Diagnóstico molecular de cancros hereditários por sequenciação de nova geração: cancro da mama e cancro colorretal

O cancro da mama e o cancro colorretal constituem duas das principais causas de morte a nível mundial. Entre 5 a 10% destes casos estão associados a variantes germinais/hereditárias em genes de suscetibilidade para cancro. O objetivo deste trabalho consistiu em validar a utilização da sequenciação de nova geração (NGS) para identificar variantes previamente detetadas pelo método de Sanger em diversos genes de suscetibilidade para cancro da mama e colorretal. Foram sequenciadas por NGS 64 amostras de DNA de utentes com suspeita clínica de predisposição hereditária para cancro da mama ou colorretal, utilizando o painel de sequenciação TruSight Cancer e a plataforma MiSeq (Illumina). Estas amostras tinham sido previamente sequenciadas pelo método de Sanger para os genes BRCA1, BRCA2, TP53, APC, MUTYH, MLH1, MSH2 e STK11. A análise bioinformática dos resultados foi realizada com os softwares MiSeq Reporter, VariantStudio, Isaac Enrichment (Illumina) e Integrative Genomics Viewer (Broad Institute). A NGS demonstrou elevada sensibilidade e especificidade analíticas para a deteção de variantes de sequência em 8 genes de suscetibilidade para cancro colorretal e da mama, uma vez que permitiu identificar a totalidade das 412 variantes (93 únicas, incluindo 27 variantes patogénicas) previamente detetadas pelo método de Sanger. A utilização de painéis de sequenciação de genes de predisposição para cancro por NGS vem possibilitar um diagnóstico molecular mais abrangente, rápido e custo-eficiente, relativamente às metodologias convencionais.

A desregulação da homeostase do ferro: base molecular e patologias associadas

A homeostase do ferro requer um rigoroso processo de regulação, uma vez que este é um elemento essencial para alguns dos mecanismos celulares básicos mas, quando se encontra em excesso, origina profundos danos celulares e falha de órgãos. Dado que o organismo humano não possui um mecanismo ativo de excreção de ferro, é essencial que a sua homeostase seja estabelecida através de uma estreita comunicação entre os locais de absorção, utilização e armazenamento. Esta interligação é conseguida, essencialmente, através da ação de uma hormona circulante, a hepcidina. A hepcidina é sintetizada ao nível dos hepatócitos do fígado, sendo a sua expressão aumentada pelos níveis de ferro e inflamação e suprimida pela eritropoiese e hipoxia. A hepcidina regula negativamente a absorção duodenal do ferro proveniente da alimentação, a libertação pelos macrófagos do ferro resultante da fagocitose dos glóbulos vermelhos senescentes, assim como a libertação do ferro armazenado nos hepatócitos. A hemocromatose hereditátria (HH) do tipo 1 é uma doença de transmissão autossómica recessiva associada a mutações no gene HFE (p.Cys282Tyr e p.His63Asp). É a patologia humana mais comum de sobrecarga primária em ferro, apresenta penetrância incompleta, e é um dos distúrbios genéticos mais frequentes em caucasianos de ascendência Norte-Europeia. Na hemocromatose, apesar de haver um excesso de ferro no organismo, este facto não é refletido no nível de expressão da hormona hepcidina (cujos níveis deveriam aumentar). Pelo contrário, o nível de expressão da hepcidina encontra-se diminuído o que perpetua a constante absorção do ferro a nível duodenal. Os sintomas associados à doença iniciam-se geralmente na meia-idade e começam por consistir em sintomas gerais de fadiga e dores articulares. No entanto, a progressiva acumulação do ferro em vários órgãos (tais como fígado, coração e pâncreas) provoca aí graves danos, tais como cirrose, carcinoma hepatocelular, cardiomiopatias e diabetes. Para além da HH do tipo 1, podem ocorrer outros tipos de hemocromatose por mutações noutros genes relacionados com o metabolismo do ferro (tais como TFR2, HJV, HAMP, SLC40A1, etc). Mutações em genes como HAMP e HJV associam-se a hemocromatoses mais graves, de início ainda na juventude (hemocromatose juvenil). A implementação no nosso laboratório da nova metodologia de Next-Generation Sequencing permitiu-nos realizar a pesquisa de variantes simultaneamente em 6 genes relacionados com o metabolismo do ferro, em 88 doentes com fenótipo de hemocromatose hereditária não-clássica. Foram identificadas 54 variantes diferentes sendo algumas delas novas. Estudos in silico e estudos funcionais in vitro (em linhas celulares) permitiram-nos comprovar a patogenicidade de algumas das variantes novas e compreender os mecanismos moleculares subjacentes ao desenvolvimento da sobrecarga em ferro. Pelo contrário, no lado oposto do espetro das patologias relacionadas com o ferro, encontram-se as anemias por falta de ferro (anemias ferropénicas). A Organização Mundial de Saúde define anemia quando os níveis de hemoglobina no sangue são menores do que 12 g/dL na Mulher e 13 g/dL no Homem. A hemoglobina é a proteína existente nos glóbulos vermelhos do sangue, responsável pelo transporte de oxigénio no organismo, e cuja molécula é um tetrâmero formado por 4 cadeias polipeptídicas (as globinas) e 4 grupos heme que contêm 4 átomos de ferro. A falta de ferro impede que se formem as moléculas de hemoglobina a níveis normais em cerca de 20% da população portuguesa e isso é devido a carências alimentares ou a dificuldades na absorção do ferro proveniente da alimentação. Entre os fatores genéticos moduladores desta última situação parecem estar algumas variantes polimórficas no gene TMPRSS6, codificante da proteína Matriptase-2, um dos agentes envolvidos na regulação da expressão da hepcidina. Por outro lado, mutações neste gene dão origem a anemias ferropénicas graves, refratárias ao tratamento oral com ferro (Iron Refractory Iron Deficiency Anaemia - IRIDA). As Hemoglobinopatias são outro tipo de anemia hereditária. Estas não estão relacionadas com o défice de ferro mas sim com defeitos nas cadeias globínicas, constituintes da hemoglobina (α2β2). As hemoglobinopatias que estão relacionadas com um problema quantitativo, ou seja quando há ausência ou diminuição de síntese de uma cadeia globínica, denominam-se talassémias: beta-talassémia, alfa-talassémia, delta-talassémia, etc, consoante o gene afetado. Por outro lado, quando o problema é de carácter qualitativo, ou seja ocorre a síntese de uma cadeia globínica estruturalmente anómala, esta é denominada uma variante de hemoglobina. Enquadra-se neste último grupo a Anemia das Células Falciformes ou Drepanocitose. As hemoglobinopatias são das patologias genéticas mais frequentes no mundo, sendo que nalguns locais são um grave problema de saúde pública. Em Portugal foram realizados estudos epidemiológicos que permitiram determinar a frequência de portadores na população e foi implementado um programa de prevenção.

