Anatomical and developmental patterns of interleukin-2 gene expression in the mouse: analysis of IL-2 expressing cells and partial characterization of interactions involved in mediating IL-2 gene expression in vivo

Interleukin-2 (IL-2) is an important mediator in the vertebrate immune system. IL-2 is a potent growth factor that mature T lymphocytes use as a proliferation signal and the production of IL-2 is crucial for the clonal expansion of antigen-specific T cells in the primary immune response. IL-2 driven proliferation is dependent on the interaction of the lymphokine with its cognate multichain receptor. IL-2 expression is induced only upon stimulation and transcriptional activation of the IL-2 gene relies extensively on the coordinate interaction of numerous inducible and constitutive trans-acting factors. Over the past several years, thousands of papers have been published regarding molecular and cellular aspects of IL-2 gene expression and IL-2 function. The vast majority of these reports describe work that has been carried out in vitro. However, considerably less is known about control of IL-2 gene expression and IL-2 function in vivo.

To gain new insight into the regulation of IL-2 gene expression in vivo, anatomical and developmental patterns of IL-2 gene expression in the mouse were established by employing in situ hybridization and immunohistochemical staining methodologies to tissue sections generated from normal mice and mutant animals in which T -cell development was perturbed. Results from these studies revealed several interesting aspects of IL-2 gene expression, such as (1) induction of IL-2 gene expression and protein synthesis in the thymus, the primary site of T-cell development in the body, (2) cell-type specificity of IL-2 gene expression in vivo, (3) participation of IL-2 in the extrathymic expansion of mature T cells in particular tissues, independent of an acute immune response to foreign antigen, (4) involvement of IL-2 in maintaining immunologic balance in the mucosal immune system, and (5) potential function of IL-2 in early events associated with hematopoiesis.

Extensive analysis of IL-2 mRNA accumulation and protein production in the murine thymus at various stages of development established the existence of two classes of intrathymic IL-2 producing cells. One class of intrathymic IL-2 producers was found exclusively in the fetal thymus. Cells belonging to this subset were restricted to the outermost region of the thymus. IL-2 expression in the fetal thymus was highly transient; a dramatic peak ofiL-2 mRNA accumulation was identified at day 14.5 of gestation and maximal IL-2 protein production was observed 12 hours later, after which both IL-2 mRNA and protein levels rapidly decreased. Significantly, the presence of IL-2 expressing cells in the day 14-15 fetal thymus was not contingent on the generation of T-cell receptor (TcR) positive cells. The second class of IL-2 producing cells was also detectable in the fetal thymus (cells found in this class represented a minority subset of IL-2 producers in the fetal thymus) but persist in the thymus during later stages of development and after birth. Intrathymic IL-2 producers in postnatal animals were located in the subcapsular region and cortex, indicating that these cells reside in the same areas where immature T cells are consigned. The frequency of IL-2 expressing cells in the postnatal thymus was extremely low, indicating that induction of IL-2 expression and protein synthesis are indicative of a rare activation event. Unlike the fetal class of intrathymic IL-2 producers, the presence of IL-2 producing cells in the postnatal thymus was dependent on to the generation of TcR+ cells. Subsequent examination of intrathymic IL-2 production in mutant postnatal mice unable to produce either αβ or γδ T cells showed that postnatal IL-2 producers in the thymus belong to both αβ and γδ lineages. Additionally, further studies indicated that IL-2 synthesis by immature αβ -T cells depends on the expression of bonafide TcR αβ-heterodimers. Taken altogether, IL-2 production in the postnatal thymus relies on the generation of αβ or γδ-TcR^+ cells and induction of IL-2 protein synthesis can be linked to an activation event mediated via the TcR.

With regard to tissue specificity of IL-2 gene expression in vivo, analysis of whole body sections obtained from normal neonatal mouse pups by in situ hybridization demonstrated that IL-2 mRNA^+ cells were found in both lymphoid and nonlymphoid tissues with which T cells are associated, such as the thymus (as described above), dermis and gut. Tissues devoid of IL-2 mRNA^+ cells included brain, heart, lung, liver, stomach, spine, spinal cord, kidney, and bladder. Additional analysis of isolated tissues taken from older animals revealed that IL-2 expression was undetectable in bone marrow and in nonactivated spleen and lymph nodes. Thus, it appears that extrathymic IL-2 expressing cells in nonimmunologically challenged animals are relegated to particular epidermal and epithelial tissues in which characterized subsets of T cells reside and thatinduction of IL-2 gene expression associated with these tissues may be a result of T-cell activation therein.

