Ankylosing spondylitis: genomic and functional characterization of candidate genes and their repercussion in clinical practice

RESUMO: Introdução: A espondilite anquilosante (EA) é uma doença inflamatória crónica caracterizada pela inflamação das articulações sacroilíacas e da coluna. A anquilose progressiva motiva uma deterioração gradual da função física e da qualidade de vida. O diagnóstico e o tratamento precoces podem contribuir para um melhor prognóstico. Neste contexto, a identificação de biomarcadores, assume-se como sendo muito útil para a prática clínica e representa hoje um grande desafio para a comunidade científica. Objetivos: Este estudo teve como objetivos: 1 - caracterizar a EA em Portugal; 2 - investigar possíveis associações entre genes, MHC e não-MHC, com a suscetibilidade e as características fenotípicas da EA; 3 - identificar genes candidatos associados a EA através da tecnologia de microarray. Material e Métodos: Foram recrutados doentes com EA, de acordo com os critérios modificados de Nova Iorque, nas consultas de Reumatologia dos diferentes hospitais participantes. Colecionaram-se dados demográficos, clínicos e radiológicos e colhidas amostras de sangue periférico. Selecionaram-se de forma aleatória, doentes HLA-B27 positivos, os quais foram tipados em termos de HLA classe I e II por PCR-rSSOP. Os haplótipos HLA estendidos foram estimados pelo algoritmo Expectation Maximization com recurso ao software Arlequin v3.11. As variantes alélicas dos genes IL23R, ERAP1 e ANKH foram estudadas através de ensaios de discriminação alélica TaqMan. A análise de associação foi realizada utilizando testes da Cochrane-Armitage e de regressão linear, tal como implementado pelo PLINK, para variáveis qualitativas e quantitativas, respetivamente. O estudo de expressão génica foi realizado por Illumina HT-12 Whole-Genome Expression BeadChips. Os genes candidatos foram validados usando qPCR-based TaqMan Low Density Arrays (TLDAs). Resultados: Foram incluídos 369 doentes (62,3% do sexo masculino, com idade média de 45,4 ± 13,2 anos, duração média da doença de 11,4 ± 10,5 anos). No momento da avaliação, 49,9% tinham doença axial, 2,4% periférica, 40,9% mista e 7,1% entesopática. A uveíte anterior aguda (33,6%) foi a manifestação extra-articular mais comum. Foram positivos para o HLA-B27, 80,3% dos doentes. Os haplótipo A*02/B*27/Cw*02/DRB1*01/DQB1*05 parece conferir suscetibilidade para a EA, e o A*02/B*27/Cw*01/DRB1*08/DQB1*04 parece conferir proteção em termos de atividade, repercussão funcional e radiológica da doença. Três variantes (2 para IL23R e 1 para ERAP1) mostraram significativa associação com a doença, confirmando a associação destes genes com a EA na população Portuguesa. O mesmo não se verificou com as variantes estudadas do ANKH. Não se verificou associação entre as variantes génicas não-MHC e as manifestações clínicas da EA. Foi identificado um perfil de expressão génica para a EA, tendo sido validados catorze genes - alguns têm um papel bem documentado em termos de inflamação, outros no metabolismo da cartilagem e do osso. Conclusões: Foi estabelecido um perfil demográfico e clínico dos doentes com EA em Portugal. A identificação de variantes génicas e de um perfil de expressão contribuem para uma melhor compreensão da sua fisiopatologia e podem ser úteis para estabelecer modelos com relevância em termos de diagnóstico, prognóstico e orientação terapêutica dos doentes. -----------ABSTRACT: Background: Ankylosing Spondylitis (AS) is a chronic inflammatory disorder characterized by inflammation in the spine and sacroiliac joints leading to progressive joint ankylosis and in progressive deterioration of physical function and quality of life. An early diagnosis and early therapy may contribute to a better prognosis. The identification of biomarkers would be helpful and represents a great challenge for the scientific community. Objectives: The present study had the following aims: 1- to characterize the pattern of AS in Portuguese patients; 2- to investigate MHC and non-MHC gene associations with susceptibility and phenotypic features of AS and; 3- to identify candidate genes associated with AS by means of whole-genome microarray. Material and Methods: AS was defined in accordance to the modified New York criteria and AS cases were recruited from hospital outcares patient clinics. Demographic and clinical data were recorded and blood samples collected. A random group of HLA-B27 positive patients and controls were selected and typed for HLA class I and II by PCR-rSSOP. The extended HLA haplotypes were estimated by Expectation Maximization Algorithm using Arlequin v3.11 software. Genotyping of IL23R, ERAP1 and ANKH allelic variants was carried out with TaqMan allelic discrimination assays. Association analysis was performed using the Cochrane-Armitage and linear regression tests as implemented in PLINK, for dichotomous and quantitative variables, respectively. Gene expression profile was carried out using Illumina HT-12 Whole-Genome Expression BeadChips and candidate genes were validated using qPCR-based TaqMan Low Density Arrays (TLDAs). Results: A total of 369 patients (62.3% male; mean age 45.4±13.2 years; mean disease duration 11.4±10.5 years), were included. Regarding clinical disease pattern, at the time of assessment, 49.9% had axial disease, 2.4% peripheral disease, 40.9% mixed disease and 7.1% isolated enthesopathic disease. Acute anterior uveitis (33.6%) was the most common extra-articular manifestation. 80.3% of AS patients were HLA-B27 positive. The haplotype A*02/B*27/Cw*02/DRB1*01/DQB1*05 seems to confer susceptibility to AS, whereas A*02/B*27/Cw*01/DRB1*08/DQB1*04 seems to provide protection in terms of disease activity, functional and radiological repercussion. Three markers (two for IL23R and one for ERAP1) showed significant single-locus disease associations. Association of these genes with AS in the Portuguese population was confirmed, whereas ANKH markers studied did not show an association with AS. No association was seen between non-MHC genes and clinical manifestations of AS. A gene expression signature for AS was established; among the fourteen validated genes, a number of them have a well-documented inflammatory role or in modulation of cartilage and bone metabolism. Conclusions: A demographic and clinical profile of patients with AS in Portugal was established. Identification of genetic variants of target genes as well as gene expression signatures could provide a better understanding of AS pathophysiology and could be useful to establish models with relevance in terms of susceptibility, prognosis, and potential therapeutic guidance.

