Frequency of 8 CFTR gene mutations in cystic fibrosis patients in Minas Gerais, Brazil, diagnosed by neonatal screening

The nature and frequency of cystic fibrosis mutations in Brazil is not uniform due to the highly varied ethnic composition of the population. The average frequency of the F508del mutation has been reported to be 48.6%. Other common mutations in Brazil are G542X, R1162X, and N1303K. The aim of this study was to analyze the frequency of 8 mutations (F508del, G542X, R1162X, N1303K, W1282X, G85E, 3120+1G>A, and 711+1G>T) in a sample of 111 newborn patients with cystic fibrosis diagnosed by the Cystic Fibrosis Neonatal Screening Program of Minas Gerais State. The mutations were tested by allele-specific oligonucleotide PCR with specially designed primers. An allele frequency of 48.2% was observed for the F508del mutation, and allele frequencies of 5.41, 4.50, 4.05, and 3.60% were found for the R1162X, G542X, 3120+1G>A, and G85E mutations, respectively. The genotypes obtained were in Hardy-Weinberg equilibrium. These data demonstrate that the 8-mutation panel studied here has extensive coverage (68%) for the cystic fibrosis mutations in Minas Gerais. These data improve our knowledge of cystic fibrosis in Brazil, particularly in this region. In addition, this investigation contributed to the establishment of a sensitive and population-specific mutation panel, which can be helpful for molecular diagnosis of cystic fibrosis.

Detección de mutaciones en el gen CFTR en la población del Noreste de México

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Biología Molecular e Ingeniería Genética) UANL

Modulation de l’expression du gène CFTR par le produit du gène FIC1 responsable de la cholestase familiale intra-hépatique progressive de type 1 : Identification des mécanismes moléculaires impliqués

Réalisé en cotutelle avec l'Université de Cergy-Pontoise

Étude moléculaire des mécanismes d’action de potentiateurs du canal CFTR sur le canal KCa3.1

Les cellules épithéliales des voies aériennes respiratoires sécrètent du Cl- via le canal CFTR. La fibrose kystique est une maladie génétique fatale causée par des mutations de ce canal. La mutation la plus fréquente en Amérique du Nord, ∆F508, met en péril la maturation de la protéine et affecte les mécanismes d’activation du canal. Au cours des dernières années, plusieurs molécules ont été identifiées par criblage à haut débit qui peuvent rétablir l’activation de protéines CFTR mutées. Ces molécules sont nommées potentiateurs. Les canaux K+ basolatéraux, dont KCa3.1, jouent un rôle bien documenté dans l’établissement d’une force électromotrice favorable à la sécrétion de Cl- par CFTR dans les cellules épithéliales des voies aériennes respiratoires. Il a par exemple été démontré que l’application de 1-EBIO, un activateur de KCa3.1, sur des monocouches T84 résulte en une augmentation soutenue de la sécrétion de Cl- et que cette augmentation était réversible suite à l’application de CTX, un inhibiteur de KCa3.1(Devor et al., 1996). Dans le cadre d’une recherche de potentiateurs efficaces en conditions physiologiques et dans un contexte global de transport trans-cellulaire, il devient essentiel de considérer les effets des potentiateurs de CFTR sur KCa3.1. Une caractérisation électrophysiologique par la méthode du patch clamp et structurelle via l’utilisation de canaux modifiés par mutagenèse dirigée de différents potentiateurs de CFTR sur KCa3.1 fut donc entreprise afin de déterminer l’action de ces molécules sur l’activité de KCa3.1 et d’en établir les mécanismes. Nous présentons ici des résultats portant sur les effets sur KCa3.1 de quelques potentiateurs de CFTR possédant différentes structures. Un criblage des effets de ces molécules sur KCa3.1 a révélé que la genisteine, le SF-03, la curcumine et le VRT-532 ont des effets inhibiteurs sur KCa3.1. Nos résultats suggèrent que le SF-03 pourrait agir sur une protéine accessoire et avoir un effet indirect sur KCa3.1. La curcumine aurait aussi une action inhibitrice indirecte, probablement via la membrane cellulaire. Nos recherches sur les effets du VRT-532 ont montré que l’accessibilité au site d’action de cette v molécule est indépendante de l’état d’ouverture de KCa3.1. L’absence d’effets inhibiteurs de VRT-532 sur le mutant constitutivement actif V282G indique que cette molécule pourrait agir via l’interaction CaM-KCa3.1 et nécessiter la présence de Ca2+ pour agir. Par ailleurs, un autre potentiateur de CFTR, le CBIQ, a des effets potentiateurs sur KCa3.1. Nos résultats en canal unitaire indiquent qu’il déstabilise un état fermé du canal. Nos travaux montrent aussi que CBIQ augmente la probabilité d’ouverture de KCa3.1 en conditions sursaturantes de Ca2+, ainsi que son affinité apparente pour le Ca2+. Des expériences où CBIQ est appliqué en présence ou en absence de Ca2+ ont indiqué que l’accessibilité à son site d’action est indépendante de l’état d’ouverture de KCa3.1, mais que la présence de Ca2+ est nécessaire à son action. Ces résultats sont compatibles avec une action de CBIQ déstabilisant un état fermé du canal. Finalement, des expériences en Ba2+ nous ont permis d’investiguer la région du filtre de sélectivité de KCa3.1 lors de l’action de CBIQ et nos résultats pointent vers une action de CBIQ dans cette région. Sur la base de nos résultats nous concluons que CBIQ, un potentiateur de CFTR, aurait un effet activateur sur KCa3.1 via la déstabilisation d’un état fermé du canal à travers une action sur sa ‘gate’ au niveau du filtre de sélectivité. De plus, les potentiateurs de CFTR ayant montré des effets inhibiteurs sur KCa3.1 pourraient agir via la membrane ou via une protéine accessoire du canal ou sur l’interaction CaM-KCa3.1. Dans l’optique de traitements potentiels de la fibrose kystique, nos résultats indiquent que le CBIQ pourrait être un potentiateur efficace pusiqu’il est capable de trimuler à la fois KCa3.1 et CFTR. Par contre, dans les cas du VRT-532 et du SF-03, une inhibition de KCa3.1 pourraient en faire des potentiateurs moins efficaces.