Avaliação do potencial cancerigénico de microcistinas (cianotoxinas)

Tese de doutoramento em Farmácia (Toxicologia), apresentada à Faculdade de Farmácia da Universidade de Lisboa, 2009.

Micotoxinas – contributos do projeto Mycomix e perspetivas futuras

As micotoxinas são metabolitos secundários produzidos por várias espécies de fungos, e que podem contaminar os alimentos nas diferentes fases de produção, colheita, armazenagem ou processamento. Além de constituir um problema económico e de segurança alimentar, a contaminação de alimentos com micotoxinas é essencialmente um problema de saúde pública, dado que estes compostos podem provocar efeitos graves na saúde humana e animal, estando classificadas pela Agência Internacional de Investigação em Cancro (IARC) como carcinogénicos dos grupos 1, 2B e 3. O projecto Mycomix PTDC/DTP/FTO/0417-2012 (2013-2015), que consistiu num estudo exploratório dos efeitos tóxicos de misturas de micotoxinas em alimentos para crianças revelou a presença de múltiplas micotoxinas em simultâneo em alimentos à base de cereais, indicando que as crianças poderão estar expostas a micotoxinas através da alimentação. No âmbito do projecto Mycomix foi avaliada a exposição de crianças a micotoxinas através da aplicação de diários alimentares para determinação do consumo alimentar. Como alternativa às metodologias de avaliação de risco baseadas no consumo alimentar, a Agência Europeia de Segurança Alimentar (EFSA) recomendou a implementação de metodologias harmonizadas de biomonitorização humana, que é uma metodologia que permite avaliar a exposição do Homem a substâncias naturais e sintéticas do meio ambiente, baseando-se na análise direta de biomarcadores em tecidos e fluidos. É por isso o único método para avaliar diretamente a exposição a determinada substância, a sua magnitude, e a sua variação ao longo do tempo.

