Ligation dependent allele specific quantification (LASQ) of CFTR cDNA on the LightCycler using MLPA hybridization probes

BACKGROUND: As for Cystic Fibrosis (CF) and many other hereditary diseases there is still a lack in understanding the relationship between genetic (e.g. allelic) and phenotypic diversity. Therefore methods which allow fine quantification of allelic proportions of mRNA transcripts are of high importance. METHODS: We used either genomic DNA (gDNA) or total RNA extracted from nasal cells as starting nucleic acid template for our assay. The subjects included in this study were 9 CF patients compound heterozygous for the F508del mutation and each one F508del homozygous and one wild type homozygous respectively. We established a novel ligation based quantification method which allows fine quantification of the allelic proportions of ss and ds CFTR cDNA. To verify reliability and accuracy of this novel assay we compared it with semiquantitative fluorescent PCR (SQF-PCR). RESULTS: We established a novel assay for allele specific quantification of gene expression which combines the benefits of the specificity of the ligation reaction and the accuracy of quantitative real-time PCR. The comparison with SQF-PCR clearly demonstrates that LASQ allows fine quantification of allelic proportions. CONCLUSION: This assay represents an alternative to other fine quantitative methods such as ARMS PCR and Pyrosequencing.

MLPA en el estudio de desórdenes genómicos

El término de desórdenes genómicos se utiliza para definir aquellas condiciones que surgen por inestabilidad en la molécula de ADN y, que ocasionan, rearreglos cromosómicos que involucran regiones de uno o varios pares de megabases. Estos rearreglos determinan la pérdida, ganancia o disrupción de genes cuya expresión fenotípica varía de acuerdo a la cantidad de secuencia codificante presente (dosage- sensitive- genes). Estas anormalidades genómicas surgen predominantemente durante eventos de recombinación no alélica entre cromosomas homólogos (NAHR), aunque otros mecanismos también han sido descriptos. Los rearreglos cromosómicos ocurren en puntos de quiebra que concentran regiones inestables de la molécula de ADN como lo son las secuencias repetidas llamadas LCRs (low copy repeats) que sirven como sustrato de recombinación o los sitios palindrómicos ricos en adenina- timina. Entre los desórdenes originados por alteración en la estructura genómica se cita al síndrome de deleción/duplicación 22q11.2, que incluye varios cuadros clínicos con superposición de rasgos fenotípicos. Se estima que la variabilidad clínica en estos pacientes es consecuente con la cantidad de secuencia codificante presente en relación al tamaño de la deleción/ duplicación. El advenimiento de nuevas técnicas moleculares permite actualmente determinar con precisión el segmento delecionado/ duplicado. Una nueva metodología conocida como MLPA (multiplex ligation probe amplification) podría discriminar, para este desorden en particular, cambios en el número de copias genómicas responsables de los diferentes fenotipos. Se considera que la técnica de MLPA es una herramienta de diagnóstico complementaria, con una alta sensibilidad y especificidad en el diagnóstico de desórdenes genómicos, que permite cuantificar microdeleciones/ microduplicaciones no objetivables por otros métodos. Se espera en un futuro que el conocimiento en cuanto a los complejos mecanismos de producción de los diferentes desórdenes genómicos permita definir con claridad la existencia de una relación genotipo- fenotipo que pueda delinear a aquellas entidades con fenotipos intermedios.

Molecular Genetic Background of Tumours in Hereditary Leiomyomatosis and Renal Cell Cancer Syndrome

