TOP 20 Usher 候選基因分析（完整 6 層證據）
Pipeline Version: 0.1.0
Generated: 2026-02-16 (v4 — gene_symbol deduplication 修正後)
Scoring Layers: gnomAD constraint (0.20) + Expression (0.20) + Annotation (0.15) + Localization (0.15) + Animal Model (0.15) + Literature (0.15)
Coverage: gnomAD 91.5% | Expression 96.1% | Annotation 98.9% | Localization 66.1% | Animal Model 97.9% | Literature 100%
Tier Statistics: HIGH: 4 | MEDIUM: 8,051 | LOW: 10,188 | Total: 18,243 (from 19,555 unique genes)
v4 修正：gene_symbol 去重
問題
gene_universe 中 1,539 個 gene_symbol 對應多個 Ensembl ID（共 3,033 個多餘 ID）。非 canonical ID 在部分 evidence table 中缺少數據，因此只有 3 層但分數被 weighted_sum/available_weight 膨脹。例如：
| Gene |
Ensembl ID |
Layers |
Score |
原因 |
| CACNA1C |
ENSG00000285479 (non-canonical) |
3/6 |
0.8830 |
缺 expression/animal → 分母小 |
| CACNA1C |
ENSG00000151067 (canonical) |
5/6 |
0.6334 |
有完整數據 → 真實分數 |
修正
在 compute_composite_scores() 中，對每個 gene_symbol 保留 evidence_count 最多的 Ensembl ID（相同 evidence_count 取 composite_score 最高者）。去重後 22,604 → 19,555 genes。
Top 20 候選基因總覽
| Rank |
Gene |
Composite |
Layers |
Tier |
gnomAD |
Expression |
Annotation |
Localization |
Literature |
| 1 |
PAFAH1B1 |
0.7414 |
6/6 |
HIGH |
0.969 |
0.597 |
0.928 |
1.000 |
0.927 |
| 2 |
DYNC1H1 |
0.7344 |
6/6 |
HIGH |
0.966 |
0.648 |
0.843 |
1.000 |
0.902 |
| 3 |
SMAD4 |
0.7227 |
6/6 |
HIGH |
0.932 |
0.529 |
0.948 |
1.000 |
0.921 |
| 4 |
DLG4 |
0.7116 |
5/6 |
HIGH |
0.980 |
0.674 |
0.905 |
— |
0.924 |
| 5 |
CRMP1 |
0.6888 |
6/6 |
MED |
0.866 |
0.666 |
0.794 |
1.000 |
0.754 |
| 6 |
FGFR1 |
0.6857 |
5/6 |
MED |
0.917 |
0.615 |
0.917 |
— |
0.926 |
| 7 |
ATP1A3 |
0.6833 |
5/6 |
MED |
0.940 |
0.680 |
0.851 |
— |
0.860 |
| 8 |
ATP2B2 |
0.6832 |
5/6 |
MED |
0.955 |
0.688 |
0.843 |
— |
0.838 |
| 9 |
PKD1 |
0.6831 |
5/6 |
MED |
0.836 |
0.685 |
0.913 |
— |
0.930 |
| 10 |
ARL3 |
0.6826 |
6/6 |
MED |
0.800 |
0.545 |
0.835 |
1.000 |
0.923 |
| 11 |
GRIA2 |
0.6810 |
5/6 |
MED |
0.957 |
0.656 |
0.831 |
— |
0.877 |
| 12 |
SNCA |
0.6810 |
5/6 |
MED |
0.817 |
0.667 |
0.949 |
— |
0.932 |
| 13 |
HDAC6 |
0.6801 |
5/6 |
MED |
— |
0.573 |
0.928 |
1.000 |
0.934 |
| 14 |
VAMP2 |
0.6786 |
5/6 |
MED |
0.930 |
0.669 |
0.875 |
— |
0.838 |
| 15 |
MAPRE3 |
0.6769 |
5/6 |
MED |
0.948 |
0.662 |
0.807 |
— |
0.883 |
| 16 |
ATP1B1 |
0.6754 |
5/6 |
MED |
0.923 |
0.662 |
0.893 |
— |
0.744 |
| 17 |
ANP32A |
0.6743 |
6/6 |
MED |
0.947 |
0.618 |
0.765 |
1.000 |
0.644 |
| 18 |
ATP1A1 |
0.6741 |
5/6 |
MED |
0.937 |
0.662 |
0.897 |
— |
0.792 |
| 19 |
SCN2A |
0.6733 |
5/6 |
MED |
0.938 |
0.670 |
0.814 |
— |
0.859 |
| 20 |
VEGFA |
0.6722 |
5/6 |
MED |
0.951 |
0.473 |
0.968 |
— |
0.942 |
觀察: 去重後 top 20 全部有 5-6 層 evidence，expression 層不再缺失。前 4 名（PAFAH1B1、DYNC1H1、SMAD4、DLG4）全是 LoF-intolerant 基因且有 centrosome/sensory 相關定位或文獻。
逐基因詳細分析
#1 — PAFAH1B1 / LIS1（Dynein 調控因子）⭐
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.7414 |
| Evidence layers |
6/6 全層 |
| gnomAD |