Epidemiological studies of Streptococcus pneumoniae carriage in the post-vaccination era among two risk groups: children and the elderly

Dissertation presented to obtain the Ph.D. degree in Biology/ Molecular Biology

Caracterização genética da Glucano Sintetase de Pneumocystis jirovecii

Pneumocystis jirovecii é um micro-organismo fúngico que pode causar pneumonia em doentes imunocomprometidos. O ciclo de vida de Pneumocystis inclui uma forma biológica trófica e outra quística na qual estão presentes, em sua composição, hidratos de carbono chamados β-Glucanos. Estes componentes são liberados na corrente sanguínea após lise do micro-organismo pela resposta imunitária ou fármacos, sendo assim, considerado um marcador sorológico que atua como auxiliar no diagnóstico da PPc. Porém, este marcador não é específico para o gênero Pneumocystis, podendo ser um teste positivo em outras infecções fúngicas como a candidíase. Caracterizar a sequência genética da Glucano Sintetase permite uma nova abordagem em relação aos testes sorológicos e a possíveis novos alvos terapêuticos. Um teste sorológico para o β-Glucano específico para P. jirovecii podendo ser um marcador muito mais útil e confiável do que os utilizados atualmente. Neste trabalho foi feita a caracterização genética do fragmento correspondente à Glucano Sintetase de P. jirovecii com base na sequência de β-Glucano de P. carinii e na sequência completa de P. jirovecii através de metodologias de PCRs. Com o resultado do sequenciamento do fragmento de β-Glucano de P. jirovecii puderam ser observadas possíveis bases candidatas a polimorfismos de base única (SNP). Determinar os polimorfismos em uma sequência resulta em conhecimento da diversidade genética do micro-organismo para além de reconhecer marcadores moleculares que podem determinar sua origem geográfica, resistência a fármacos e fatores de virulência. Duas bases foram identificadas na sequência como possíveis SNPs. Estudos em projetos futuros com técnicas como o RFLP podem caracterizar e determinar as consequências e importância destes polimorfismos no fragmento da Glucano Sintetase de P. jirovecii. Estabelecer esta importância pode levar à compreensão do modelo de infecção e defesa deste micro-organismo para que possamos perceber melhor sua atuação