Hereditary Leiomyomatosis and Renal Cell Cancer (HLRCC) is a hereditary tumour predisposition syndrome. Its phenotype includes benign cutaneous and uterine leiomyomas (CLM, ULM) with high penetrance and rarer renal cell cancer (RCC), most commonly of papillary type 2 subtype. Over 130 HLRCC families have been identified world-wide but the RCC phenotype seems to concentrate in families from Finland and North America for unknown reasons. HLRCC is caused by heterozygous germline mutations in the fumarate hydratase (FH) gene. FH encodes the enzyme fumarase from mitochondrial citric acid cycle. Fumarase enzyme activity or type or site of the FH mutation are unassociated with disease phenotype. The strongest evidence for tumourigenesis mechanism in HLRCC supports a hypoxia inducible factor driven process called pseudohypoxia resulting from accumulation of the fumarase substrate fumarate. In this study, to assess the importance of gene- or exon-level deletions or amplifications of FH in patients with HLRCC-associated phenotypes, multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) method was used. One novel FH mutation, deletion of exon 1, was found in a Swedish male patient with an evident HLRCC phenotype with CLM, RCC, and a family history of ULM and RCC. Six other patients with CLM and 12 patients with only RCC or uterine leiomyosarcoma (ULMS) remained FH mutation-negative. These results suggest that copy number aberrations of FH or its exons are an infrequent cause of HLRCC and that only co-occurrence of benign tumour types justifies FH-mutation screening in RCC or ULMS patients. Determination of the genomic profile of 11 HLRCC-associated RCCs from Finnish patients was performed by array comparative genomic hybridization. The most common copy number aberrations were gains of 2, 7, and 17 and losses of 13q12.3-q21.1, 14, 18, and X. When compared to aberrations of sporadic papillary RCCs, HLRCC-associated RCCs harboured a distinct DNA copy number profile and lacked many of the changes characterizing the sporadic RCCs. The findings suggest a divergent molecular pathway for tumourigenesis of papillary RCCs in HLRCC. In order to find a genetic modifier of RCC risk in HLRCC, genome-wide linkage and identical by descent (IBD) analysis studies were performed in Finnish HLRCC families with microsatellite marker mapping and SNP-array platforms. The linkage analysis identified only one locus of interest, the FH gene locus in 1q43, but no mutations were found in the genes of the region. IBD analysis yielded no convincing haplotypes shared by RCC patients. Although these results do not exclude the existence of a genetic modifier for RCC risk in HLRCC, they emphasize the role of FH mutations in the malignant tumourigenesis of HLRCC. To study the benign tumours in HLRCC, genome-wide DNA copy number and gene expression profiles of sporadic and HLRCC ULMs were defined with modern SNP- and gene-expression array platforms. The gene expression array suggests novel genes involved in FH-deficient ULM tumourigenesis and novel genes with putative roles in propagation of sporadic ULM. Both the gene expression and copy number profiles of HLRCC ULMs differed from those of sporadic ULMs indicating distinct molecular basis of the FH-deficient HLRCC tumours.

Genetic variation in the LDL receptor-related protein 5 (LRP5) gene : Association with bone health and metabolic parameters

Bone mass accrual and maintenance are regulated by a complex interplay between genetic and environmental factors. Recent studies have revealed an important role for the low-density lipoprotein receptor-related protein 5 (LRP5) in this process. The aim of this thesis study was to identify novel variants in the LRP5 gene and to further elucidate the association of LRP5 and its variants with various bone health related clinical characteristics. The results of our studies show that loss-of-function mutations in LRP5 cause severe osteoporosis not only in homozygous subjects but also in the carriers of these mutations, who have significantly reduced bone mineral density (BMD) and increased susceptibility to fractures. In addition, we demonstrated for the first time that a common polymorphic LRP5 variant (p.A1330V) was associated with reduced peak bone mass, an important determinant of BMD and osteoporosis in later life. The results from these two studies are concordant with results seen in other studies on LRP5 mutations and in association studies linking genetic variation in LRP5 with BMD and osteoporosis. Several rare LRP5 variants were identified in children with recurrent fractures. Sequencing and multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) analyses revealed no disease-causing mutations or whole-exon deletions. Our findings from clinical assessments and family-based genotype-phenotype studies suggested that the rare LRP5 variants identified are not the definite cause of fractures in these children. Clinical assessments of our study subjects with LPR5 mutations revealed an unexpectedly high prevalence of impaired glucose tolerance and dyslipidaemia. Moreover, in subsequent studies we discovered that common polymorphic LRP5 variants are associated with unfavorable metabolic characteristics. Changes in lipid profile were already apparent in pre-pubertal children. These results, together with the findings from other studies, suggest an important role for LRP5 also in glucose and lipid metabolism. Our results underscore the important role of LRP5 not only in bone mass accrual and maintenance of skeletal health but also in glucose and lipid metabolism. The role of LRP5 in bone metabolism has long been studied, but further studies with larger study cohorts are still needed to evaluate the specific role of LRP5 variants as metabolic risk factors.