Based on the neonatal in situ hybridization results, a detailed investigation into possible induction of IL-2 expression resulting in IL-2 protein synthesis in the skin and gut revealed that IL-2 expression is induced in the epidermis and intestine and IL-2 protein is available to drive cell proliferation of resident cells and/or participate in immune function in these tissues. Pertaining to IL-2 expression in the skin, maximal IL-2 mRNA accumulation and protein production were observed when resident Vγ_3^+ T-cell populations were expanding. At this age, both IL-2 mRNA^+ cells and IL-2 protein production were intimately associated with hair follicles. Likewise, at this age a significant number of CD3ε^+ cells were also found in association with follicles. The colocalization of IL-2 expression and CD3ε^+ cells suggests that IL-2 expression is induced when T cells are in contact with hair follicles. In contrast, neither IL-2 mRNA nor IL-2 protein were readily detected once T-cell density in the skin reached steady-state proportions. At this point, T cells were no longer found associated with hair follicles but were evenly distributed throughout the epidermis. In addition, IL-2 expression in the skin was contingent upon the presence of mature T cells therein and induction of IL-2 protein synthesis in the skin did not depend on the expression of a specific TcR on resident T cells. These newly disclosed properties of IL-2 expression in the skin indicate that IL-2 may play an additional role in controlling mature T-cell proliferation by participating in the extrathymic expansion of T cells, particularly those associated with the epidermis.

Finally, regarding IL-2 expression and protein synthesis in the gut, IL-2 producing cells were found associated with the lamina propria of neonatal animals and gut-associated IL-2 production persisted throughout life. In older animals, the frequency of IL-2 producing cells in the small intestine was not identical to that in the large intestine and this difference may reflect regional specialization of the mucosal immune system in response to enteric antigen. Similar to other instances of IL-2 gene expression in vivo, a failure to generate mature T cells also led to an abrogation of IL-2 protein production in the gut. The presence of IL-2 producing cells in the neonatal gut suggested that these cells may be generated during fetal development. Examination of the fetal gut to determine the distribution of IL-2 producing cells therein indicated that there was a tenfold increase in the number of gut-associated IL-2 producers at day 20 of gestation compared to that observed four days earlier and there was little difference between the frequency of IL-2 producing cells in prenatal versus neonatal gut. The origin of these fetally-derived IL-2 producing cells is unclear. Prior to the immigration of IL-2 inducible cells to the fetal gut and/or induction of IL-2 expression therein, IL-2 protein was observed in the fetal liver and fetal omentum, as well as the fetal thymus. Considering that induction of IL-2 protein synthesis may be an indication of future functional capability, detection of IL-2 producing cells in the fetal liver and fetal omentum raises the possibility that IL-2 producing cells in the fetal gut may be extrathymic in origin and IL-2 producing cells in these fetal tissues may not belong solely to the T lineage. Overall, these results provide increased understanding of the nature of IL-2 producing cells in the gut and how the absence of IL-2 production therein and in fetal hematopoietic tissues can result in the acute pathology observed in IL-2 deficient animals.

Gene enrichment using antibodies to DNA/RNA hybrids : mapping the ribosomal DNA of slime mold and rat

A novel method for gene enrichment has been developed and applied to mapping the rRNA genes of two eucaryotic organisms. The method makes use of antibodies to DNA/RNA hybrids prepared by injecting rabbits with the synthetic hybrid poly(rA)•poly(dT). Antibodies which cross-react with non-hybrid nucleic acids were removed from the purified IgG fraction by adsorption on columns of DNA-Sepharose, oligo(dT)-cellulose, and poly(rA)-Sepharose. Subsequent purification of the specific DNA/RNA hybrid antibody was carried out on a column of oligo(dT)-cellulose to which poly(rA) was hybridized. Attachment of these antibodies to CNBr-activated Sepharose produced an affinity resin which specifically binds DNA/RNA hybrids.

In order to map the rDNA of the slime mold Dictyostelium discoideum, R-loops were formed using unsheared nuclear DNA and the 178 and 268 rRNAs of this organism. This mixture was passed through a column containing the affinity resin, and bound molecules containing R- loops were eluted by high salt. This purified rDN A was observed directly in the electron microscope. Evidence was obtained that there is a physical end to Dictyostelium rDN A molecules approximately 10 kilobase pairs (kbp) from the region which codes for the 268 rRNA. This finding is consistent with reports of other investigators that the rRNA genes exist as inverse repeats on extra-chromosomal molecules of DNA unattached to the remainder of the nuclear DNA in this organism.

