Inactivation of the survival motor neuron gene, a candidate gene for human spinal muscular atrophy, leads to massive cell death in early mouse embryos

Proximal spinal muscular atrophy is an autosomal recessive human disease of spinal motor neurons leading to muscular weakness with onset predominantly in infancy and childhood. With an estimated heterozygote frequency of 1/40 it is the most common monogenic disorder lethal to infants; milder forms represent the second most common pediatric neuromuscular disorder. Two candidate genes—survival motor neuron (SMN) and neuronal apoptosis inhibitory protein have been identified on chromosome 5q13 by positional cloning. However, the functional impact of these genes and the mechanism leading to a degeneration of motor neurons remain to be defined. To analyze the role of the SMN gene product in vivo we generated SMN-deficient mice. In contrast to the human genome, which contains two copies, the mouse genome contains only one SMN gene. Mice with homozygous SMN disruption display massive cell death during early embryonic development, indicating that the SMN gene product is necessary for cellular survival and function.

A second promoter provides an alternative target for therapeutic up-regulation of utrophin in Duchenne muscular dystrophy

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is an inherited muscle-wasting disease caused by the absence of a muscle cytoskeletal protein, dystrophin. We have previously shown that utrophin, the autosomal homologue of dystrophin, is able to compensate for the absence of dystrophin in a mouse model of DMD; we have therefore undertaken a detailed study of the transcriptional regulation of utrophin to identify means of effecting its up-regulation in DMD muscle. We have previously isolated a promoter element lying within the CpG island at the 5′ end of the gene and have shown it to be synaptically regulated in vivo. In this paper, we show that there is an alternative promoter lying within the large second intron of the utrophin gene, 50 kb 3′ to exon 2. The promoter is highly regulated and drives transcription of a widely expressed unique first exon that splices into a common full-length mRNA at exon 3. The two utrophin promoters are independently regulated, and we predict that they respond to discrete sets of cellular signals. These findings significantly contribute to understanding the molecular physiology of utrophin expression and are important because the promoter reported here provides an alternative target for transcriptional activation of utrophin in DMD muscle. This promoter does not contain synaptic regulatory elements and might, therefore, be a more suitable target for pharmacological manipulation than the previously described promoter.

A single nucleotide in the SMN gene regulates splicing and is responsible for spinal muscular atrophy

SMN1 and SMN2 (survival motor neuron) encode identical proteins. A critical question is why only the homozygous loss of SMN1, and not SMN2, results in spinal muscular atrophy (SMA). Analysis of transcripts from SMN1/SMN2 hybrid genes and a new SMN1 mutation showed a direct relationship between presence of disease and exon 7 skipping. We have reported previously that the exon-skipped product SMNΔ7 is partially defective for self-association and SMN self-oligomerization correlated with clinical severity. To evaluate systematically which of the five nucleotides that differ between SMN1 and SMN2 effect alternative splicing of exon 7, a series of SMN minigenes was engineered and transfected into cultured cells, and their transcripts were characterized. Of these nucleotide differences, the exon 7 C-to-T transition at codon 280, a translationally silent variance, was necessary and sufficient to dictate exon 7 alternative splicing. Thus, the failure of SMN2 to fully compensate for SMN1 and protect from SMA is due to a nucleotide exchange (C/T) that attenuates activity of an exonic enhancer. These findings demonstrate the molecular genetic basis for the nature and pathogenesis of SMA and illustrate a novel disease mechanism. Because individuals with SMA retain the SMN2 allele, therapy targeted at preventing exon 7 skipping could modify clinical outcome.

Ullrich scleroatonic muscular dystrophy is caused by recessive mutations in collagen type VI

Ullrich syndrome is a recessive congenital muscular dystrophy affecting connective tissue and muscle. The molecular basis is unknown. Reverse transcription–PCR amplification performed on RNA extracted from fibroblasts or muscle of three Ullrich patients followed by heteroduplex analysis displayed heteroduplexes in one of the three genes coding for collagen type VI (COL6). In patient A, we detected a homozygous insertion of a C leading to a premature termination codon in the triple-helical domain of COL6A2 mRNA. Both healthy consanguineous parents were carriers. In patient B, we found a deletion of 28 nucleotides because of an A → G substitution at nucleotide −2 of intron 17 causing the activation of a cryptic acceptor site inside exon 18. The second mutation was an exon skipping because of a G → A substitution at nucleotide −1 of intron 23. Both mutations are present in an affected brother. The first mutation is also present in the healthy mother, whereas the second mutation is carried by their healthy father. In patient C, we found only one mutation so far—the same deletion of 28 nucleotides found in patient B. In this case, it was a de novo mutation, as it is absent in her parents. mRNA and protein analysis of patient B showed very low amounts of COL6A2 mRNA and of COL6. A near total absence of COL6 was demonstrated by immunofluorescence in fibroblasts and muscle. Our results demonstrate that Ullrich syndrome is caused by recessive mutations leading to a severe reduction of COL6.

