Haploinsufficiency of a Spliceosomal GTPase Encoded by EFTUD2 Causes Mandibulofacial Dysostosis with Microcephaly

Mandibulofacial dysostosis with microcephaly (MFDM) is a rare sporadic syndrome comprising craniofacial malformations, microcephaly, developmental delay, and a recognizable dysmorphic appearance. Major sequelae, including choanal atresia, sensorineural hearing loss, and cleft palate, each occur in a significant proportion of affected individuals. We present detailed clinical findings in 12 unrelated individuals with MFDM; these 12 individuals compose the largest reported cohort to date. To define the etiology of MFDM, we employed whole-exome sequencing of four unrelated affected individuals and identified heterozygous mutations or deletions of EFTUD2 in all four. Validation studies of eight additional individuals with MFDM demonstrated causative EFTUD2 mutations in all affected individuals tested. A range of EPTUD2-mutation types, including null alleles and frameshifts, is seen in MFDM, consistent with haploinsufficiency; segregation is de novo in all cases assessed to date. U5-116kD, the protein encoded by EFTUD2, is a highly conserved spliceosomal GTPase with a central regulatory role in catalytic splicing and post-splicing-complex disassembly. MFDM is the fast multiple-malformation syndrome attributed to a defect of the major spliceosome. Our findings significantly extend the range of reported spliceosomal phenotypes in humans and pave the way for further investigation in related conditions such as Treacher Collins syndrome.

Identificación de regiones del ADN con baja frecuencia de lectura

[ES] El ADN es un polímero que contiene la mayor parte de la información necesaria para el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos. La información está fraccionada en diferentes segmentos, los genes, que contienen variables que son individuales y que determinan las características de cada persona. Hay dos que son de especial importancia para la atención sanitaria: la susceptibilidad genética de padecer una enfermedad y la capacidad de responder de forma diferencial a un medicamento, denominado farmacogenética. Poder identificar dichas variantes puede ayudar a comprender la enfermedad e individualizar el tratamiento del paciente respectivamente. Para conocer estas variantes debemos conocer la secuencia de ADN de los genes implicados en las patologías o en las características farmacogenéticas para un individuo determinado, un proceso denominado secuenciación. Sin embargo, existen técnicas para seleccionar y secuenciar el exoma, que es la parte del genoma que contienen los exones, fracciones de los genes que contienen la información necesaria para la fabricación de las proteínas. La secuenciación de exoma cubre la mayor parte de los exones del genoma, pero no detecta algunas regiones, lo que imposibilita la detección de variantes en ellas. Este hecho crea una incertidumbre diagnóstica, lo que limita el poder de esta herramienta para la detección de mutaciones patogénicas. Así, el objetivo principal del Trabajo Fin de Grado es la creación de una herramienta informática que permita al personal clínico, la detección de regiones del exoma con poca cobertura de secuenciación, es decir, regiones del ADN con una frecuencia de lectura baja comparándolo con respecto al genoma de referencia.

Sistema de evaluación de variantes genéticas

Máster Universitario en Sistemas Inteligentes y Aplicaciones Numéricas en Ingeniería (SIANI)

Studio sul ruolo dei fattori genetici coinvolti nella Valvola Aortica Bicuspide e/o nell'Aneurisma dell'Aorta Toracica