The same general procedure was used to map the rRNA genes of the rat. Molecules of DNA which contained R-loops formed with the 188 and 288 rRNAs were enriched approximately 150- fold from total genomal rat DNA by two cycles of purification on the affinity column. Electron microscopic measurements of these molecules enabled the construction of an R-loop map of rat rDNA. Eleven of the observed molecules contained three or four R-loops or else two R-loops separated by a long spacer. These observations indicated that the rat rRNA genes are arranged as tandem repeats. The mean length of the repeating units was 37.2 kbp with a standard deviation of 1.3 kbp. These eleven molecules may represent repeating units of exactly the same length within the errors of the measurements, although a certain degree of length heterogeneity cannot be ruled out. If significantly shorter or longer repeating units exist, they are probably much less common than the 37.2 kbp unit.

The last section of the thesis describes the production of antibodies to non-histone chromosomal proteins which have been exposed to the ionic detergent sodium dodecyl sulfate (SDS). The presence of low concentrations of SDS did not seem to affect either production of antibodies or their general specificity. Also, a technique is described for the in situ immunofluorescent detection of protein antigens in polyacrylamide gels.

Cell-targeted regulation of gene expression through synthetic RNA devices

The ability to interface with and program cellular function remains a challenging research frontier in biotechnology. Although the emerging field of synthetic biology has recently generated a variety of gene-regulatory strategies based on synthetic RNA molecules, few strategies exist through which to control such regulatory effects in response to specific exogenous or endogenous molecular signals. Here, we present the development of an engineered RNA-based device platform to detect and act on endogenous protein signals, linking these signals to the regulation of genes and thus cellular function.

We describe efforts to develop an RNA-based device framework for regulating endogenous genes in human cells. Previously developed RNA control devices have demonstrated programmable ligand-responsive genetic regulation in diverse cell types, and we attempted to adapt this class of cis-acting control elements to function in trans. We divided the device into two strands that reconstitute activity upon hybridization. Device function was optimized using an in vivo model system, and we found that device sequence is not as flexible as previously reported. After verifying the in vitro activity of our optimized design, we attempted to establish gene regulation in a human cell line using additional elements to direct device stability, structure, and localization. The significant limitations of our platform prevented endogenous gene regulation.

We next describe the development of a protein-responsive RNA-based regulatory platform. Employing various design strategies, we demonstrated functional devices that both up- and downregulate gene expression in response to a heterologous protein in a human cell line. The activity of our platform exceeded that of a similar, small-molecule-responsive platform. We demonstrated the ability of our devices to respond to both cytoplasmic- and nuclear-localized protein, providing insight into the mechanism of action and distinguishing our platform from previously described devices with more restrictive ligand localization requirements. Finally, we demonstrated the versatility of our device platform by developing a regulatory device that responds to an endogenous signaling protein.

The foundational tool we present here possesses unique advantages over previously described RNA-based gene-regulatory platforms. This genetically encoded technology may find future applications in the development of more effective diagnostic tools and targeted molecular therapy strategies.

Engineered discoidin domain from factor VIII binds αvβ3 integrin with antibody-like affinity

Alternative scaffolds are non-antibody proteins that can be engineered to bind new targets. They have found useful niches in the therapeutic space due to their smaller size and the ease with which they can be engineered to be bispecific. We sought a new scaffold that could be used for therapeutic ends and chose the C2 discoidin domain of factor VIII, which is well studied and of human origin. Using yeast surface display, we engineered the C2 domain to bind to αvβ3 integrin with a 16 nM affinity while retaining its thermal stability and monomeric nature. We obtained a crystal structure of the engineered domain at 2.1 Å resolution. We have christened this discoidin domain alternative scaffold the “discobody.”

Relação entre a doença de Parkinson e o gene LRRK2: um estudo na população brasileira