Targeting the serrated pathway of colorectal cancer with mutation in BRAF

A recently acknowledged morphological pathway to colorectal cancer originates from precursor polyps with a serrated appearance due to branching and folding of the colon epithelium. This serrated origin accounts for up to 30% of all colorectal tumors but these are heterogeneous regarding molecular characteristics and patient outcome. Here we review the current knowledge about the classification of this tumor subtype and its association with five key features: mutation status of the BRAF or KRAS genes, the CpG island methylation phenotype, microsatellite instability, immune cell infiltration, and overexpression of GTPase RAC1b. Subsequently, available therapeutic approaches for targeting these molecular characteristics are presented and critically discussed.

The cytokinesis-block micronucleus (CBMN) assay in human populations exposed to styrene: a systematic review and meta-analysis

Styrene is a building-block of several compounds used in a wide array of materials and products. The most important human exposure to this substance occurs in industrial settings, especially among reinforced-plastics industry workers. The effect of occupational exposure to styrene on cytogenetics biomarkers has been previously reviewed with positive association observed for chromosomal aberrations, and inconclusive data for the micronucleus assay. Some limitations were noted in those studies, including inadequate exposure assessment and poor epidemiological design. Furthermore, in earlier studies micronuclei frequency was measured with protocols not as reliable as cytokinesis-block micronucleus (CBMN) assay. Aim of the present systematic review and meta-analysis is to investigate genomic instability and DNA damage as measured by the CBMN assay in lymphocytes of subjects exposed to styrene. A total of 11 studies published between 2004 and 2012 were included in the meta-analysis encompassing 479 styrene-exposed workers and 510 controls. The quality of each study was estimated by a quality scoring system which ranked studies according to the consideration of major confounders, exposure characterization, and technical parameters. An overall increase of micronuclei frequencies was found in styrene-exposure workers when compared to referents (meta-MR 1.34; 95% CI 1.18–1.52), with significant increases achieved in six individual studies. The consistency of results in individual studies, the independence of this result from major confounding factors and from the quality of the study strengthens the reliability of risk estimates and supports the use of the CBMN assay in monitoring genetic risk in styrene workers.

The impact of indoor air quality and contaminants on respiratory health of older people living in long-term care residences in Porto

Background: persons who are 65 years or older often spend an important part of their lives indoors thus adverse indoor climate might influence their health status. Objective: to evaluate the influence of indoor air quality and contaminants on older people’s respiratory health. Design: cross-sectional study. Setting: 21 long-term care residences (LTC) in the city of Porto, Portugal. Subjects: older people living in LTC with ≥65 years old. Methods: the Portuguese version of BOLD questionnaire was administered by an interviewer to older residents able to participate (n = 143). Indoor air contaminants (IAC) were measured twice, during winter and summer in 135 areas. Mixed effects logistic regression models were used to study the association between the health questionnaire results and the monitored IAC, adjusted for age, smoking habits, gender and number of years living in the LTC. Results: cough (23%) and sputum (12%) were the major respiratory symptoms, and allergic rhinitis (18%) the main selfreported illness. Overall particulate matter up to 2.5 micrometres in size median concentration was above the reference levels both in winter and summer seasons. Peak values of particulate matter up to 10 micrometres in size (PM10), total volatile organic compounds, carbon dioxide, bacteria and fungi exceeded the reference levels. Older people exposed to PM10 above the reference levels demonstrated higher odds of allergic rhinitis (OR = 2.9, 95% CI: 1.1–7.2). Conclusion: high levels of PM10 were associated with 3-fold odds of allergic rhinitis. No association was found between indoor air chemical and biological contaminants and respiratory symptoms.

The third dimension: new developments in cell culture models for colorectal research

Cellular models are important tools in various research areas related to colorectal biology and associated diseases. Herein, we review the most widely used cell lines and the different techniques to grow them, either as cell monolayer, polarized two-dimensional epithelia on membrane filters, or as three-dimensional spheres in scaffoldfree or matrix-supported culture conditions. Moreover, recent developments, such as gut-on-chip devices or the ex vivo growth of biopsy-derived organoids, are also discussed. We provide an overview on the potential applications but also on the limitations for each of these techniques, while evaluating their contribution to provide more reliable cellular models for research, diagnostic testing, or pharmacological validation related to colon physiology and pathophysiology.