L'atténuation statistique des surdétections d'un correcteur grammatical symbolique

Les logiciels de correction grammaticale commettent parfois des détections illégitimes (fausses alertes), que nous appelons ici surdétections. La présente étude décrit les expériences de mise au point d’un système créé pour identifier et mettre en sourdine les surdétections produites par le correcteur du français conçu par la société Druide informatique. Plusieurs classificateurs ont été entraînés de manière supervisée sur 14 types de détections faites par le correcteur, en employant des traits couvrant di-verses informations linguistiques (dépendances et catégories syntaxiques, exploration du contexte des mots, etc.) extraites de phrases avec et sans surdétections. Huit des 14 classificateurs développés sont maintenant intégrés à la nouvelle version d’un correcteur commercial très populaire. Nos expériences ont aussi montré que les modèles de langue probabilistes, les SVM et la désambiguïsation sémantique améliorent la qualité de ces classificateurs. Ce travail est un exemple réussi de déploiement d’une approche d’apprentissage machine au service d’une application langagière grand public robuste.

Inflammation intestinale associée à la fibrose kystique : rôle du CFTR et propriétés anti-inflammatoires de la vitamine D

Les patients fibrose kystique (FK) souffrent de complications digestives qui incluent une inflammation intestinale modérée dont l’étiologie est méconnue. Les personnes atteintes de FK présentent également une malabsorption des vitamines liposolubles, telles la vitamine D. Or, la vitamine D possède des propriétés immunomodulatrices et anti-inflammatoires. Le présent projet vise à investiguer le rôle du CFTR, dont le gène est muté dans la FK, dans l’étiologie de cette inflammation intestinale et à étudier le potentiel anti-inflammatoire de la vitamine D sur celle-ci. Le CFTR a été invalidé génétiquement par la méthode des ARN interférents (shRNAi) et/ou inhibé pharmacologiquement par l’utilisation d’un antagoniste inhibiteur spécifique (CFTRinh-172). Un état inflammatoire a été induit par les cytokines pro-inflammatoires TNF-α et IL-1β. Afin d’évaluer le rôle anti-inflammatoire de la vitamine D, les cellules ont été pré-traitées avec la forme bioactive de la vitamine D, la 1,25(OH)2D3. La sécrétion et l’expression génique d’interleukine-8, ainsi que l’activation de la voie de signalisation p38MAPK et du facteur de transcription NFκB ont été évaluées. Pour explorer la voie par laquelle la vitamine D exerce ses actions anti-inflammatoires, les cellules ont été pré-incubées avec le BIRB796 pour inhiber la voie p38MAPK. Finalement l’expression génique du récepteur nucléaire de la vitamine D et des hydroxylases intestinales impliquées dans son métabolisme a été déterminée. Nos résultats suggèrent que le CFTR a un rôle dans l’étiologie de l’inflammation intestinale associée à la FK. De plus, la vitamine D semble moduler à la baisse la réponse inflammatoire de la cellule intestinale dont le CFTR a été génétiquement invalidé.