LOEUF=0.100 (norm=0.969) — 極度 LoF intolerant (top 1%), pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=131.0 TPM; enrichment=1.17; norm=0.597 |
| Localization |
HPA: Centrosome; proximity=1.000 |
| Literature |
496 篇; cilia=4, sensory=3, direct_exp=4, cyto=424; tier=direct_experimental |
解讀: LIS1 是 cytoplasmic dynein 的關鍵調控因子，控制微管 minus-end transport。Dynein 負責 IFT（intraflagellar transport）逆行運輸，是纖毛維持的核心機制。LIS1 突變致 lissencephaly（無腦回畸形），極度 LoF intolerant。與 Usher 的連結：dynein transport 對感覺纖毛（photoreceptor connecting cilium、stereocilia kinocilium）至關重要。
#2 — DYNC1H1（Cytoplasmic Dynein 重鏈）⭐
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.7344 |
| Evidence layers |
6/6 全層 |
| gnomAD |
LOEUF=0.117 (norm=0.966) — 極度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=129.1 TPM; enrichment=1.68; norm=0.648 |
| Localization |
HPA: Centrosome + Cytosol; proximity=1.000 |
| Literature |
211 篇; cilia=10, sensory=9, direct_exp=6; tier=direct_experimental |
解讀: Dynein 重鏈——分子馬達的催化核心。驅動 IFT retrograde transport 和中心粒遷移。DYNC1H1 突變導致 cortical malformation 和 spinal muscular atrophy。纖毛中 dynein 運輸缺陷是多種 ciliopathy 的核心病理，連結 photoreceptor disc renewal 和 hair cell 功能。 10 篇纖毛 + 9 篇感覺文獻在 211 篇中占 9%。
#3 — SMAD4（TGF-β/BMP 核心轉錄因子）⭐
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.7227 |
| Evidence layers |
6/6 全層 |
| gnomAD |
LOEUF=0.227 (norm=0.932) — 高度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=28.8 TPM; enrichment=1.10; norm=0.529 |
| Localization |
HPA: Cytosol + Nucleoplasm + Centrosome; proximity=1.000 |
| Literature |
6,577 篇; cilia=6, sensory=78, polarity=49; tier=direct_experimental |
解讀: TGF-β/BMP 信號通路的核心介導者。BMP signaling 在耳蝸發育中調控 hair cell 分化和 stereocilia polarity。SMAD4 也參與 cilia-dependent Hedgehog signaling。Centrosome 定位 + 高度 constrained + 6/6 全層 evidence。
#4 — DLG4 / PSD-95（突觸後密度蛋白）⭐
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.7116 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.166 (norm=0.980) — 極度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=224.5 TPM (極高); enrichment=2.24; norm=0.674 |
| Literature |
2,000 篇; sensory=57, cyto=319, polarity=27; tier=direct_experimental |
解讀: DLG4/PSD-95 是感覺神經元突觸的核心支架蛋白。在 photoreceptor ribbon synapse 和 hair cell afferent synapse 中表達。極度 LoF intolerance + 極高 cerebellum 表達 + 大量感覺文獻。
#5 — CRMP1（Collapsin Response Mediator 1）⭐
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6888 |
| Evidence layers |
6/6 全層 |
| gnomAD |
LOEUF=0.440 (norm=0.866) — 中高度 constrained, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=95.3 TPM; enrichment=2.43 (Usher 組織明顯富集); norm=0.666 |
| Localization |
HPA: Centrosome + Cytosol; proximity=1.000 |
| Literature |
178 篇; sensory=6, cyto=33; tier=hts_hit |
解讀: CRMP1 參與微管組裝和 axon guidance，在感覺神經元高度表達。Cerebellum enrichment 極高（2.43）。Centrosome 定位 + 全 6 層 evidence。Under-studied（僅 178 篇）。
#6 — FGFR1（FGF Receptor 1）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6857 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.285 (norm=0.917) — 高度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=121.6 TPM; enrichment=1.31; norm=0.615 |
