Patients with paralysis periodica paramyotonica (PPP) exhibit a clinical syndrome with characteristics of both hyperkalemic periodic paralysis (HyperPP) and paramyotonia congenita. In several types of periodic paralysis associated with hyperkalemia, mutations in the skeletal muscle sodium channel gene (SCN4A) have been previously reported. Phenotypic variations of mutations in the SCN4A, however, have not been described yet. The present study was performed to evaluate genetic variations in a family with clinical and electrophysiological characteristics of paralysis periodica paramyotonica (PPP). Seven members of a family affected with symptoms of periodic paralysis and paramyotona were studied with electrophysiological and genetic analyses. Increased serum potassium levels were observed in four members of this family during paralytic attacks induced by HyperPP provocation tests. Short exercise tests (SETs) before and after cold immersion were carried out in four patients to distinguish electrophysiolgical characteristics of HyperPP and paramyotonia. Sequencing analyses of SCN4A were performed on one patient and a normal control to identify polymorphisms. Restriction fragment length polymorphism (RFLP) analysis was then performed at the identified polymorphic sites. Amplitudes of compound motor action potential (CMAP) were increased (4.0-24.3%) during voluntary muscle contraction and then decreased (7.3-28.6%) after the muscle contraction on the short exercise test. On the cold immersion tests, the CMAP amplitudes were increased markedly (6.3-43.5%) during the muscle contraction and then even more severely decreased (21.7-56.5%) in after the contraction than in shorter time (13-15 minutes) than the results on SET at room temperature. Three polymorphic sites, Gln371Glu, Thr704Met, and Aspl376Asn in SCN4A were identified. RFLP analyses showed that all affected patients carried the Thr704Met mutation, while unaffected family members and a normal control did not. The Thr704Met mutation in the present periodic paralysis family was a first described missense mutation in PPP, although the mutation previously described in HyperPP. These clinical, electrophysiological, and genetic findings provided that HyperPP and PPP represent a spectrum of a single genetic disorder. The same genetic variation in different types of potassium sensitive periodic paralyses was suggested that a missense nucleotide abnormality in SCN4A gene can cause of variable phenotypes of potassium sensitive periodic paralysis. However, the same mutation in variable phenotypes means another evidence that the development of the clinical differences might be influenced by the other factors or genetic abnormalities, if the clinical characteristics are distinct from each other of potassium sensitive periodic paralyses.
이 연구는 paralysis periodica paramyotonica환자 가족에서 임상적, 전기생리학적, 그리고 유전적인 특성을 분석하였다. 이 연구에 포함된 주기성 마비를 가지고 있는 가족은 혈액 내 칼륨이 증가하면서 발생하는 사지의 주기적인 마비와 같은 고칼륨혈증 주기성 마비의 증상을 가지고 있었다. 그리고 차가운 온도에서 근육경직과 무력감이 발생하는 paradoxical myotonia를 관찰할 수 있었다.
환자들에서 일어나는 주기적 마비의 기간은 성인 환자에서는 나이가 들수록 점점 길어지는 양상을 보였는데, 어렸을 때는 어린이 환자들과 같이 수 시간 정도이었으나 어른이 되면서 평균 2일에서 10일 정도로 그 기간이 길어졌다. 각 발병의 사이에 마비의 증상이 없는 기간에도 어른 환자들에서는 사지에서 근력이 약화되어 항상 사지의 무력감을 느끼고 있었으며, 일상생활에 지장을 받고 있었다. 이러한 무력감은 나이가 들면서 점점 심해지는 양상을 보였다 소아 환자들에서는 주기적인 마비가 발생하였을 때를 제외하고는 사지의 근력약화는 관찰되지 않았다. Pseudohypertrophy도 어른에서만 관찰되었는데, 나이가 들면서 점점 심해지는 양상이었다.