A infecção por Helicobacter pylori em populações de Angola

RESUMO: A infecção por H. pylori, enquadra-se nas doenças infecciosas gastroduodenais e estima-se que mais de 50% da população mundial esteja infectada. A história natural da infecção por H. pylori, sofre interferências relacionadas com a genética do hospedeiro, a estirpe e as características da toxicidade da bactéria. Associam-se a estes factores, o tempo de exposição à infecção, assim como as condições sociais e higiéno-sanitárias. Paralelamente, o H. pylori é considerado o principal agente patogénico das doenças gastroduodenais. Este estudo teve como objectivo principal caracterizar a infecção por H. pylori em populações de Angola e sua avaliação como problema de Saúde Pública. Trata-se de um estudo prospectivo dirigido a dois grupos populacionais, um constituído por indivíduos aparentemente saudáveis, sem queixas gástricas específicas, em ambiente de comunidade, Grupo I, e outro, Grupo II, constituído por doentes que acorreram ao serviço de Gastrenterologia do Hospital Militar Principal de Luanda (HMP). No que diz respeito ao estudo na comunidade a pesquisa de H. pylori foi realizada pelo método ELISA de pesquisa de antigénios nas fezes. Por sua vez, a nível hospitalar, os métodos de diagnóstico da infecção por H. pylori foram: a endoscopia digestiva alta para a colheita de biópsias da mucosa gástrica destinadas ao exame anatomopatológico, ao exame citobacteriológico e aos métodos moleculares. Como método não invasivos foi utilizado o teste respiratório com ureia marcada. Grupo I: o diagnóstico da infecção por H. pylori, realizado pela pesquisa de antigénios deste microrganismo nas fezes, revelou uma frequência de 69,6% na população em estudo. Considerando em cada região, verificou-se que a região do Sambizanga possuía o valor mais elevado de frequência, 81,2%, seguida do Dinge com 79,5%, estatisticamente significativas (p 0,001). A avaliação da distribuição da frequência da infecção por grupo etário, revelou que os indivíduos com idade inferior a 15 anos, possuíam uma frequência de infecção de 63,5% e sendo de 76% nos indivíduos com idade superior a 15 anos. Este estudo permitiu concluir que a frequência da infecção por H. pylori nas regiões estudadas, é de 70% à excepção do Capulo, zona litoral em que não obstante as precárias condições de saneamento, a frequência da infecção por H. pylori é baixa. Grupo II: dos 309 doentes avaliados, verificou-se que 22 (7%), apresentavam uma mucosa normal e 287 (93%) uma mucosa alterada. A avaliação histológica das biópsias do antro, em 270 amostras de acordo com o Sistema de Sidney, em 235 (87,0%), revelou a presença de gastrite, 13 (4,8%) a presença de úlcera e em 9 (3,3%), uma lesão tumoral. A avaliação histológica da actividade nas 226 amostras do antro gástrico, verificou-se que 129 (57%) possuíam actividade e 97 (43%) não possuíam. O estudo das 255 biópsias do corpo, revelou em 212 (83,1%), a presença de lesões de gastrite, em 7 (2,7%), observaram-se lesões tumorais e 2 (0.8%) apresentaram úlcera. Dos 263 doentes avaliados histologicamente para pesquisa do H. pylori, 148 (58,2%) revelaram a presença positiva desta bactéria e 106 (41,7%) foram negativas. No que diz respeito à susceptibilidade aos macrólidos, do universo de 158 doentes com H. pylori positivo, 125 (79,1%) doentes apresentaram estirpes sensíveis aos macrólidos e 33 (20,9%) estirpes resistentes. Em relação aos factores de virulência, na avaliação conjunta dos dois factores de virulência estudados (cagA e vacA), em relação ao tipo de lesões encontradas na mucosa gástrica, verificou-se que dos 11 doentes com úlcera, 7 (63,6%), apresentavam uma estirpe cagA negativa, sendo 6 vacA s1 (85,7%), uma s2 e 4 (36,3%) com uma estirpe cagA positiva e vacA s1. Por sua vez dos 2 doentes com tumor, ambas as estirpes eram cagA negativas, sendo uma vacA s1 e outra vacA s2. Em relação aos factores de virulência nos doentes aos quais se diagnosticou úlcera e tumor apresentavam estirpe cagA negativa, vacAs1. Em relação ás lesões gástricas inflamatórias, os doentes com gastrite apresentavam cagA positivo. Do presente trabalho, em atenção aos resultados obtidos no que concerne a prevalência em populações sem queixas gastrenterológicas, recomenda-se que o mesmo se possa vir a replicar numa abrangência maior, realizando-se, por exemplo, estudos comparativos de prevalência entre as populações residentes no litoral (beira-mar) e as do interior. Pelas características genotípicas de H. pylori, em correspondência com as lesões encontradas, após novos estudos mais abrangentes, recomenda-se a avaliação de uma terapêutica mais acessível para o doente e que seja de maior eficácia. Face à escassez de médicos especialistas em gastrenterologia em Angola e de meios de diagnóstico, recomenda-se um estudo mais alargado da eficácia do seguimento do doente dispéptico, conforme protocolo avaliado pelo Colégio da Especialidade de Gastrenterologia da Ordem dos Médicos de Angola e já em prática em algumas instituições de saúde.