Clinical and functional characterization of a new muscular dystrophy caused by novel recessive SNUPN pathogenic variants

Abstract

Muscular dystrophies (MDs) are a heterogeneous group of inherited disorders characterized by progressive muscle weakness and degeneration. This study presents a comprehensive investigation of a novel muscular dystrophy phenotype associated to germline recessive mutations in the SNUPN gene, identified in 21 patients from 18 unrelated families. Clinically, the affected individuals exhibited progressive muscle weakness with a broad spectrum of severity, ranging from mild symptoms and retained ambulation to severe early-onset muscular dystrophy leading to premature death from respiratory complications. Beyond muscular dystrophy, several patients displayed extra-muscular manifestations, notably neurological deficits, including cerebellar atrophy and congenital cataracts, reflecting broader systemic implications of SNUPN mutations. SNUPN encodes the SNURPORTIN-1 (SPN1) protein, which plays a critical role in the nuclear import of uridine-rich small nuclear ribonucleoproteins (UsnRNPs), crucial components of the spliceosome machinery. Most identified mutations clustered at the C-terminus of the SPN1 protein, highlighting its critical functional role and suggesting it as a potential mutational hotspot. Functional analyses demonstrated that defective SPN1 impairs the nuclear import of UsnRNPs, causing aberrant alternative splicing of numerous genes implicated in muscle structure and function. This aberrant splicing affected critical muscle-related proteins, including extracellular matrix components, sarcolemmal proteins, and cytoskeletal elements, likely contributing to muscle fiber degeneration, fibrosis, and functional impairment. Furthermore, this study uncovered novel insights into SPN1 protein biology, particularly its self-oligomerization and interaction with the survival motor neuron (SMN) protein complex. Disrupted SPN1-SMN interaction and autophagic dysregulation were observed, potentially suggesting these pathways may play a key role in the muscular dystrophy pathogenesis. Aberrant accumulation of autophagy markers (LC3-II and p62) in patient muscle tissues and cell lines further underscored this dysregulation. Comparative analysis with concurrently published data from independent cohorts supported our findings, reinforcing the genotype-phenotype correlations and highlighting novel disease mechanisms. Collectively, this research significantly expands the genetic landscape of muscular dystrophies by characterizing SNUPN-related muscular dystrophy at clinical, molecular, and functional levels. Future studies employing animal models and extended patient cohorts are essential to further deepen the understanding of SNUPN pathology, unravel the intricate molecular mechanisms, and facilitate the development of targeted therapeutic strategies.Kas distrofileri (MD'ler), ilerleyici kas güçsüzlüğü ve dejenerasyonu ile karakterize edilen heterojen bir kalıtsal hastalık grubudur. Bu çalışma, SNUPN genindeki mutasyonlara bağlı olarak gelişen yeni bir kas distrofisi fenotipinin kapsamlı klinik ve fonksiyonel karakterizasyonunu sunmaktadır. Toplamda 18 farklı aileden 21 hastada tanımlanan bu fenotipte, klinik olarak geniş bir şiddet yelpazesinde ilerleyici kas güçsüzlüğü gözlemlenmiş olup, hastaların klinik seyri hafif belirtilerle birlikte yürüyüş yetisinin korunmasından, solunum komplikasyonları nedeniyle erken yaşta ölüme yol açan ağır erken başlangıçlı kas distrofisine kadar değişkenlik göstermiştir. Kas tutulumu dışındaki ekstra-müsküler bulgular arasında serebellar atrofi ve konjenital katarakt gibi nörolojik defisitler tespit edilmesi, SNUPN mutasyonlarının daha geniş sistemik etkileri olduğunu ortaya koymaktadır. Fonksiyonel açıdan SNUPN geni, spliceozom kompleksinin önemli bileşenleri olan uridin açısından zengin küçük nükleer ribonükleoproteinlerin (UsnRNP'ler) çekirdeğe taşınmasında kritik görev üstlenen SNURPORTIN-1 (SPN1) proteinini kodlamaktadır. Tanımlanan mutasyonların çoğunluğunun SPN1 proteininin C-terminal bölgesinde kümelenmiş olması, bu bölgenin fonksiyonel olarak kritik olduğunu ve potansiyel bir mutasyonel sıcak nokta teşkil ettiğini düşündürmektedir. Yapılan fonksiyonel analizlerde, mutasyona uğramış SPN1 proteininin UsnRNP'lerin çekirdek içine taşınmasını bozduğu ve bunun sonucu olarak kas yapısı ve fonksiyonlarında rol oynayan birçok genin alternatif ekzon birleşimlerinin (splicing) anormal hale geldiği gösterilmiştir. Bu durumun özellikle hücre dışı matriks proteinleri, sarkolemmal proteinler ve hücre iskeleti bileşenlerini etkilemesi, kas liflerinde dejenerasyon, fibrozis ve fonksiyon kaybına yol açmaktadır. Ayrıca bu çalışma kapsamında, SPN1 proteininin kendiliğinden oligomerleşmesi ve Survival Motor Neuron (SMN) protein kompleksiyle etkileşimi gibi biyolojik fonksiyonlarına dair yeni bulgular elde edilmiştir. SPN1-SMN etkileşimindeki bozukluklar ve otofaji mekanizmasındaki düzensizlikler gözlenmiş, bu yolların hastalık patogenezine katkıda bulunabileceği öne sürülmüştür. Hasta kas dokularında ve hücre hatlarında otofaji belirteçleri olan LC3-II ve p62 proteinlerinin anormal birikimi, bu düzensizlikleri destekler nitelikte bulunmuştur. Bağımsız hasta kohortlarından elde edilen verilerle yapılan karşılaştırmalı analizler, elde edilen bulguları destekleyerek genotip-fenotip korelasyonlarını güçlendirmiş ve yeni hastalık mekanizmalarını ortaya koymuştur. Bu çalışma, SNUPN ilişkili kas distrofisini klinik, moleküler ve fonksiyonel düzeyde tanımlayarak kas distrofilerinin genetik spektrumunu önemli ölçüde genişletmiştir. İleride hayvan modelleri ve daha geniş hasta kohortları kullanılarak yürütülecek araştırmalar, SNUPN gen patolojisinin daha derinlemesine anlaşılmasına, karmaşık moleküler mekanizmaların aydınlatılmasına ve hedefe yönelik tedavi stratejilerinin geliştirilmesine katkı sağlayacaktır.