La Valvola Aortica Bicuspide (BAV) rappresenta la più comune anomalia cardiaca congenita, con un’incidenza dello 0,5%-2% nella popolazione generale. Si caratterizza per la presenza di due cuspidi valvolari anziché tre e comprende diverse forme. La BAV è frequentemente associata agli aneurismi dell’aorta toracica (TAA). La dilatazione dell’aorta espone al rischio di sviluppare le complicanze aortiche acute. Materiali e metodi Sono stati reclutati 20 probandi consecutivi sottoposti a chirurgia della valvola aortica e dell'aorta ascendente presso l'Unità di Chirurgia Cardiaca di Policlinico S.Orsola-Malpighi di TAA associata a BAV. Sono stati esclusi individui con una condizione sindromica predisponente l’aneurisma aortico. Ciascun familiare maggiorenne di primo grado è stato arruolato nello studio. L’analisi di mutazioni dell’intero gene ACTA2 è stata eseguita con la tecnica del “bidirectional direct sequencing”. Nelle forme familiari, l’intera porzione codificante del genoma è stata eseguita usando l’exome sequencing. Risultati Dopo il sequenziamento di tutti i 20 esoni e giunzioni di splicing di ACTA2 nei 20 probandi, non è stata individuata alcuna mutazione. Settantasette familiari di primo grado sono stati arruolati. Sono state identificate cinque forme familiari. In una famiglia è stata trovata una mutazione del gene MYH11 non ritenuta patogenetica. Conclusioni La mancanza di mutazioni, sia nelle forme sporadiche sia in quelle familiari, ci suggerisce che questo gene non è coinvolto nello sviluppo della BAV e TAA e, l’associazione che è stata riportata deve essere considerata occasionale. L’architettura genetica della BAV verosimilmente dovrebbe consistere in svariate differenti varianti genetiche che interagiscono in maniera additiva nel determinare un aumento del rischio.

TBX3-Mutationsanalysen und Konstruktion einer Zelllinie für TBX2-Inhibitorscreenings

Die nahe verwandten T-box Transkriptionsfaktoren TBX2 und TBX3 werden in zahlreichen humanen Krebsarten überexprimiert, insbesondere in Brustkrebs und Melanomen. Die Überexpression von TBX2 und TBX3 hat verschiedene zelluläre Effekte, darunter die Unterdrückung der Seneszenz, die Förderung der Epithelialen-Mesenchymalen Transition sowie invasive Zellmotilität. Im Gegensatz dazu führt ein Funktionsverlust von TBX3 und der meisten anderen humanen T-box-Gene zu haploinsuffizienten Entwicklungsdefekten. Durch Sequenzierung des Exoms von Brustkrebsproben identifizierten Stephens et al. fünf verschiedene Mutationen in TBX3, welche allesamt die DNA-bindende T-box-Domäne betrafen. Die In-Frame-Deletion N212delN wurde zweimal gefunden. Aus der Anhäufung der Mutationen innerhalb der T-box-Domäne wurde geschlossen, dass TBX3 bei Brustkrebs