Molecular and Clinical Characteristics of Pituitary Adenoma Predisposition (PAP)

Pituitary adenomas are common benign neoplasms. Although most of them are sporadic, a minority occurs in familial settings. Heterozygous germline mutations in the aryl hydrocarbon receptor interacting protein (AIP) gene were found to underlie familial pituitary adenomas, a condition designated as pituitary adenoma predisposition (PAP). PAP confers incomplete penetrance of mostly growth hormone (GH) secreting adenomas in young patients, who often lack a family history of pituitary adenomas. This thesis work aimed to clarify the molecular and clinical characteristics of PAP. Applying the multiplex ligation-dependent probe amplification assay (MLPA), we found large genomic AIP deletions to account for a subset of PAP. Therefore, MLPA could be considered in PAP suspected patients with no AIP mutations found with conventional sequencing. We generated an Aip mouse model to examine pituitary tumorigenesis in vivo. The heterozygous Aip mutation conferred complete penetrance of pituitary adenomas that were mostly GH-secreting, rendering the phenotype of the Aip mouse similar to that of PAP patients. We suggest that AIP may function as a candidate gatekeeper gene in somatotrophs. To clarify molecular mechanisms of tumorigenesis, we elucidated the expression of AIP-related molecules in human and mouse pituitary tumors. The expression of aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator (ARNT) was reduced in mouse Aip-deficient adenomas, and similar ARNT reduction was also evident in human AIP mutation positive adenomas. This suggests that in addition to participating in the hypoxia pathway, estrogen receptor signaling and xenobiotic response pathways, ARNT may play a role in AIP-related tumorigenesis. We also studied the characteristics and the response to therapy of PAP patients and found them to have an aggressive disease phenotype with young age at onset. Therefore, improvement in treatment outcomes of PAP patients would require their efficient identification and earlier diagnosis of the pituitary adenomas. The possible role of the RET proto-oncogene in tumorigenesis of familial AIP mutation negative pituitary adenomas was evaluated, but none of the found RET germline variants were considered pathogenic. Surprisingly, RET immunohistochemistry suggested possible underexpression of RET in AIP mutation positive pituitary adenomas an observation that merits further investigation.

Caracterização de alterações epigenéticas no gene JARID1C e desequilíbrios genéticos como causas do retardo mental ligado ao x de etiologia idiopática

O retardo mental (RM) é caracterizado por um funcionamento intelectual significantemente abaixo da média (QI<70). A prevalência de RM varia entre estudos epidemiológicos, sendo estimada em 2-3% da população mundial, constituindo assim, um dos mais importantes problemas de saúde pública. Há um consenso geral de que o RM é mais comum no sexo masculino, um achado atribuído às numerosas mutações nos genes encontrados no cromossomo X, levando ao retardo mental ligado ao X (RMLX). Dentre os genes presentes no cromossomo X, o Jumonji AT-rich interactive domain IC (JARID1C) foi recentemente identificado como um potencial candidato etiológico do RM, quando mutado. O JARID1C codifica uma proteína que atua como uma desmetilase da lisina 4 da histona H3 (H3K4), imprescindível para a regulação epigenética. Tão recente como a identificação do gene JARID1C, é a descoberta de que mudanças no número de cópias de sequências de DNA, caracterizadas por microdeleções e microduplicações, poderiam ser consideradas como razões funcionalmente importantes de RMLX. Atualmente, cerca de 5-10% dos casos de RM em homens são reconhecidos por ocorrerem devido a estas variações do número de cópias no cromossomo X. Neste estudo, investigamos mutações no gene JARID1C, através do rastreamento dos éxons 9, 11, 12, 13, 15 e 16, em 121 homens de famílias com RM provavelmente ligado ao X. Paralelamente, realizamos a análise da variação do número de cópias em 16 genes localizados no cromossomo X através da técnica de MLPA no mesmo grupo de pacientes. Esta metodologia consiste em uma amplificação múltipla que detecta variações no número de cópias de até 50 sequências diferentes de DNA genômico, sendo capaz de distinguir sequências que diferem em apenas um nucleotídeo. O DNA genômico foi extraído a partir de sangue periférico e as amostras foram amplificadas pela técnica de PCR, seguida da análise por sequenciamento direto. Foram identificadas três variantes na sequência do gene JARID1C entre os pacientes analisados: a variante intrônica 2243+11 G>T, que esteve presente em 67% dos pacientes, a variante silenciosa c.1794C>G e a mutação inédita nonsense c.2172C>A, ambas presentes em 0,82% dos indivíduos investigados. A análise através do MLPA revelou uma duplicação em um dos pacientes envolvendo as sondas referentes ao gene GDI1 e ao gene HUWE1. Este trabalho expande o estudo de mutações no gene JARID1C para a população brasileira ereforça a importância da triagem de mutações neste gene em homens portadores de RM familiar de origem idiopática, assim como, é primeiro relato científico relativo à investigação de variações no número de cópias de genes localizados no cromossomo X em homens brasileiros com RM, através da técnica de MLPA.