| Literature |
6,129 篇; cilia=35, sensory=132, direct_exp=8; tier=direct_experimental |
解讀: FGF 信號在耳蝸發育中調控 otic vesicle patterning 和 hair cell 分化。132 篇感覺 + 35 篇纖毛文獻。
#7 — ATP1A3（Na⁺/K⁺ ATPase α3）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6833 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.214 (norm=0.940) — 高度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=346.3 TPM (極高); enrichment=2.40; norm=0.680 |
| Literature |
527 篇; sensory=78; tier=hts_hit |
解讀: 神經元 Na⁺/K⁺ pump。ATP1A3 突變致 alternating hemiplegia + rapid-onset dystonia-parkinsonism，部分患者伴有聽力損失。在耳蝸 stria vascularis 高表達，維持 endolymph 離子梯度（聽覺轉導必需）。
#8 — ATP2B2（Plasma Membrane Ca²⁺ ATPase 2）⭐
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6832 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.190 (norm=0.955) — 極度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=164.7 TPM; enrichment=2.92 (最高之一); norm=0.688 |
| Literature |
180 篇; sensory=54; tier=hts_hit |
解讀: ATP2B2 是 Ca²⁺ extrusion pump。Atp2b2 突變 (deafwaddler) 小鼠完全失聰 — 在耳蝸毛細胞 stereocilia 頂端高度表達，負責 mechanotransduction 後 Ca²⁺ 排出。極度 constrained + 最高 Usher tissue enrichment 之一（2.92）。直接連結 stereocilia Ca²⁺ homeostasis 與聽力。
#9 — PKD1 / Polycystin-1（已知 Ciliopathy 基因 — 陽性對照）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6831 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.360 (norm=0.836), pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=577.2 TPM (極高); enrichment=2.54; norm=0.685 |
| Literature |
2,521 篇; cilia=242, sensory=19, direct_exp=201; tier=direct_experimental |
解讀: 已知 ciliopathy 基因 — PKD1 突變致 ADPKD。Polycystin-1 是 primary cilia 上的機械感受器。242 篇纖毛文獻。Pipeline 正確排名 top 10，驗證 scoring 系統有效。
#10 — ARL3（ADP-Ribosylation Factor-like 3）⭐
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6826 |
| Evidence layers |
6/6 全層 |
| gnomAD |
LOEUF=0.557 (norm=0.800), pLI=0.930 |
| Expression |
GTEx cerebellum=51.7 TPM; enrichment=1.04; norm=0.545 |
| Localization |
HPA: Centrosome + Nucleoplasm; proximity=1.000 |
| Literature |
169 篇; cilia=88, sensory=49, direct_exp=45; tier=direct_experimental |
解讀: ARL3 是已確認的纖毛信號蛋白，調控 ciliary protein trafficking（與 RP2/UNC119 組成 lipidated cargo release 複合物）。169 篇中 88 篇纖毛文獻（52%）和 49 篇感覺文獻（29%）— 在所有候選基因中纖毛相關比例最高。ARL3 突變在小鼠致 retinal degeneration。真正的 Usher-adjacent ciliopathy 候選基因。
#11 — GRIA2（Glutamate Receptor, AMPA 2）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6810 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.123 (norm=0.957) — 極度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=74.4 TPM; enrichment=2.29; norm=0.656 |
| Literature |
1,758 篇; sensory=87; tier=hts_hit |
解讀: AMPA receptor 核心亞單位。在 cochlear nucleus 和 auditory pathway 大量表達。Hair cell afferent synapse 使用 glutamatergic transmission。極度 LoF intolerant。