A doença de Parkinson (DP) é a segunda doença neurodegenerativa mais frequente depois da Doença de Alzheimer, afetando aproximadamente 1% da população com idade superior a 65 anos. Clinicamente, esta doença caracteriza-se pela presença de tremor em repouso, bradicinesia, rigidez muscular e instabilidade postural, os quais podem ser controlados com a administração do levodopa. As características patológicas da DP incluem a despigmentação da substância nigra devido à perda dos neurônios dopaminérgicos e a presença de inclusões proteicas denominadas corpos de Lewy nos neurônios sobreviventes. As vias moleculares envolvidas com esta patologia ainda são obscuras, porém a DP é uma doença complexa, resultante da interação entre fatores ambientais e causas genéticas. Mutações no gene leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2; OMIM 609007) constituem a forma mais comum de DP. Este gene codifica uma proteína, membro da família de proteínas ROCO, que possui, entre outros domínios, dois domínios funcionais GTPase (ROC) e quinase (MAPKKK). Neste estudo, os principais domínios do gene LRRK2 foram analisados em 204 pacientes brasileiros com DP por meio de sequenciamento dos produtos da PCR. Através da análise de 14 exons correspondentes aos domínios ROC, COR e MAPKKK foram identificadas 31 variantes. As alterações novas, p.C1770R e p.C2139S, possuem um potencial papel na etiologia da DP. Três alterações exônicas (p.R1398R, p.T1410M e p.Y2189C) e nove intrônicas (c.4317+16C>T, c.5317+59A>C, c.5509+20A>C, c.5509+52T>C, c.5509+122A>G, c.5657-46C>T, c.6382-36G>A, c.6382-37C>T e c.6576+44T>C) são potencialmente não patogênicas. Ao todo, dezessete variantes exônicas e intrônicas constituem polimorfismos já relatados na literatura (p.R1398H, p.K1423K, p.R1514Q, p.P1542S, c.4828-31T>C, p.G1624G, p.K1637K, p.M1646T, p.S1647T, c.5015+32A>G, c.5170+23T>A, c.5317+32C>T, p.G1819G, c.5948+48C>T, p.N2081D, p.E2108E e c.6381+30A>G). A frequência total de alterações potencialmente patogênicas ou patogênicas detectadas em nossa amostra foi de 3,4% (incluindo a mutação p.G2019S, anteriormente descrita em 2 artigos publicados por nosso grupo: Pimentel et al., 2008; Abdalla-Carvalho et al., 2010), sendo a frequência de mutações nos casos familiares (11,1%) cerca de seis vezes maior do que a encontrada nos casos isolados da DP (1,8%). Os resultados alcançados neste estudo revelam que mutações no gene LRRK2 desempenham um papel significativo como fator genético para o desenvolvimento da DP em pacientes brasileiros.

Análise de polimorfismos e de expressão do gene p16INK4a em neoplasias cervicais

O câncer de colo do útero é o segundo carcinoma mais frequente em mulheres no mundo e um dos cânceres femininos mais incidentes no Brasil. Em lesões pré-malignas e malignas do colo uterino, a proteína p16INK4a, que participa do controle do ciclo celular, apresenta um aumento considerável de sua expressão, devido possivelmente à presença de oncoproteínas do papilomavírus humano (HPV). Dois polimorfismos no gene p16INK4a, p16 500C>G e p16 540C>T, estão localizados na região 3 não traduzida (3UTR), que está envolvida na regulação pós-transcricional da expressão gênica. O objetivo deste estudo foi avaliar possíveis associações entre os polimorfismos p16 500C>G e p16 540C>T e o desenvolvimento de neoplasias cervicais e/ou a severidade das lesões, considerando os níveis de expressão da proteína p16INK4a nas lesões cervicais e certos fatores de risco clássicos para o câncer cervical, incluindo a infecção pelo HPV. Para isso, foram selecionadas 567 mulheres residentes no Rio de Janeiro, 319 com citologia cervical alterada (grupo de casos) e 248 sem história prévia de alteração citológica do colo uterino (grupo de comparação). Amostras de sangue periférico de todas as participantes foram utilizadas na análise molecular dos polimorfismos p16 500C>G e p16 540C>T através da técnica de PCR-RFLP (reação em cadeia da polimerase - polimorfismo de comprimento de fragmento de restrição), usando as enzimas de restrição MspI e HaeIII, respectivamente. A expressão da proteína p16INK4a em 137 biópsias de mulheres pertencentes ao grupo de casos foi avaliada por imunohistoquímica. A detecção de DNA do HPV em células cervicais foi feita em todas as amostras do grupo de comparação e em 194 amostras do grupo de casos pela técnica de PCR, usando dois pares de oligonucleotídeos, MY09/MY11 e GP05+/GP06+. Os dois grupos de estudo se encontram em equilíbrio de Hardy-Weinberg. As distribuições genotípicas para p16 500C>G e p16 540C>T e as distribuições de combinações haplotípicas nos dois grupos não apresentaram diferenças significativas. A análise do subgrupo HSIL+câncer (casos com lesão intraepitelial de alto grau ou carcinoma invasivo) em comparação com o subgrupo LSIL (casos com lesão intraepitelial de baixo grau) revelou diferença significativa entre as distribuições das combinações haplotípicas (p = 0,036) e diferenças marginais entre as distribuições genotípicas para p16 500C>G (p = 0,071) e p16 540C>T (p = 0,051). O alelo p16 540G, em heterozigose ou homozigose (OR = 1,91, IC 95% = 1,08-3,37), e a combinação haplotípica p16 500C-540C 500G-540C (OR = 2,34, IC 95% = 1,202-4,555) mostraram-se associados com a severidade da lesões cervicais. Já o genótipo p16 540T/T (OR = 0,25, IC 95% = 0,08-0,79), e a combinação haplotípica p16 500C-540T 500C-540T (OR = 0,27, IC 95% = 0,088-0,827) exibiram papel protetor contra o desenvolvimento de lesões mais severas. As análises de interação entre os polimorfismos de p16INK4a e a expressão de p16 ou a infecção pelo HPV foram comprometidas pelo número reduzido de amostras analisadas. Não se observou qualquer interação entre os polimorfismos estudados e os fatores de risco clássicos para o câncer de colo uterino. Nossos resultados apontam para a importância dos polimorfismos do gene p16INK4a como marcadores de severidade da neoplasia cervical.

