, (B) SPG4-B, (C) SPG4-C, (D) SPG4-D, (E) SPG4-E. The present age and genotypes of the candidate variants for each family are shown when individuals were assessed. Arrows show probands. Unfilled circles and squares, normal individuals; black circles and squares indicate SPG4 patients. Gray circles indicate asymptomatic individuals with heterozygous genotype. Grey circles with “?” indicate asymptomatic individuals, who have died but, we can consider as heterozygotes due to their heterozygous affected offspring and/or sib. Abbreviations: M, mutated allele; N, normal allele.

Figure 3

Figure 2: Clinical data of SPG4 families. Different clinical features of the 39 SPG4 patients have been shown. Data were not available for all patients.

Supplementary material: File

Hashemi et al. supplementary material

Hashemi et al. supplementary material

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