#12 — SNCA（α-Synuclein）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6810 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.691 (norm=0.817) |
| Expression |
GTEx cerebellum=73.9 TPM; enrichment=2.74; norm=0.667 |
| Literature |
4,084 篇; sensory=28, cyto=734; tier=direct_experimental |
解讀: Parkinson disease 相關蛋白。SNCA 在 synaptic vesicle 循環和 cytoskeleton 動態有角色。Cerebellum 高表達。主要文獻集中在 neurodegeneration。
#13 — HDAC6（Histone Deacetylase 6）⭐
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6801 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 gnomAD) |
| gnomAD |
無數據（可能因位於 chrX） |
| Expression |
GTEx cerebellum=92.0 TPM; enrichment=1.08; norm=0.573 |
| Localization |
HPA: Cytosol + Nucleoplasm + Centrosome; proximity=1.000 |
| Literature |
2,915 篇; cilia=119, sensory=36, direct_exp=40, cyto=605; tier=direct_experimental |
解讀: HDAC6 是已知的 ciliogenesis 調控因子。它 deacetylates α-tubulin，調控 cilia disassembly。HDAC6 抑制劑（如 tubastatin A）可以穩定纖毛。119 篇纖毛文獻 + centrosome 定位。在 ciliopathy 治療研究中是重要靶點。
#14 — VAMP2（Synaptobrevin-2）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6786 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.345 (norm=0.930) — 高度 constrained, pLI=0.997 |
| Expression |
GTEx cerebellum=500.5 TPM (極高); enrichment=1.96; norm=0.669 |
| Literature |
1,286 篇; sensory=24, cyto=115; tier=hts_hit |
解讀: SNARE 複合物核心成員，驅動 synaptic vesicle exocytosis。在 hair cell ribbon synapse 和 photoreceptor synapse 中有關鍵功能。極高 cerebellum 表達（500 TPM）。
#15 — MAPRE3 / EB3（Microtubule End-Binding Protein 3）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6769 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.163 (norm=0.948) — 極度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=214.6 TPM (極高); enrichment=1.87; norm=0.662 |
| Literature |
81 篇 (under-studied); cilia=3, sensory=1, cyto=67, direct_exp=2; tier=direct_experimental |
解讀: EB3 追蹤生長中的微管 plus-end，參與 cilia formation 和 axon guidance。極度 LoF intolerant + 極高 cerebellum 表達。僅 81 篇文獻 — truly under-studied。微管動態是 ciliogenesis 的基礎。
#16 — ATP1B1（Na⁺/K⁺ ATPase β1 亞單位）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6754 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.195 (norm=0.923) — 高度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=211.4 TPM; enrichment=1.90; norm=0.662 |
| Literature |
233 篇; sensory=7; tier=hts_hit |
解讀: Na⁺/K⁺ ATPase 的 β1 亞單位，與 ATP1A3 (#7) 和 ATP1A1 (#18) 形成功能複合物。在 stria vascularis 維持 endolymph K⁺ 濃度。聽覺轉導依賴此離子梯度。
#17 — ANP32A（Acidic Nuclear Phosphoprotein 32A）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6743 |
| Evidence layers |
6/6 全層 |
| gnomAD |
LOEUF=0.143 (norm=0.947) — 極度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=55.8 TPM; enrichment=1.57; norm=0.618 |
| Localization |
HPA: Nucleoplasm + Centrosome + Cytosol; proximity=1.000 |
| Literature |
203 篇; cilia=0, sensory=1; tier=hts_hit |
解讀: Histone chaperone 和 phosphatase inhibitor。Centrosome 定位有趣但纖毛/感覺文獻極少。極度 LoF intolerant 表明功能重要，但與 Usher/ciliopathy 的連結不明確。