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.

The promoter of cell growth- and RNA protection-associated SND1 gene is activated by endoplasmic reticulum stress in human hepatoma cells

Background: Staphyloccocal nuclease domain-containing protein 1 (SND1) is involved in the regulation of gene expression and RNA protection. While numerous studies have established that SND1 protein expression is modulated by cellular stresses associated with tumor growth, hypoxia, inflammation, heat- shock and oxidative conditions, little is known about the factors responsible for SND1 expression. Here, we have approached this question by analyzing the transcriptional response of human SND1 gene to pharmacological endoplasmic reticulum (ER) stress in liver cancer cells. Results: We provide first evidence that SND1 promoter activity is increased in human liver cancer cells upon exposure to thapsigargin or tunicamycin or by ectopic expression of ATF6, a crucial transcription factor in the unfolded protein response triggered by ER stress. Deletion analysis of the 5'-flanking region of SND1 promoter identified maximal activation in fragment (-934, +221), which contains most of the predicted ER stress response elements in proximal promoter. Quantitative real- time PCR revealed a near 3 fold increase in SND1 mRNA expression by either of the stress- inducers; whereas SND1 protein was maximally upregulated (3.4-fold) in cells exposed to tunicamycin, a protein glycosylation inhibitor. Conclusion: Promoter activity of the cell growth- and RNA-protection associated SND1 gene is up-regulated by ER stress in human hepatoma cells.

Rastreamento de mutações no gene GBA como fator de risco ao desenvolvimento da doença de Parkinson na população brasileira

A doença de Parkinson (DP) é a segunda doença neurodegenerativa mais frequente, depois da doença de Alzheimer, com uma incidência de aproximadamente 3,3% na população brasileira acima dos 60 anos. Ela é caracterizada por uma perda dos neurônios dopaminérgicos da parte compacta da substância negra e pela presença de inclusões protéicas intracelulares denominadas corpúsculos de Lewy nos neurônios sobreviventes. A DP tem uma etiologia complexa que envolve interações genes-ambiente e múltiplos genes de susceptibilidade. Nesse contexto, mutações de perda de função no gene da glicocerebrosidase (GBA) têm sido bem validadas como importantes fatores de risco para a DP. Esse gene está localizado na região 1q21 e compreende 11 exons que codificam a enzima lisossômica glicocerebrosidase. O principal objetivo deste estudo foi investigar se alterações no gene GBA constituem um fator de predisposição para o desenvolvimento da DP na população brasileira. Para isso, um grupo de 126 pacientes brasileiros, não-aparentados, com DP (24 casos familiares e 102 isolados; idade média 66,4 11,4) foram analisados para mutações no GBA através do seqüenciamento completo de todos os exons e alguns íntrons. Sete alterações e um alelo recombinante, anteriormente encontrados em pacientes com a DP analisados em outros estudos, foram detectados (K(-)27R, IVS2+1G>A, N370S, L444P, T369M, A456P, E326K e RecNciI), assim como, uma variante nunca antes identificada associada à DP (G325G) e uma nova mutação (W378C), num total de 18 pacientes (14,3%). Além disso, foram encontradas três alterações intrônicas (c.454+47G>A, c.589-86A>G e c.1225-34C>A), que constam do banco de SNPs, entretanto, não foram associadas a nenhuma doença. Dentre todas as variantes identificadas, três são comprovadamente patogênicas (IVS2+1G>A, L444P e N370S) e foram encontradas em 5,5% da amostra, não sendo detectadas na amostra controle, indicando uma freqüência significativamente alta dessas mutações em pacientes com DP quando comparadas aos controles (P=0,0033). Esses resultados reforçam a associação entre o gene GBA e a DP na população brasileira, além de apoiar a hipótese de que alterações nesse gene representam um importante fator de susceptibilidade ao desenvolvimento da DP