ein Treibergen ist. Da Mutationen innerhalb der T-box-Domäne im Allgemeinen zu einem Funktionsverlust führen, aber die onkogene Aktivität von TBX3 meist auf eine Überexpression zurückzuführen ist, wurden die potentiellen Treibermutationen hinsichtlich einer verminderten oder gesteigerten TBX3-Funktion geprüft. Getestet wurden zwei In-Frame Deletionen, eine Missense- sowie eine Frameshift-Mutante bezüglich der DNA-Bindung in vitro und der Zielgen-Repression in Zellkultur. Zusätzlich wurde eine in silico Analyse der im The Cancer Genome Atlas (TCGA) gelisteten somatischen TBX-Brustkrebsmutationen durchgeführt. Sowohl die experimentelle als auch die in silico Analyse zeigten, dass die untersuchten Mutationen vorwiegend zum Verlust der TBX3-Funktion führen. Um den Mechanismus der Genrepression durch TBX3 besser zu verstehen, wurden weitere TBX3-Mutanten bezüglich ihrer Wirkung auf die p21-Promotoraktivität (p21-Luc-Reporter und endogene p21-Expression) analysiert. Wildtypische p21-Luc-Repression zeigten die zwei Mutationen S674A (Phosphorylierung) und D275K (SUMOylierung), welche posttranslationale Modifikationen verhindern, sowie die Interaktion mit dem Tumorsuppressor Rb1 unterbindende M302A/V304A-Mutation. Erstaunlicherweise war die endogene p21-Repression dieser Mutanten stärker als die des wildtypischen TBX3-Proteins. Alle drei Mutationen führten zu einer Stabilisierung des TBX3-Proteins. Die ursprünglich in Patienten mit Ulna-Mamma Syndrom identifizierte, DNA-bindungsdefekte Y149S-Mutante konnte weder p21-Luc noch endogenes p21 reprimieren. Mutationen in potentiellen Interaktionsdomänen für die Bindung der Co-Repressoren Groucho und C-terminalem Bindeprotein zeigten sowohl auf p21-Luc als auch auf endogenes p21-Gen wildtypische Repressoraktivität, so dass diese Co-Repressoren in COS-7-Zellen wahrscheinlich nicht an der Repression dieses Gens beteiligt sind. Da TBX2 und TBX3 interessante Ziele zur direkten Krebsbekämpfung darstellen, sollte ein zelluläres Reportersystem zur Identifikation TBX2-inhibierender, pharmakologisch aktiver Substanzen etabliert werden. Dazu sollte eine stabile Zelllinie mit vom p21-Promotor reguliertem d2EGFP-Reporter und Doxyzyklin-induzierbarem TBX2-Protein erzeugt werden, da ektopische Expression von TBX2 genetische Instabilität und Toxizität induzieren kann. In dieser Zelllinie sollte die TBX2-Expression zur Reduktion der d2EGFP-Fluoreszenz führen. Zur Erzeugung der Zelllinie wurden die folgenden drei Konstrukte Schritt-für-Schritt stabil in das Genom der Zielzelllinie COS-7 integriert: pEF1alpha-Tet3G, pTRE3G-TBX2 und p21-d2EGFP. Während die Herstellung der doppelt stabilen COS-7-Zelllinie gelang, scheiterte die Herstellung der dreifach stabilen Zelllinie.