Impact de l’hyperglycémie et de l’infection sur le transport ionique, la réparation épithéliale et l’action des correcteurs dans les voies aériennes en Fibrose kystique

La Fibrose kystique (FK), causée par des mutations du canal Cl- CFTR, entraîne une dysfonction de la sécrétion de Cl- et un débalancement dans la sécrétion des fluides. La diminution de la clairance mucociliaire qui s’en suit occasionne une accumulation du mucus. Cet environnement est alors favorable à l’installation d’infections et d’inflammation chroniques, responsables de lésions au niveau de l’épithélium respiratoire. Le vieillissement de la population FK, suite à la prise en charge plus appropriée de la maladie, est accompagné par l’émergence de pathologies associées, telles que le diabète. Celui-ci, ainsi que plusieurs autres facteurs comme l’infection à Pseudomonas aeruginosa, contribuent au déclin progressif de la fonction pulmonaire, principale cause de mortalité et de morbidité des patients FK. Le maintien de la fonction pulmonaire est dépendant notamment du transport ionique et liquidien régulant la clairance mucociliaire ainsi que de la réparation épithéliale nécessaire à la génération d’un épithélium fonctionnel en réponse aux agressions. Nous avons donc évalué l’impact de l’hyperglycémie et des exoproduits de P. aeruginosa sur ces deux mécanismes. Nos résultats ont tout d’abord montré qu’un niveau de glucose élevé diminue les courants Cl- CFTR et potassique et altère la réparation de l’épithélium bronchique FK et non FK. Nous avons aussi observé que l’hyperglycémie limite l’impact bénéfique de la correction de CFTR sur la réparation épithéliale. Dans un second temps, nous avons évalué l’impact de l’infection à Pseudomonas aeruginosa sur le CFTR, qui tient un rôle important dans la fonctionnalité de l’épithélium des voies aériennes non-FK. Nous avons noté que l’expression du CFTR ainsi que sa fonction sont réduites par l’exposition aux produits bactériens dans les cellules non-FK. De plus, ces exoproduits compromettent la maturation du CFTR muté par les correcteurs ainsi que leur bénéfice sur la réparation de l’épithélium FK. Finalement, nous avons testé différentes combinaisons de composés correcteurs et potentiateurs de CFTR afin de déterminer quelle stratégie serait la plus efficace afin de favoriser la réparation épithéliale bronchique FK malgré la présence d’infection.

Detección de mutaciones en el gen CFTR en una población de pacientes pediátricos con asma en la ciudad de Bogotá

Introducción: El asma es una enfermedad inflamatoria crónica de las vías respiratorias. Se asocia a hiperreactividad bronquial que lleva a episodios recurrentes de sibilancias, disnea y tos, articularmente en la noche o en la madrugada. Estos episodios se asocian con obstrucción de la vía aérea la cual es reversible con farmacoterapia. Esta enfermedad constituye un problema de salud pública a nivel mundial y su prevalencia en Colombia es cerca del 8%. Dentro los factores que contribuyen al desarrollo del asma se encuentran los ambientales y los genéticos. Se han realizado más de 500 investigaciones de asociación y en ellas el gen de la conductancia transmembranal de la fibrosis quística (CFTR) ha emergido como un gen candidato que participa en la patofisiología del asma. Sin embargo, la asociación entre mutaciones en el gen CFTR y el desarrollo de asma es hasta el presente controversial. Algunos de los estudios realizados han establecido que el estado de portador de mutaciones en el gen CFTR contribuye a la aparición de asma, otros afirman que estas mutaciones pueden participar como un factor protector e impedir el desarrollo de la enfermedad y algunas investigaciones han arrojado la ausencia de cualquier tipo de asociación. Objetivos: En el presente estudio se busca determinar la frecuencia de las mutaciones más frecuentemente causantes de FQ en Colombia, en una muestra de pacientes pediátricos asmáticos de la ciudad de Bogotá. Materiales y Métodos: Se genotipificaron 101 pacientes pediátricos con diagnóstico clínico y paraclínico de asma, se realizo extracción de ADN y análisis molecular para las mutaciones de p.F508del, c.1881+1.6 KbA>G, p.G542X y 621+1G>T del gen de la Fibrosis Quística, mediante amplificación por PCR utilizando primers específicos, seguida de digestión con enzimas de restricción y electroforesis en geles de poliacrilamida. Resultados y Discusión: Se identificaron dos portadores: uno para la mutación p.F508del y otro para la mutación p.G542X. Según estos hallazgos la tasa de portadores para estas mutaciones es de 1 en 50. Conclusión: No hay diferencia estadísticamente significativa entre la tasa de portadores de la mutación p.F508del en la población Colombiana (1/84) y la muestra analizada (p < 0.05). Sin embargo, no es posible establecer si existe una asociación entre el estado de portador y el desarrollo de asma.