Investigação de mutações no gene ATP13A2 como um fator de risco para a Doença de Parkinson em pacientes brasileiros

A doença de Parkinson (DP) é a desordem neurodegenerativa motora mais frequente, com uma prevalência de, aproximadamente, 1% entre indivíduos com mais de 60 anos de idade, aumentando para 4 a 5% entre os indivíduos com idade superior a 85 anos. Esta condição é caracterizada pela perda seletiva dos neurônios dopaminérgicos da substância negra e pela presença de inclusões protéicas ricas em α-sinucleína nos neurônios sobreviventes. Pouco se sabe sobre a etiologia e a patogênese da DP. A maioria dos casos aparece esporadicamente, podendo estar associados a diversos fatores de risco ambientais e genéticos. Na última década, estudos de ligação identificaram 15 loci cromossômicos (PARK1 a PARK15) relacionados à DP e, nestes, um novo gene, ATP13A2, tem sido associado a casos de DP de início precoce. Esse gene está situado no 1p36 e codifica a proteína ATPase tipo-P da subfamília P5, de localização lisossômica, que é expressa em diversos tecidos, principalmente no cérebro. Mutações em ATP13A2 levam à formação de proteínas truncadas que ficam retidas no reticulo endoplasmático e posteriormente são degradadas pelo proteossomo, podendo causar a disfunção proteossômica, decorrente da sobrecarga gerada pela proteína mutante, ou causar a disfunção lisossômica, ambas gerando agregação tóxica. Este trabalho tem como objetivo realizar a análise molecular do gene ATP13A2 em uma amostra de 116 pacientes brasileiros com DP, de manifestação precoce (<50 anos), de forma a avaliar se mutações neste gene representam um fator de risco para a DP. O DNA foi extraído a partir de leucócitos do sangue periférico ou de saliva e a análise molecular dos éxons 2, 3, 12, 13, 14, 15, 16, 26 e 27, bem como, dos limites íntronéxons foi realizada por sequenciamento automático dos produtos da PCR. Identificamos oito variantes de sequência: quatro variantes intrônicas (uma no íntron 2, uma no íntron 13 e duas no íntron 27) e quatro variantes silenciosas (uma no éxon 3, 16, 26 e 27). Com base em dados da literatura e através de análises in silico e comparação com amostras controle, classificamos a alteração intrônica c.3084- 3C>T, e as alterações silenciosas c.2970G>A e c.3192C>T como não patogênicas; as alterações intrônicas c.106-30G>T, c.1306+42_1306+43 insC e c.3083+24C>T, e as alterações silenciosas c.132A>G e c.1610G>T foram classificadas como provavelmente não patogênicas. Nosso achados corroboram àqueles encontrados em outras populações e indicam que mutações no gene ATP13A2 não são uma causa comum de DP na amostra de pacientes brasileiros analisados. No entanto, se faz necessário estender nossas análises para outras regiões gênicas, a fim de determinar o real papel deste gene na etiologia da DP em nossa população.

Efeito da dieta hipocalórica no perfil metabólico e composição corporal de mulheres com e sem Síndrome Metabólica e genótipo Pro12Pro do gene PPARγγ2