Individualisierte Krebstherapie : präklinischer „proof of concept“ einer mutationsspezifischen Immuntherapie

Da nicht-synonyme tumorspezifische Punktmutationen nur in malignen Geweben vorkommen und das veränderte Proteinprodukt vom Immunsystem als „fremd“ erkannt werden kann, stellen diese einen bisher ungenutzten Pool von Zielstrukturen für die Immuntherapie dar. Menschliche Tumore können individuell bis zu tausenden nicht-synonymer Punktmutationen in ihrem Genom tragen, welche nicht der zentralen Immuntoleranz unterliegen. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Hypothese zu untersuchen, dass das Immunsystem in der Lage sein sollte, mutierte Epitope auf Tumorzellen zu erkennen und zu klären, ob auf dieser Basis eine wirksame mRNA (RNA) basierte anti-tumorale Vakzinierung etabliert werden kann. Hierzu wurde von Ugur Sahin und Kollegen, das gesamte Genom des murinen B16-F10 Melanoms sequenziert und bioinformatisch analysiert. Im Rahmen der NGS Sequenzierung wurden mehr als 500 nicht-synonyme Punktmutationen identifiziert, von welchen 50 Mutationen selektiert und durch Sanger Sequenzierung validiert wurden. rnNach der Etablierung des immunologischen Testsysteme war eine Hauptfragestellung dieser Arbeit, die selektierten nicht-synonyme Punktmutationen in einem in vivo Ansatz systematisch auf Antigenität zu testen. Für diese Studien wurden mutierte Sequenzen in einer Länge von 27 Aminosäuren genutzt, in denen die mutierte Aminosäure zentral positioniert war. Durch die Länge der Peptide können prinzipiell alle möglichen MHC Klasse-I und -II Epitope abgedeckt werden, welche die Mutation enthalten. Eine Grundidee des Projektes Ansatzes ist es, einen auf in vitro transkribierter RNA basierten oligotopen Impfstoff zu entwickeln. Daher wurden die Impfungen naiver Mäuse sowohl mit langen Peptiden, als auch in einem unabhängigen Ansatz mit peptidkodierender RNA durchgeführt. Die Immunphänotypisierung der Impfstoff induzierten T-Zellen zeigte, dass insgesamt 16 der 50 (32%) mutierten Sequenzen eine T-Zellreaktivität induzierten. rnDie Verwendung der vorhergesagten Epitope in therapeutischen Vakzinierungsstudien bestätigten die Hypothese das mutierte Neo-Epitope potente Zielstrukturen einer anti-tumoralen Impftherapie darstellen können. So wurde in therapeutischen Tumorstudien gezeigt, dass auf Basis von RNA 9 von 12 bestätigten Epitopen einen anti-tumoralen Effekt zeigte.rnÜberaschenderweise wurde bei einem MHC Klasse-II restringierten mutiertem Epitop (Mut-30) sowohl in einem subkutanen, als auch in einem unabhängigen therapeutischen Lungenmetastasen Modell ein starker anti-tumoraler Effekt auf B16-F10 beobachtet, der dieses Epitop als neues immundominantes Epitop für das B16-F10 Melanom etabliert. Um den immunologischen Mechanismus hinter diesem Effekt näher zu untersuchen wurde in verschieden Experimenten die Rolle von CD4+, CD8+ sowie NK-Zellen zu verschieden Zeitpunkten der Tumorentwicklung untersucht. Die Analyse des Tumorgewebes ergab, eine signifikante erhöhte Frequenz von NK-Zellen in den mit Mut-30 RNA vakzinierten Tieren. Das NK Zellen in der frühen Phase der Therapie eine entscheidende Rolle spielen wurde anhand von Depletionsstudien bestätigt. Daran anschließend wurde gezeigt, dass im fortgeschrittenen Tumorstadium die NK Zellen keinen weiteren relevanten Beitrag zum anti-tumoralen Effekt der RNA Vakzinierung leisten, sondern die Vakzine induzierte adaptive Immunantwort. Durch die Isolierung von Lymphozyten aus dem Tumorgewebe und deren Einsatz als Effektorzellen im IFN-γ ELISPOT wurde nachgewiesen, dass Mut-30 spezifische T-Zellen das Tumorgewebe infiltrieren und dort u.a. IFN-γ sekretieren. Dass diese spezifische IFN-γ Ausschüttung für den beobachteten antitumoralen Effekt eine zentrale Rolle einnimmt wurde unter der Verwendung von IFN-γ -/- K.O. Mäusen bestätigt.rnDas Konzept der individuellen RNA basierten mutationsspezifischen Vakzine sieht vor, nicht nur mit einem mutations-spezifischen Epitop, sondern mit mehreren RNA-kodierten Mutationen Patienten zu impfen um der Entstehung von „escape“-Mutanten entgegenzuwirken. Da es nur Erfahrung mit der Herstellung und Verabreichung von Monotop-RNA gab, also RNA die für ein Epitop kodiert, war eine wichtige Fragestellungen, inwieweit Oligotope, welche die mutierten Sequenzen sequentiell durch Linker verbunden als Fusionsprotein kodieren, Immunantworten induzieren können. Hierzu wurden Pentatope mit variierender Position des einzelnen Epitopes hinsichtlich ihrer in vivo induzierten T-Zellreaktivitäten charakterisiert. Die Experimente zeigten, dass es möglich ist, unabhängig von der Position im Pentatop eine Immunantwort gegen ein Epitop zu induzieren. Des weiteren wurde beobachtet, dass die induzierten T-Zellfrequenzen nach Pentatop Vakzinierung im Vergleich zur Nutzung von Monotopen signifikant gesteigert werden kann.rnZusammenfassend wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit präklinisch erstmalig nachgewiesen, dass nicht-synonyme Mutationen eine numerisch relevante Quelle von Zielstrukturen für die anti-tumorale Immuntherapie darstellen. Überraschenderweise zeigte sich eine dominante Induktion MHC-II restringierter Immunantworten, welche partiell in der Lage waren massive Tumorabstoßungsreaktionen zu induzieren. Im Sinne einer Translation der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein RNA basiertes Oligotop-Format etabliert, welches Eingang in die klinische Testung des Konzeptes fand.rn