Mutações no gene JARID1C e rearranjos subteloméricos como causas de deficiência intelectual familiar de etiologia idiopática

A Deficiência Intelectual (DI) é uma condição complexa, que acomete 2-3% da população mundial, constituindo um importante problema de saúde pública. No entanto, uma parcela significativa dos casos de DI permanece sem um diagnóstico definitivo, o que demonstra que muitos fatores etiológicos associados a esta condição ainda precisam ser elucidados. Há um consenso de que o número de homens com DI supera em 30% o número de mulheres, um achado atribuído à presença de mutações em genes localizados no cromossomo X. Dentre os genes presentes neste cromossomo que são expressos no cérebro, o Jumonji AT-rich interactive domain 1C (JARID1C) foi identificado como um potencial candidato a estar relacionado à DI ligada ao X (DILX). O gene JARID1C codifica uma desmetilase da lisina 4 da histona H3 (H3K4), imprescindível para a regulação epigenética. Tão importante quanto o estudo do gene JARID1C em pacientes com DI é a busca por variações no número de cópias gênicas (VNCs) em regiões cromossômicas subteloméricas. Genes relacionados ao desenvolvimento cerebral são enriquecidos em VNCs e as regiões subteloméricas são mais susceptíveis à formação destes rearranjos. Diante do exposto, neste estudo, investigamos mutações no gene JARID1C (exons 3, 4, 5, 8, 10, 14 e 23) em 148 homens portadores de DI pertencentes a famílias com padrão de segregação sugestivo de DILX. Paralelamente, analisamos VNCs subteloméricas em 174 homens com DI familiar de etiologia idiopática, independente do padrão de segregação. Para todos os indivíduos selecionados, amostras de DNA genômico foram extraídas a partir de sangue periférico e alterações genéticas frequentemente relacionadas à DI foram previamente excluídas (expansões trinucleotídicas nos loci FRAXA e FRAXE e mutações nos genes MECP2 e ARX). A análise do gene JARID1C foi realizada pela técnica de PCR, seguida da análise dos produtos amplificados por sequenciamento. Foram identificadas quatro variantes silenciosas (c.564G>A, c.633G>C, c.1884G>A, c.1902C>A). Através da análise in silico de sequências exônicas acentuadoras de splicing (ESEs) localizadas nas posições das variantes encontradas, foi possível classificar a variante c.1884G>A como neutra e as três variantes restantes como possíveis criadoras de ESEs. Já para a investigação das VNCs subteloméricas, foi utilizada a metodologia de Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification (MLPA), capaz de identificar microdeleções e microduplicações nas 46 regiões subteloméricas. Para este fim, inicialmente, os indivíduos foram investigados pelo kit de MLPA P036, enquanto que para aqueles que exibiram alterações também foi utilizado o kit P070. A validação das VNCs encontradas foi realizada por PCR quantitativo em Tempo Real. A análise por MLPA revelou um indivíduo apresentando duas deleções (9p e 13q), um indivíduo apresentando duas amplificações (1p e 2p), dois indivíduos apresentando uma deleção e uma amplificação (18p e 18q; 4p e 8p), quatro indivíduos portadores de uma deleção cada (10p, 20p, 3q e 22q) e dois indivíduos com uma amplificação cada (7q e 20p). Algumas das alterações subteloméricas encontradas (2,87%) representam VNCs de relevância clínica para o estudo da DI, reforçando a importância do rastreamento de rotina de VNCs subteloméricas na DI familiar. Consideramos que a elucidação de novos genes ou mecanismos moleculares diretamente relacionados à DI é um caminho promissor e urgente para o estabelecimento de novas estratégias terapêuticas possíveis.

Relação entre fatores genéticos envolvidos em vias metabólicas mitocondriais e a doença de Parkinson