#18 — ATP1A1（Na⁺/K⁺ ATPase α1）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6741 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.188 (norm=0.937) — 高度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=374.6 TPM (極高); enrichment=1.79; norm=0.662 |
| Literature |
667 篇; sensory=20; tier=hts_hit |
解讀: Na⁺/K⁺ ATPase 的 ubiquitous α 亞單位。與 ATP1A3 (#7) 和 ATP1B1 (#16) 形成 Na⁺/K⁺ pump 系統。Stria vascularis endolymph homeostasis 核心。
#19 — SCN2A（Voltage-Gated Sodium Channel α2）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6733 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.161 (norm=0.938) — 極度 LoF intolerant, pLI=1.000 |
| Expression |
GTEx cerebellum=65.2 TPM; enrichment=2.97 (最高); norm=0.670 |
| Literature |
966 篇; sensory=14; tier=direct_experimental |
解讀: 神經元 Na⁺ channel。SCN2A 突變致 epileptic encephalopathy。Usher tissue enrichment 最高（2.97），暗示在感覺神經元中特異性高表達。
#20 — VEGFA（Vascular Endothelial Growth Factor A）
| 指標 |
值 |
| Composite |
0.6722 |
| Evidence layers |
5/6 (缺 localization) |
| gnomAD |
LOEUF=0.615 (norm=0.951) |
| Expression |
GTEx cerebellum=39.4 TPM; enrichment=0.80; norm=0.473 |
| Literature |
26,240 篇; cilia=55, sensory=2,550; tier=direct_experimental |
解讀: 血管生成核心因子。2,550 篇感覺文獻（因為眼科血管新生是 VEGF 研究主題之一）。排名偏高因 annotation (0.968) + literature (0.942) 極高。與 ciliopathy 的直接連結較弱。
優先級總結
最高優先 — 直接纖毛/感覺機制
| 基因 |
Layers |
核心理由 |
| ARL3 ⭐ |
6/6 |
已確認纖毛信號蛋白。52% 文獻為纖毛相關。Centrosome 定位。Ciliary cargo transport。 |
| PAFAH1B1 ⭐ |
6/6 |
Dynein transport 核心。極度 LoF intolerant (LOEUF=0.10)。Centrosome 定位。 |
| DYNC1H1 ⭐ |
6/6 |
Dynein 重鏈。極度 LoF intolerant (LOEUF=0.12)。Centrosome 定位。纖毛逆行運輸。 |
| ATP2B2 ⭐ |
5/6 |
Atp2b2 突變小鼠失聰。stereocilia Ca²⁺ pump。極度 constrained。Enrichment=2.92。 |
| HDAC6 ⭐ |
5/6 |
已知 ciliogenesis 調控因子。119 篇纖毛文獻。Centrosome 定位。治療靶點。 |
高優先 — 強多層證據 + 感覺系統角色
| 基因 |
Layers |
核心理由 |
| DLG4 ⭐ |
5/6 |
感覺突觸核心支架。極度 LoF intolerant。cerebellum 225 TPM。 |
| SMAD4 ⭐ |
6/6 |
TGF-β/BMP 核心。Hair cell 分化和 Hedgehog signaling。Centrosome 定位。 |
| CRMP1 ⭐ |
6/6 |
Under-studied centrosome 蛋白。Usher tissue enrichment=2.43。微管組裝。 |
| MAPRE3 |
5/6 |
微管 plus-end tracker。極度 LoF intolerant。Under-studied (81 篇)。 |
| ATP1A3 |
5/6 |
Na⁺/K⁺ pump。部分患者有聽力損失。Stria vascularis 表達。 |
中優先 — 間接但有潛力
| 基因 |
Layers |
核心理由 |
| FGFR1 |
5/6 |
FGF 信號調控 hair cell 分化。132 篇感覺文獻。 |
| GRIA2 |
5/6 |
AMPA receptor。Hair cell glutamatergic transmission。 |
| VAMP2 |
5/6 |
SNARE 蛋白。Ribbon synapse exocytosis。cerebellum 500 TPM。 |
| ATP1B1 / ATP1A1 |
5/6 |
Na⁺/K⁺ pump 系統。Endolymph K⁺ homeostasis。 |
陽性對照
| 基因 |
Rank |
已知疾病 |
| PKD1 |
#9 |
ADPKD (242 篇纖毛文獻) |
建議下一步
- ARL3: 調查 ARL3 突變小鼠是否有聽力/視力表型；檢查 photoreceptor connecting cilium proteomics
- ATP2B2: 查詢 Usher 患者 cohort 中 ATP2B2 variants；deafwaddler 模型是否有視網膜表型
- HDAC6: 評估 HDAC6 抑制劑對 Usher ciliopathy 模型的治療潛力
- PAFAH1B1 / DYNC1H1: 調查 lissencephaly 患者是否有亞臨床聽力/視力退化
- MAPRE3: 極度 under-studied (81 篇) + 極度 LoF intolerant — 值得在 inner ear organoid 中驗證
- 補齊 CellxGene 單細胞數據以提升 retina/inner ear 組織特異性判斷
gbanyan
a228a56984