Neuronal nitric oxide synthase and dystrophin-deficient muscular dystrophy.

Neuronal nitric oxide synthase (nNOS) in fast-twitch skeletal muscle fibers is primarily particulate in contrast to its greater solubility in brain. Immunohistochemistry shows nNOS localized to the sarcolemma, with enrichment at force transmitting sites, the myotendinous junctions, and costameres. Because this distribution is similar to dystrophin, we determined if nNOS expression was affected by the loss of dystrophin. Significant nNOS immunoreactivity and enzyme activity was absent in skeletal muscle tissues from patients with Duchenne muscular dystrophy. Similarly, in dystrophin-deficient skeletal muscles from mdx mice both soluble and particulate nNOS was greatly reduced compared with C57 control mice. nNOS mRNA was also reduced in mdx muscle in contrast to mRNA levels for a dystrophin binding protein, alpha 1-syntrophin. nNOS levels increased dramatically from 2 to 52 weeks of age in C57 skeletal muscle, which may indicate a physiological role for NO in aging-related processes. Biochemical purification readily dissociates nNOS from the dystrophin-glycoprotein complex. Thus, nNOS is not an integral component of the dystrophin-glycoprotein complex and is not simply another dystrophin-associated protein since the expression of both nNOS mRNA and protein is affected by dystrophin expression.

Expressed cadherin pseudogenes are localized to the critical region of the spinal muscular atrophy gene.

Low-copy repeats have been associated with genomic rearrangements and have been implicated in the generation of mutations in several diseases. Here we characterize a subset of low-copy repeats in the spinal muscular atrophy (SMA) region in human chromosome 5q13. We show that this repeated sequence, named c41-cad, is a highly expressed pseudogene derived from an intact neuronal cadherin gene, Br-cadherin, situated on 5p13-14. Br-cadherin is expressed specifically in the brain, whereas the c41-cad transcripts are 10-15 times more abundant and are present in all tissues examined. We speculate that the c41-cad repeats, separately or in concert with other repeats in the SMA region, are involved in the pathogenesis of SMA by promoting rearrangements and deletions.

Estudo morfológico do Sistema Nervoso Central de cães com Distrofia Muscular do Golden Retriever (GRMD)

Distrofia muscular de Duchenne é uma desordem neuromuscular causada pela mutação ou deleção do gene da distrofina, a qual é ligada ao cromossomo X. Estudos recentes têm demonstrado o importante papel da distrofina no SNC, sendo sua deficiência relacionada com uma variedade de anormalidades na função do SNC, como comportamento e disfunção cognitiva. Os modelos animais mais adequados para esses estudos são os que apresentam o quadro clinico mais semelhante ao da DMD encontrada em humanos, como cães Golden Retriever com distrofia muscular (GRMD). Por não haver ainda estudos a respeito do SNC de animais GRMD, o objetivo deste trabalho foi analisar a morfologia do encéfalo dos GRMD e o de animais não distróficos, através de análise macroscópica, utilizando métodos de medição e registro fotográfico, e análise microscópica, utilizando a técnica de coloração de violeta cresil modificada. Entretanto, usando a metodologia proposta, não foi possível verificar diferenças significativas no encéfalo quando comparados os animais distróficos e os não distróficos, o que está em concordância com a literatura para a DMD usando os mesmos parâmetros. Em tempo, existe uma variação individual na morfologia do encéfalo do cão, independente de serem animais do grupo de distróficos ou controles. Outras técnicas devem ser aplicadas a fim de elucidar as consequências da ausência total ou parcial da distrofina no SNC

Responsividade da escala de avaliação funcional do sentar e levantar do solo para distrofia muscular de Duchenne (FES-DMD - D4), no período de um ano