--------------------------- ABSTRACT: H.pylori infection, is part of the gastroduodenal infectious diseases and it is estimated that over 50% of the world population is infected. The natural history of H.pylori infection, is influenced by host genetic, strain type, of bacterial virulence factors, time of exposure to the infection, as well as social and hygienic-sanitary conditions. In parallel, H.pylori is considered the main pathogen of gastroduodenal diseases. This study's main objective was to characterize H.pylori infection in populations of Angola and its evaluation as a public health problem. This is a prospective study conducted in two population groups, one in community environment composed by healthy individuals without specific gastric complaints - Group I, and Group II consisting of patients who went to the Gastroenterology Service of the Hospital Military of Luanda (HMP). As regards to the study in the community detection of H.pylori was carried out by antigen search in faeces using ELISA method. At hospital level H.pylori infection diagnostic methods were: upper gastrointestinal endoscopy to obtain gastric mucosal biopsies for histology, culture and molecular methods. As a non-invasive breath test with labelled urea was used. Group I: the diagnosis of H.pylori infection, by antigens detection in faeces, revealed a frequency of 69.6% in the study population. Whereas in each region, it was found that the Sambizanga region had the highest frequency of positive cases, 81.2% , followed by Dinge with 79.5%, Funda with 78.7 and Capulo with 39.8% being differences statistically significant (p=0.001). The evaluation of the distribution of the infection frequency by age group, revealed that individuals younger than 15 years had a frequency of 63.5% and in individuals older than 15 years, 76%. This study showed that the frequency of H.pylori infection in the regions studied was 70% exception due to Capulo, a coastal zone where despite the poor sanitation conditions; the frequency of H.pylori infection is lower. Group II: from the 309 patients evaluated, it was found that 22 (7%) had a normal mucosa and 287 (93%) a modified mucosa. Histological evaluation of antrum biopsies in 270 samples according to the Sydney System revealed the presence of gastritis in 235 (87.0%), the presence of ulcers in 13 (4.8%) and a tumour in 9 (3 3%). Histological assessment of activity in the gastric antrum of 226 samples, revealed that 129 (57%) had activity and 97 (43%) did not. The evaluation of the 255 corpus biopsies showed in 212 (83.1%), the presence of lesions of gastritis, in 7 (2.7%) tumour lesions and in 2 (0.8%) an ulcer. Of the 263 patients histological evaluated for H.pylori, 148 (58.2%) revealed the presence of this bacteria and 106 (41.7%) were negative. As regards susceptibility to macrolides from the universe of 158 patients with H.pylori, 125 (79.1%) patients had macrolides susceptible strains and 33 (20.9%) resistant strains. Regarding virulence factors (vacA and cagA), it was found that from the 11 patients with ulcers, 7 (63.6%), had a cagA negative strain, being 6 vacA s1, (85.7%) one vacA s2 and 4 (36.3%) with a cagA positive strain vacA s1. Concerning the 2 patients with tumour, both strains were cagA negative, one vacA s1 and other vacA s2. Patients with ulcer and tumour had cagA negative strains vacAs1. From this work, considering the prevalence of H.pylori obtained in health population, it is recommended that the same study should be performed in larger scale to confirm these results. The results of H.pylori genotyping suggest that more comprehensive studies are needed. Given the reduce number gastroenterology specialist in Angola and the lack of diagnostics methods, we recommend a larger study of the effectiveness of follow-up the patient dyspeptic, according to the protocol assessed by the College of Gastroenterology Specialty of the Order of Doctors and Angola already in place in some health institutions.