Role of CFTR and ClC-5 in Modulating Vacuolar H(+)-ATPase Activity in Kidney Proximal Tubule

Background/Aims: It has been widely accepted that chloride ions moving along chloride channels act to dissipate the electrical gradient established by the electrogenic transport of H(+) ions performed by H(+)-ATPase into subcellular vesicles. Largely known in intracellular compartments, this mechanism is also important at the plasma membrane of cells from various tissues, including kidney. The present work was performed to study the modulation of plasma membrane H(+)-ATPase by chloride channels, in particular, CFTR and ClC-5 in kidney proximal tubule. Methods and Results: Using in vivo stationary microperfusion, it was observed that ATPase-mediated HCO(3)(-) reabsorption was significantly reduced in the presence of the Cl(-) channels inhibitor NPPB. This effect was confirmed in vitro by measuring the cell pH recovery rates after a NH(4)Cl pulse in immortalized rat renal proximal tubule cells, IRPTC. In these cells, even after abolishing the membrane potential with valinomycin, ATPase activity was seen to be still dependent on Cl(-). siRNA-mediated CFTR channels and ClC-5 chloride-proton exchanger knockdown significantly reduced H(+)-ATPase activity and V-ATPase B2 subunit expression. Conclusion: These results indicate a role of chloride in modulating plasma membrane H(+)-ATPase activity in proximal tubule and suggest that both CFTR and ClC-5 modulate ATPase activity. Copyright (C) 2010 S. Karger AG, Basel

The CFTR frameshift mutation 3905insT and its effect at transcript and protein level

Cystic fibrosis (CF) is one of the most common genetic diseases in the Caucasian population and is characterized by chronic obstructive pulmonary disease, exocrine pancreatic insufficiency, and elevation of sodium and chloride concentrations in the sweat and infertility in men. The disease is caused by mutations in the CF transmembrane conductance regulator (CFTR) gene, which encodes a protein that functions as chloride channel at the apical membrane of different epithelia. Owing to the high genotypic and phenotypic disease heterogeneity, effects and consequences of the majority of the CFTR mutations have not yet been studied. Recently, the frameshift mutation 3905insT was identified as the second most frequent mutation in the Swiss population and found to be associated with a severe phenotype. The frameshift mutation produces a premature termination codon (PTC) in exon 20, and transcripts bearing this PTC are potential targets for degradation through nonsense-mediated mRNA decay (NMD) and/or for exon skipping through nonsense-associated alternative splicing (NAS). Using RT-PCR analysis in lymphocytes and different tissue types from patients carrying the mutation, we showed that the PTC introduced by the mutation does neither elicit a degradation of the mRNA through NMD nor an alternative splicing through NAS. Moreover, immunocytochemical analysis in nasal epithelial cells revealed a significantly reduced amount of CFTR at the apical membrane providing a possible molecular explanation for the more severe phenotype observed in F508del/3905insT compound heterozygotes compared with F508del homozygotes. However, further experiments are needed to elucidate the fate of the 3905insT CFTR in the cell after its biosynthesis.

Type of CFTR mutation determines risk of pancreatitis in patients with cystic fibrosis

Different mutations in the cystic fibrosis gene (CFTR) are associated with different functional status of the exocrine pancreas. We investigated whether CFTR genotypes determine the risk of pancreatitis in patients with cystic fibrosis (CF).