A obesidade é uma doença crônica não transmissível, caracterizada pelo excesso de gordura corporal. Então, a gordura acumulada na região abdominal promove resistência à insulina e conseqüentemente alterações metabólicas as quais em conjunto configuram o quadro de síndrome metabólica (SM). O genótipo Pro12Pro parece estar relacionado à menor sensibilidade à insulina, desencadeando o processo fisiopatológico da SM. Então, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de uma dieta hipocalórica sobre o perfil metabólico e composição corporal de mulheres com e sem SM com genótipo Pro12Pro no gene PPARγ2. O presente estudo trata-se de um ensaio clínico, onde mulheres entre 30 e 45 anos, obesas grau I, sem SM (n=23) e com SM (n=7) foram submetidas à dieta hipocalórica por 90 dias. A identificação do genótipo foi realizada por reação em cadeia da polimerase (PCR). No início e nos dias 30, 60 e 90 foram avaliados peso corporal, massa magra (MM), massa gorda (MG), componentes da SM, uricemia, insulinemia, leptinemia, adiponectinemia, os índices HOMA-IR e QUICKI. O consumo energético foi avaliado nas 12 semanas de tratamento. Foi utilizado o teste t de Student para amostras independentes foi utilizado para comparar os grupos entre si, e o modelo pareado para comparar a evolução dentro de cada grupo em relação ao início do estudo. Todas as mulheres apresentaram genótipo Pro12Pro. O grupo com SM apresentou menor HDL-c (44,43,2 vs. 56,82,4 mg/dL, p=0,013), e maior triglicerídeo (180,926,7 vs. 89,76,6mg/dL, p=0,014) e VLDL-c (36,25,3 vs. 17,91,3mg/dL, p=0,014) no início do estudo. Ambos os grupos apresentaram redução ponderal (-3,30,7% grupo sem SM e - 4,20,9% grupo com SM) e da circunferência da cintura (-2,40,5% grupo sem SM e - 5,91,4% grupo com SM) significativas. O grupo sem SM reduziu da MG progressivamente até os 90 dias (37,00,8 para 36,60,5%, p=0,02), e com isso aumentou MM (62,00,5 para 63,40,5%, p=0,01), o grupo com SM também reduziu MG ao longo do estudo (32,62,3 para 29,62,4%, p<0,01) e aumentou MM significativamente (62,21,0 para 64,31,3%). A pressão arterial sistólica reduziu no primeiro mês de tratamento no grupo sem SM (de 120,41,8 para 112,32,1 mmHg, p<0,01). No que diz respeito aos parâmetros metabólicos, o grupo sem SM mostrou redução da insulinemia (32,54,2 para 25,92,4U/mL, p=0,05) e aumento da adiponectinemia (4,70,6 para 5,10,8 ng/mL, p=0,02) aos 30 dias, do colesterol total (180,25,8 para 173,85,4 mg/dL, p=0,04), e da leptina (27,01,9 para 18,21,4 ng/mL, p<0,01) aos 60 dias, porém, houve redução do QUICKI aos 90 dias (0,390,03 para 0,350,01, p=0,01). No grupo com SM, a leptinemia reduziu aos 60 dias (20,31,9 para 14,71,1 ng/mL, p=0,01) e a adiponectinemia aos 90 dias (5,71,2 para 7,11,4 ng/mL, p<0,01), também houve remissão de 57,1% dos casos de SM. Sugerimos que, a dieta hipocalórica foi eficaz na redução do peso corporal e da MG, principalmente a localizada na região abdominal. Conseqüentemente, houve melhora considerável do perfil metabólico relacionado à obesidade no grupo sem SM, e também dos marcadores de sensibilidade à insulina e cardioprotetores relacionados à SM, além da remissão dos casos de SM.

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.

Avaliação da presença de mutações de resistência no gene da NS5B e do prognóstico da infecção pelo HCV através da IL-28B em pacientes monoinfectados com HCV no RJ

Estima-se que a prevalência global da população mundial com hepatite C é de 3%. Pouco se sabe sobre a resposta ao tratamento com respeito à resistência viral. Algumas mutações no fragmento de 109 aminoácidos da NS5B são associadas com resistência ao interferon (IFN) e ribavirina (RBV). Estudos moleculares e clínicos identificaram fatores associados com o hospedeiro e vírus relacionados associada com a resposta ao tratamento, tal como o gene que codifica a IL-28B. Este estudo foi dividido em duas fases, cujos objetivos foram caracterizar a frequência de mutações que conferem resistência ao HCV e avaliar a relevância das mutações em pacientes Respondedores (R) ou Não Respondedores (NR) ao tratamento e caracterizar geneticamente as populações sobre polimorfismos genéticos nos SNPs da IL-28B em relação ao prognóstico da resposta ao tratamento. As amostras dos pacientes foram submetidas a testes de genotipagem e carga viral. As sequências geradas foram comparadas no BLAST e no banco de dados Los Alamos HCV. Realizamos o alinhamento das sequências homólogas e as mutações identificadas. Com base no genótipo e carga viral determinamos a classificação dos pacientes de acordo com a resposta à terapia. O DNA genômico foi isolado a partir de sangue periférico para a realização da tipagem de SNPs de IL-28B. A metodologia utilizada foi de PCR em tempo real utilizando sondas TaqMan SNP específico. A análise dos dados foi realizada utilizando GraphPad Prism com qui-quadrado, risco relativo (RR), Odds Ratio (OR) e intervalo de confiança de 95%, com um nível de significância de P <0,05. Foi encontrado na primeira fase deste estudo uma taxa significativa mutações associadas ao tratamento nas amostras estudadas. A prevalência de mutações associadas à resistência ao IFN e RBV bem como a novos medicamentos antivirais localizados no fragmento de 109 aminoácidos da NS5B foi examinado em 69 indivíduos infectados naïve no Rio de Janeiro, Brasil. Na segunda fase, as mutações foram clinicamente relevantes. Desde então, procuramos observar as diferenças entre melhor ou pior prognóstico de acordo com a imunogenética que mostrou diferenciação entre os grupos R e NR ao tratamento em relação ao prognóstico da resposta terapêutica. Quando as diferenças entre as sequências da NS5B e a resposta ao tratamento foram consideradas verificou-se que associada a mutação R254K, estava a C316N que poderia conduzir a uma não resposta à terapia no genótipo 1b. Os nossos dados também suportaram forte associação de IL-28B rs12979860, com elevada probabilidade de resposta à terapia de IFN + RBV. Nossos dados evidenciam a presença de pacientes virgens de tratamento que abrigam mutações de resistência previamente descritas na literatura. A análise dos fatores preditores de resposta virológica mostrou que a predição de boa resposta ou não ao tratamento e ainda da progressão da doença é dependente de uma importante interação entre a genética viral e a do hospedeiro. Fato este importante para que no momento de avaliação de diagnóstico e conduta terapêutica, o médico possa tomar medidas apropriadas para o tratamento de cada paciente individualmente independentemente do genótipo do HCV em questão.

