Integrated Analysis of Single Nucleotide Variants and Copy Number Variations in Sudden Cardiac Death

Abstract

Sudden Cardiac Death (SCD) remains as one of the leading causes of mortality worldwide, occurring without prior clinical warnings and with limited diagnostic tools. The role of genetic factors on SCD cases has been extensively investigated, however, the roles of copy number variations (CNV) and single nucleotide variants (SNV) are less explored, especially in underrepresented populations such as Kazakhstani cohorts. In this study we performed an integrated analysis of SNVs and CNVs in whole exome sequencing (WES) data to characterize for the genetic architecture of SCD in the cohort. The SNV analysis of 24 SCD cases showed 38 high-impact variants mostly located in the TTN, FLNC, DSP, RYR2, and KCNH2 genes, while 317 variants had the pathogenic or likely pathogenic variants classification in ClinVar database. Homozygosity of alternative variants was predominant throughout all the patients, pointing to the presence of biallelic variants and the complete loss-of-function of the cardiac genes without a functional copy. The CNV analysis of 26 patients was characterized by great individual variability (3–7,801 events per patient) and the higher number of duplications compared to deletions; the principal component analysis defined four clusters of patients based on total CNV burden. The ANK2 was the most frequently affected gene in both SNV and CNV analyses, being the most consistent result of this work. Comparison of frequencies with gnomAD populations showed that prioritized variants are globally rare, but the lack of Central Asian reference populations did not allow to define population background and pathogenic effect—90.7% of exonic variants in SCD genes were unique for this cohort. The findings support a polygenic model of SCD susceptibility where multiple variants along with different genes contribute to disease susceptibility. While development of a Central Asian genomic reference population and advances in genome sequencing will aid in the process, functional validation of ANK2, RYR2, and SCN5A candidates remain the first priority.

Кенеттен болатын жүрек өлімі (КЖӨ) дүние жүзіндегі өлім-жітімнің негізгі себептерінің бірі болып қала береді. Бұл жағдай алдын ала клиникалық белгілерсіз және диагностикалық құралдардың шектеулі болуына байланысты кенеттен орын алады. КЖӨ жағдайларындағы генетикалық факторлардың рөлі жан-жақты зерттелгенімен, әсіресе қазақстандық когорталар сияқты сирек қамтылған популяцияларда нуклеотидтердің бірлік вариацияларының (SNV) және көшірме санының вариацияларының (CNV) атқаратын рөлі әлі де аз зерттелген. Бұл зерттеуде біз осы когортадағы КЖӨ-нің генетикалық архитектурасын сипаттау үшін экзомды толық секвенирлеу (WES) деректеріндегі SNV пен CNV-ге кешенді талдау жасадық. 24 КЖӨ жағдайына жүргізілген SNV талдауы негізінен TTN, FLNC, DSP, RYR2 және KCNH2 гендерінде орналасқан 38 жоғары әсерлі вариантты көрсетті, ал 317 вариант ClinVar деректер базасында патогенді немесе патогенді болуы мүмкін деп жіктелген. Барлық пациенттер арасында альтернативті варианттардың гомозиготы басым болды, бұл биаллельді варианттардың бар екенін және жүрек гендерінің функционалды көшірмесіз толықтай қызметінен айырылғанын көрсетеді. 26 пациентке жасалған CNV талдауы жекелеген тұлғалар арасындағы үлкен өзгергіштікпен (әр пациентке шаққанда 3–7 801 оқиға) және делециялармен салыстырғанда дупликациялардың саны көп екендігімен ерекшеленді; басты компоненттерді талдау (PCA) жалпы CNV жүктемесі негізінде пациенттердің төрт кластерін анықтады. ANK2 гені SNV және CNV талдауларында да ең жиі зақымдалған ген болып шықты және бұл осы жұмыстың ең тұрақты нәтижесі болды. Жиіліктерді gnomAD популяцияларымен салыстыру басымдық берілген варианттардың жаһандық деңгейде сирек кездесетінін көрсетті, бірақ Орталық Азияның референттік популяцияларының жоқтығы популяциялық фон мен патогенді әсерді толық анықтауға мүмкіндік бермеді — КЖӨ гендеріндегі экзондық варианттардың 90,7%-ы осы когорта үшін бірегей болып табылады. Алынған нәтижелер бірнеше гендер мен әртүрлі варианттардың ауруға бейімділікке бірлесіп әсер ететін КЖӨ-нің полигендік моделін растайды. Орталық Азияның геномдық референттік популяциясын құру және геномды секвенирлеу саласындағы жетістіктер бұл үдеріске өз септігін тигізетініне қарамастан, ANK2, RYR2 және SCN5A кандидат гендерін функционалды тұрғыдан тексеру бірінші кезектегі міндет болып қала береді.