OBJETIVO: Avaliar a responsividade da escala de avaliação funcional para pacientes com distrofia muscular de Duchenne (FES-DMD-D4), sentar e levantar do solo, no período de um ano. MÉTODO: Estudo observacional, longitudinal e retrospectivo. Foi estudada, utilizando o software FES-DMDDATA, uma amostra com 25 pacientes na atividade sentar no solo e 28 pacientes para a atividade levantar do solo. As avaliações ocorreram a cada três meses no período de um ano. Para análise estatística da capacidade de resposta foram utilizados índices de tamanho de efeito, como, effect size (ES) e Standardized Response Mean (SRM). RESULTADOS: A responsividade da atividade de sentar no solo foi considerada baixa a moderada em intervalos de três meses (ES de 0.28 a 0.54 e SRM de 0.38 a 0.71), moderada a alta em intervalos de seis meses (ES de 0.69 a 1.07 e SRM de 0.86 a 1.19), alta em intervalos de nove meses (ES de 1.3 a 1.17 e SRM de 1.26 a 1.55) e doze meses (ES de 1.9 e SRM de 1.72). Na atividade levantar do solo, a responsividade variou em baixa, moderada e alta em intervalos de três meses (ES de 0.21 a 0.33 e SRM de 0.45 a 0.83), baixa a alta em intervalos de seis meses (ES de 0.46 a 0.59 e SRM de 0.73 a 0.97), moderada a alta em intervalos de nove meses (ES de 0.76 a 0.88 e SRM de 1.03 a 1.22) e alta em doze meses (ES de 1.14 e SRM de 1.25). CONCLUSÃO: Para detectar alterações clinicamente significativas e consistentes nas atividades funcionais sentar e levantar do solo recomendamos a utilização da FES-DMD-D4 em intervalos a partir de seis meses, pois foi neste período de tempo que a capacidade de resposta variou de moderada a alta

Efeito de diferentes intensidades do treinamento de força nos ganhos de força máxima e hipertrofia muscular

O presente estudo investigou o efeito de diferentes intensidades do treinamento de força (TF), aplicadas com volume total de treino (VTT) equalizado, nos ganhos de força dinâmica máxima (1RM) e massa muscular dos membros superiores e inferiores. Trinta voluntários do sexo masculino, com idade entre 18 e 30 anos, participaram de 12 semanas de TF com uma frequência semanal de duas sessões. Foi utilizado um protocolo de treinamento unilateral com um dos lados do corpo realizando o exercício com intensidade equivalente a 20% 1RM (G20) e o lado contralateral utilizando uma das três intensidades 40%, 60% ou 80% 1RM (G40, G60 e G80, respectivamente). O grupo G20 realizava três séries compostas de repetições até a falha concêntrica e o VTT era calculado e replicado para os demais grupos. A força dinâmica máxima e a área de secção transversa (AST) dos músculos flexores do cotovelo e do vasto lateral foram avaliadas nos momentos pré, 6 semanas e pós-treinamento. Os resultados demonstraram que os grupos G40, G60 e G80 apresentaram ganhos similares de AST (25%, 25,1% e 25%, flexores do cotovelo e 20,5%, 20,4% e 19,5% vasto lateral, respectivamente, p<0,05). Somente o grupo G80 demonstrou diferença significante com o grupo G20 na comparação do período pós-treinamento (25% e 14,4%, respectivamente para os flexores do cotovelo e 19,5% e 7,9%, respectivamente para vasto lateral, p<0,05). Para os ganhos de 1RM o grupo G80 demonstrou maiores aumentos após 12 semanas de TF para a flexão unilateral do cotovelo na posição em pé (54,2% p<0,05) e para o leg press 45º os grupos G60 e G80 demonstraram os maiores aumentos (55,4% e 45,7%, respectivamente, p<0,05). Assim, quando o VTT foi equalizado entre diferentes intensidades (40, 60 e 80% 1RM) os ganhos da AST tanto dos flexores do cotovelo quanto o vasto lateral foram semelhantes e a intensidade de 20% 1RM não causou aumento significante da AST. No que diz respeito a força muscular as intensidades mais elevadas (60% e 80% 1RM) foram superiores em promover ganhos de força do que as demais intensidades utilizadas. Esses dados sugerem que ao equalizar o VTT os ganhos de massa muscular são semelhantes para as intensidades de treinamento entre 40- 80% 1RM. Além disso, a intensidade de 20% 1RM, mesmo com o VTT equalizado com as intensidades maiores, não promove aumentos de massa muscular para ambos os segmentos corporais. Por outro lado, intensidades altas de treinamento produzem os maiores ganhos de força máxima em membros superiores e inferiores