고칼륨혈증주기성마비와 paramyotonia congenita의 전기생리적인 특징을 확인하기 위하여 short exercise test와 cold immersion test를 hypothenar muscle에서 3명의 성인환자와 1명의 소아환자를 대상으로 시행하였다. Short exercise test에서 근육을 운동하고 있는 동안 CMAP의 크기는 일시적으로 커졌고 (4.0-24.3%), 근육수축이 끝난 후에 CMAP크기는 점진적으로 15분에서 45분 안에 가장 낮은 수준으로 감소하였다 (7.3-28.6%). CIT검사는 얼음물에 검사 받는 팔을 16°C에서 5분간 놓아둔 후에, 상온에서 피부온도가 25°C로 상승된 후에 실시하였다. 근육을 수축하고 있는 동안에 CMAP크기는 증가하였으나 상온에서 실시한 SET에서보다 현저하게 증가하였고 (6.3-43.5%), 근육 수축 후 CMAP의 감소는 상온에서의 SET에서보다 더 빠른 시간 안에 (13-15 분) 더 심각하게 떨어지는 것이 관찰되었다 (21.7-56.5%).
위와 같은 임상적소견과 전기생리학적 검사소견을 종합하여 본 연구에 포함된 주기성 마비 가족을 paralysis periodica paramyotonica로 진단하였다.
Paralysis periodica paramyotonica환자 가족에서 human skeletal muscle sodium channel 을 암호화하고 있는 SCN4A유전자와의 연관성을 알아보기 위하여 SCN4A유전자의 염기서열 분석 및 RFLP분석을 시행하였다. SCN4A 유전자 염기서열 분석은 한 명의 환자 (I-1)와 환자가족과 연관성이 없는 정상인 두 명에서 시행하였다. SCN4A유전자의 24개 exon에 대하여 27개의 PCR primer 쌍을 제작하여 PCR을 시행한 후, 그 PCR결과물을 가지고 염기서열을 분석하였다. 염기서열 분석에서 총 10개의 다형성이 관찰되었고, 이중에서 intron에 4개, exon에 6개가 관찰되었다. Exon에서 관찰된 다형성 중에서 Thr704Thr/Met, Gln371Glu, and Asp1376Asp/Asn의 3개 만이 아미노산의 종류를 바꾸는 것으로 분석되었다. 이 중에서 Thr704Thr/Met 다형성은 환자에서만 관찰되었고, Gln371Glu 다형성은 환자와 정상인 모두에서, Asp1376Asp/Asn 다형성은 정상인에서만 관찰되었다. 다른 환자가족에서 위의 아미노산을 바꾸는 3개의 다형성의 유무를 알아보기 위하여 각 다형성에 대하여 RFLP분석을 시행하였다. Thr704Thr/Met다형성에 대한 RFLP분석에서 정상 환자 및 배우자를 제외한 환자들은 모두 Thr704Thr/Met다형성을 가지고 있어서 SCN4A유전자의 Thr704Thr/Met다형성만이 이 연구에 포함된 PPP가족과 연관이 있음을 알 수 있었다. 이러한 다형성은 상염색체 우성으로 유전되는 양상이었고, 100%의 penetrance를 보였다. Gln371Glu다형성은 다른 정상 또는 환자 가족 구성원 모두에서 관찰되었고, Asp1376Asp/Asn 다형성은 가족 구성원 모두에서 Asp (I-1, II-2, III-1), Asp/Asn (II-1, II-3, II-5, II-6, III-2, III-3), Asn (I-2, II-4)의 유형이 증상의 유무와 관계없이 환자가족에서 골고루 관찰되었다.
그 동안 고칼륨혈증 주기성 마비에서만 관찰되었던 Thr704Thr/Met다형성이 PPP가족에서 관찰된 것은 이번 연구가 처음이다. 이러한 결과는 SCN4A유전자에서 발생하는 하나의 missense 돌연변이에 의하여 서로 다른 HyperPP와 PC가 발생할 수 있다는 것을 말해주는 연구결과로서, HyperPP, PC, 그리고 PPP가 하나의 유전자에 의하여 발생하는 일련의 질환일 것이라는 그 동안의 여러 다른 연구결과를 뒷받침하고 있다. 또한 여러 종류의 potassium sensitive periodic paralyses가 각각 특이한 임상적인 특징을 가지고 있는 서로 다른 질환이라면 주기성마비나 paramyotonia 의 발생에 있어서 SCN4A유전자 이외에 다른 요인이 관여할 수 있음을 시사하는 결과이다.