Common CFTR haplotypes and susceptibility to chronic pancreatitis and congenital bilateral absence of the vas deferens

CFTR mutations enhance susceptibility for idiopathic chronic pancreatitis (ICP) and congenital bilateral absence of the vas deferens (CBAVD); however, it is unknown why CFTR heterozygotes are at increased disease risk. We recently showed that common CFTR variants are associated with aberrantly spliced transcripts. Here, we genotyped for common CFTR variants and tested for associations in two ICP (ICP-A: 126 patients, 319 controls; ICP-B: 666 patients, 1,181 controls) and a CBAVD population (305 patients, 319 controls). Haplotype H10 (TG11-T7-470V) conferred protection (ICP-A: OR 0.19, P<0.0001; ICP-B: OR 0.78, P = 0.06; CBAVD OR 0.08, P<0.001), whereas haplotype H3 (TG10-T7-470M) increased disease risk (ICP-A: OR 8.34, P = 0.003; ICP-B: OR 1.88, P = 0.007; CBAVD: OR 5.67, P = 0.01). The risk of heterozygous CFTR mutations carriers for ICP (OR 2.44, P<0.001) and CBAVD (OR 14.73, P<0.001) was fully abrogated by the H10/H10 genotype. Similarly, ICP risk of heterozygous p.Asn34Ser SPINK1 mutation carriers (OR 10.34, P<0.001) was compensated by H10/H10. Thus, common CFTR haplotypes modulate ICP and CBAVD susceptibility alone and in heterozygous CFTR and p.Asn34Ser mutation carriers. Determination of these haplotypes helps to stratify carriers into high- and low-risk subjects, providing helpful information for genetic counseling.

Rapid and reliable genotyping of polymorphic loci modifying correct splicing of CFTR pre-mRNA using mass spectrometry

We describe a fast and unambiguous method for haplotyping the (TG)mTn repeat in IVS8 and determining three other single nucleotide polymorphisms (SNPs) in exons 10, 14a and 24 in the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gene affecting correct splicing of the CFTR pre-mRNA using primer extension and mass spectrometry. The diagnostic products are generated by primer extension (PEX) reactions, which require a single detection primer complementary to a region downstream of a target strand's variable site. On addition of a polymerase and an appropriate mixture of dNTP's and 2', 3'-dideoxynucleotide triphosphates (ddNTP's), the primer is extended through the mutation region until the first ddNTP is incorporated and the mass of the extension products determines the composition of the variable site. Analysis of patient DNA assigned the correct and unambiguous haplotype for the (TG)mTn repeat in intron 8 of the CFTR gene. Additional crucial SNPs influencing correct splicing in exon 10, 14 and 24 can easily be detected by biplexing the assay to genotype allelic variants important for correct splicing of the CFTR pre-mRNA. Different PEX reactions with subsequent mass spectrometry generate sufficient data, to enable unambiguous and easy haplotyping of the (TG)mTn repeat in the CFTR gene. The method can be easily extended to the inclusion of additional SNPs of interest by biplexing some of the PEX reactions. All experimental steps required for PEX are amenable to the high degree of automation desirable for a high-throughput diagnostic setting, facilitating the work of clinicians involved in the diagnosis of non-classic cystic fibrosis.

Detection of exon deletions within an entire gene (CFTR) by relative quantification on the LightCycler

BACKGROUND: Cystic fibrosis (CF) is associated with at least 1 pathogen point sequence variant on each CFTR allele. Some symptomatic patients, however, have only 1 detectable pathogen sequence variant and carry, on the other allele, a large deletion that is not detected by conventional screening methods. METHODS: For relative quantitative real-time PCR detection of large deletions in the CFTR gene, we designed DNA-specific primers for each exon of the gene and primers for a reference gene (beta2-microglobulin). For PCR we used a LightCycler system (Roche) and calculated the gene-dosage ratio of CFTR to beta2-microglobulin. We tested the method by screening all 27 exons in 3 healthy individuals and 2 patients with only 1 pathogen sequence variant. We then performed specific deletion screenings in 10 CF patients with known large deletions and a blinded analysis in which we screened 24 individuals for large deletions by testing 8 of 27 exons. RESULTS: None of the ratios for control samples were false positive (for deletions or duplications); moreover, for all samples from patients with known large deletions, the calculated ratios for deleted exons were close to 0.5. In addition, the results from the blinded analysis demonstrated that our method can also be used for the screening of single individuals. CONCLUSIONS: The LightCycler assay allows reliable and rapid screening for large deletions in the CFTR gene and detects the copy number of all 27 exons.