Relação entre força muscular e função motora em pacientes com distrofia muscular de Duchenne: acompanhamento de quatro anos

OBJETIVO: Investigar a relação entre força muscular e função motora, em pacientes com DMD, em um período de 4 anos consecutivos, a partir de avaliações semestrais. MÉTODO: A força muscular foi medida por meio de testes manuais e o cálculo por grupo muscular seguiu o proposto pelo Medical Research Council (MRC) e a função motora pelo método de Medida da Função Motora (MFM), em 43 pacientes (8-30 anos). Foi realizada uma análise descritiva e o teste de correlação de Spearman. Foram investigadas as relações entre pontuações totais e parciais da MRC e da MFM. RESULTADOS: O estudo evidenciou correlações classificadas de moderada a forte relação entre a força muscular e função motora, principalmente com o escore total da MFM e a dimensão D2 (musculatura axial e função motora proximal). Foi encontrada relação negativa moderada entre idade e essas variáveis. CONCLUSÃO: A perda progressiva da função motora tem relação direta e proporcional com a diminuição da força muscular. Quanto maior a idade do paciente, pior sua função motora e força muscular, fornecendo com essa informação, indicadores adicionais da progressão da doença

Modulação autonômica cardíaca na distrofia muscular de Duchenne durante tarefa no computador

Introdução: A Distrofia Muscular de Duchenne (DMD) é caracterizada como uma fraqueza muscular progressiva que leva à incapacidade. Devido às dificuldades funcionais enfrentadas pelos indivíduos com DMD, o uso da tecnologia assistiva é essencial para proporcionar ou promover habilidades funcionais. Na DMD, além do comprometimento musculoesquelético, uma disfunção autonômica cardíaca também tem sido relatada. Assim, visamos investigar as respostas autonômicas agudas de indivíduos com DMD durante a realização de uma tarefa no computador. Método: A variabilidade da frequência cardíaca foi avaliada através de métodos lineares e não lineares, utilizando uma cinta torácica com equipamento de monitoramento de eletrocardiograma (ECG). Assim, 45 indivíduos foram incluídos no grupo com DMD e 45 no grupo de desenvolvimento típico (controle), avaliados for 20 minutos em repouso sentado e 5 minutos com a realização de uma tarefa no computador. Resultados: Os indivíduos com DMD apresentaram menor modulação cardíaca parassimpática durante o repouso, que diminuiu ainda mais durante a tarefa no computador. Conclusão: Indivíduos com DMD exibiram respostas autonômicas cardíacas mais intensas durante a tarefa no computador

Responsividade do domínio subir e descer escada da escala de avaliação funcional para pessoas com distrofia muscular de Duchenne, no período de um ano

Objetivo: Determinar a responsividade do domínio subir e descer escada da escala de avaliação funcional em distrofia muscular de Duchenne (DMD), no período de um ano. Método: Participaram do estudo 26 pacientes com DMD. A análise utilizou o Tamanho do Efeito (ES) e a Média Padronizada de Resposta (SRM). Resultados: Atividade de subir escada: o ES mostrou responsividade baixa nos intervalos de avaliação de 3 meses (0,26; 0,35; 0,13; 0,17), baixa a moderada em 6 meses (0,58, 0,48; 0,33), moderada em 9 meses (0,70; 0,68) e alta em 1 ano (0,88). A análise com SRM mostrou responsividade baixa nos intervalos de avaliação de 3 meses (0,29; 0,38; 0,18 e 0,19), baixa a moderada em intervalos de 6 meses (0,59 e 0,51, 0,36), moderada em 9 meses (0,74 e 0,70) e alta em 1 ano (0,89). Atividade de descer escada: O ES apresentou responsividade baixa nos intervalos de avaliação de 3 meses (0,16; 0,25; 0,09; 0,08) e 6 meses (0,48; 0,35; 0,18), baixa a moderada em 9 meses (0,59, 0,44) e moderada em 1 ano (0,71). Análise com SRM mostrou responsividade baixa nos intervalos de 3 meses (0,25; 0,35; 0,12 e 0,09) e 6 meses (0,47; 0,38 e 0,21), moderada a baixa em 9 meses (0,62, 0,49) e moderada em 1 ano (0,74). Conclusão: A avaliação da atividade de subir escada, por meio da FES-DMD-D3, deve ser realizada em intervalos a partir de 9 meses, pois a responsividade é de moderada a alta. A avaliação do descer escadas deve ser realizada anualmente, pois houve responsividade moderada somente a partir de 12 meses