Variantes no gene MBL2 codificador da Lectina Ligante de Manose (MBL): implicações na leishmaniose visceral humana

A leishmaniose visceral (LV) ou calazar é uma doença endêmica, crônica, grave e de alta letalidade se não tratada. Os estudos apontam a proteína Lectina Ligante de Manose (MBL), codificada pelo gene MBL2, como uma peça-chave na imunidade inata, dada a sua função no reconhecimento microbiano, na eliminação, inflamação e morte celular. Neste trabalho realizamos um estudo do tipo caso-controle que teve como objetivo investigar a associação entre variantes no gene MBL2 e a suscetibilidade à LV em indivíduos residentes em áreas endêmicas da Ilha de São Luís-MA. A amostra foi constituída por 322 indivíduos, sendo 161 casos com LV, não aparentados, de ambos os sexos, residentes em áreas endêmicas da doença na Ilha de São Luís e 161 controles saudáveis, não infectados e não aparentados da mesma região. A identificação dos casos de LV se deu por meio do contato constante com os principais hospitais e ambulatórios de referência para a doença na cidade. Também foram feitas buscas de pacientes com LV em ambiente domiciliar, a partir de registros da FUNASA-MA. A análise molecular consistiu na genotipagem de 6 variantes localizadas na região promotora [posições -550 (C>G), -221(G>C), +4(C>T)] e codificadora [códons 52 (C>T), 54 (G>A) e 57 (G>A)] do gene MBL2, através da reação em cadeia da polimerase e sequenciamento automático. A dosagem da proteína MBL no soro foi realizada pelo teste de ELISA. Verificamos que os fenótipos MBL dependem do conjunto de alelos presentes no gene MBL2, sendo nítido o efeito que as variantes defectivas causam nos níveis da proteína. Não encontramos diferença significativa entre casos e controles em relação à distribuição dos genótipos MBL2 e dos níveis séricos de MBL. As frequências alélicas das variantes exônicas na amostra total mostram que o alelo A é o mais comum (74,8%) e que os alelos defectivos (B, C e D) se encontram principalmente em heterozigose (36,6%), o que reforça a ideia de que alelos MBL2 defectivos são mantidos na população por conferirem vantagem seletiva aos heterozigotos. Em relação aos 3 principais polimorfismos existentes na região promotora, verificamos ser a variante -221G (Y) a mais frequente (88%) seguida de +4C (P) (73%) e de -550C (L) (67%). Identificamos oito haplótipos em MBL2 num total de 644 cromossomos avaliados, em 30 combinações diferentes, sendo HYPA e LYQA os mais frequentes e HYPD e HYPB os mais raros. Todos os portadores de combinações de haplótipos homozigotos para alelos defectivos apresentaram níveis séricos de MBL indetectáveis. Os genótipos LYQA/LYQA e HYPA/HYPA apresentaram as maiores concentrações médias de MBL no soro. A combinação entre SNPs no éxon 1 e na região promotora do gene MBL2 resulta em grande variação nas concentrações de MBL em indivíduos saudáveis. Consideramos que o conjunto de dados gerados é uma contribuição valiosa que poderá ser expandida para outros cenários.