A doença de Parkinson (DP) é uma das desordens neurodegenerativas mais comuns associada ao envelhecimento, alcançando 2% aos 70 anos. É uma doença caracterizada pela degeneração progressiva de neurônios dopaminérgicos nigrais nos gânglios basais e pela presença de inclusões protéicas citoplasmáticas denominadas corpúsculos e neuritos de Lewy nos neurônios sobreviventes. A etiologia da DP é pouco conhecida, sendo considerada, na maioria dos casos, idiopática. Conhecimentos alcançados nos últimos 15 anos sobre a base genética da DP demonstram, claramente, que os fatores genéticos desempenham um importante papel na etiologia desta desordem. Neste trabalho, rastreamos mutações nos genes que codificam proteínas participantes de vias metabólicas mitocondriais (Parkin, PINK1 e DJ-1) em 136 pacientes brasileiros com manifestação precoce da DP, através do sequenciamento automático e da técnica de MLPA. Avaliamos a presença de variantes de sequência por meio do sequenciamento dos exons 1 a 12 do gene Parkin e dos exons 1 a 8 do gene PINK1. Em Parkin foram identificadas três mutações patogênicas ou potencialmente patogênicas, ambas em heterozigose: p.T240M, p.437L e p.S145N. Em PINK1 não encontramos variantes de ponto patogênicas. Através da técnica de MLPA investigamos alterações de dosagem nos genes Parkin, PINK1 e DJ-1. Identificamos cinco alterações no gene Parkin em quatro pacientes: uma duplicação heterozigota do exon 4 no paciente PAR2256, uma deleção heterozigota do exon 4 no probando PAR2099, uma deleção homozigota do exon 4 na paciente PAR3380 e um probando heterozigoto composto (PAR2396) com duas alterações, uma duplicação do exon 3 e uma deleção dos exons 5 e 6. No gene PINK1 identificamos uma deleção heterozigota do exon 1, que nunca foi descrita na literatura, em um paciente (PAR2083). Não encontramos alteração quantitativa no gene DJ-1. Neste estudo obtivemos uma frequência total de mutações patogênicas (pontuais e de dosagem) nos genes estudados de 7,3%, sendo 6,6% no gene Parkin e 0,7% no gene PINK1.

Base genética da hipercolesterolemia familiar

Tese de doutoramento, Bioquímica (Genética Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

A Rare Case of Trisomy 15pter-q21.2 Due to a De Novo Marker Chromosome

Supernumerary marker chromosomes (sSMC) may or may not be associated with an abnormal phenotype, depending on the presence of euchromatin, on their chromosomal origin and whether they are inherited. Over 80% of sSMCs are derived from acrocentric chromosomes and half of them include the short arm of chromosome 15. Generally, they appear as bisatellited isodicentric marker chromosomes, most of them are symmetric. These chromosomes are normally originated de novo and are associated with mild to severe intellectual disability but not with physical abnormalities. We report on a patient with an SMC studied using classical and molecular cytogenetic procedures (G and C banding, NOR staining, painting and centromeric fluorescent in situ hybridization (FISH), BAC-FISH, and SKY). The MLPA technique and DNA polymorphic markers were used in order to identify its parental origin. The marker chromosome, monosatellited and monocentric, was found to be derived from a maternal chromosome 15 and was defined as 15pter-q21.2. This is the report of the largest de novo monosatellited 15q marker chromosome ever published presenting detailed cytogenetic and clinical data. It was associated with a phenotype including cardiac defect, absence of septum pellucidum, and dysplasia of the corpus callosum. (C) 2010 Wiley-Liss, Inc.

Microtensile bond strengths and scanning electron microscopic evaluation of self-adhesive and self-etch resin cements to intact and etched enamel

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise de genes envolvidos na neurotransmissão, formação e manutenção sináptica em indivíduos com transtornos do espectro do Autismo

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise molecular de pacientes com holoprosencefalia

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise molecular de pacientes com holoprosencefalia

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Li-Fraumeni-like syndrome associated with a large BRCA1 intragenic deletion

Background: Li-Fraumeni (LFS) and Li-Fraumeni-like (LFL) syndromes are associated to germline TP53 mutations, and are characterized by the development of central nervous system tumors, sarcomas, adrenocortical carcinomas, and other early-onset tumors. Due to the high frequency of breast cancer in LFS/LFL families, these syndromes clinically overlap with hereditary breast cancer (HBC). Germline point mutations in BRCA1, BRCA2, and TP53 genes are associated with high risk of breast cancer. Large rearrangements involving these genes are also implicated in the HBC phenotype. Methods: We have screened DNA copy number changes by MLPA on BRCA1, BRCA2, and TP53 genes in 23 breast cancer patients with a clinical diagnosis consistent with LFS/LFL; most of these families also met the clinical criteria for other HBC syndromes. Results: We found no DNA copy number alterations in the BRCA2 and TP53 genes, but we detected in one patient a 36.4 Kb BRCA1 microdeletion, confirmed and further mapped by array-CGH, encompassing exons 9-19. Breakpoints sequencing analysis suggests that this rearrangement was mediated by flanking Alu sequences. Conclusion: This is the first description of a germline intragenic BRCA1 deletion in a breast cancer patient with a family history consistent with both LFL and HBC syndromes. Our results show that large rearrangements in these known cancer predisposition genes occur, but are not a frequent cause of cancer susceptibility.