ENU-induced phenovariance in mice: inferences from 587 mutations

Background We present a compendium of N-ethyl-N-nitrosourea (ENU)-induced mouse mutations, identified in our laboratory over a period of 10 years either on the basis of phenotype or whole genome and/or whole exome sequencing, and archived in the Mutagenetix database. Our purpose is threefold: 1) to formally describe many point mutations, including those that were not previously disclosed in peer-reviewed publications; 2) to assess the characteristics of these mutations; and 3) to estimate the likelihood that a missense mutation induced by ENU will create a detectable phenotype. Findings In the context of an ENU mutagenesis program for C57BL/6J mice, a total of 185 phenotypes were tracked to mutations in 129 genes. In addition, 402 incidental mutations were identified and predicted to affect 390 genes. As previously reported, ENU shows strand asymmetry in its induction of mutations, particularly favoring T to A rather than A to T in the sense strand of coding regions and splice junctions. Some amino acid substitutions are far more likely to be damaging than others, and some are far more likely to be observed. Indeed, from among a total of 494 non-synonymous coding mutations, ENU was observed to create only 114 of the 182 possible amino acid substitutions that single base changes can achieve. Based on differences in overt null allele frequencies observed in phenotypic vs. non-phenotypic mutation sets, we infer that ENU-induced missense mutations create detectable phenotype only about 1 in 4.7 times. While the remaining mutations may not be functionally neutral, they are, on average, beneath the limits of detection of the phenotypic assays we applied. Conclusions Collectively, these mutations add to our understanding of the chemical specificity of ENU, the types of amino acid substitutions it creates, and its efficiency in causing phenovariance. Our data support the validity of computational algorithms for the prediction of damage caused by amino acid substitutions, and may lead to refined predictions as to whether specific amino acid changes are responsible for observed phenotypes. These data form the basis for closer in silico estimations of the number of genes mutated to a state of phenovariance by ENU within a population of G3 mice.

Identification of a SIRT1 mutation in a family with type 1 diabetes.

Type 1 diabetes is caused by autoimmune-mediated β cell destruction leading to insulin deficiency. The histone deacetylase SIRT1 plays an essential role in modulating several age-related diseases. Here we describe a family carrying a mutation in the SIRT1 gene, in which all five affected members developed an autoimmune disorder: four developed type 1 diabetes, and one developed ulcerative colitis. Initially, a 26-year-old man was diagnosed with the typical features of type 1 diabetes, including lean body mass, autoantibodies, T cell reactivity to β cell antigens, and a rapid dependence on insulin. Direct and exome sequencing identified the presence of a T-to-C exchange in exon 1 of SIRT1, corresponding to a leucine-to-proline mutation at residue 107. Expression of SIRT1-L107P in insulin-producing cells resulted in overproduction of nitric oxide, cytokines, and chemokines. These observations identify a role for SIRT1 in human autoimmunity and unveil a monogenic form of type 1 diabetes.

NGS Nominated CELA1, HSPG2, and KCNK5 as Candidate Genes for Predisposition to Balkan Endemic Nephropathy

Balkan endemic nephropathy (BEN) is a familial chronic tubulointerstitial disease with insidious onset and slow progression leading to terminal renal failure. The results of molecular biological investigations propose that BEN is a multifactorial disease with genetic predisposition to environmental risk agents. Exome sequencing of 22 000 genes with Illumina Nextera Exome Enrichment Kit was performed on 22 DNA samples (11 Bulgarian patients and 11 Serbian patients). Software analysis was performed via NextGene, Provean, and PolyPhen. The frequency of all annotated genetic variants with deleterious/damaging effect was compared with those of European populations. Then we focused on nonannotated variants (with no data available about them and not found in healthy Bulgarian controls). There is no statistically significant difference between annotated variants in BEN patients and European populations. From nonannotated variants with more than 40% frequency in both patients' groups, we nominated 3 genes with possible deleterious/damaging variants-CELA1, HSPG2, and KCNK5. Mutant genes (CELA1, HSPG2, and KCNK5) in BEN patients encode proteins involved in basement membrane/extracellular matrix and vascular tone, tightly connected to process of angiogenesis. We suggest that an abnormal process of angiogenesis plays a key role in the molecular pathogenesis of BEN.

Deficiency of ECHS1 causes mitochondrial encephalopathy with cardiac involvement.

OBJECTIVE Short-chain enoyl-CoA hydratase (ECHS1) is a multifunctional mitochondrial matrix enzyme that is involved in the oxidation of fatty acids and essential amino acids such as valine. Here, we describe the broad phenotypic spectrum and pathobiochemistry of individuals with autosomal-recessive ECHS1 deficiency. METHODS Using exome sequencing, we identified ten unrelated individuals carrying compound heterozygous or homozygous mutations in ECHS1. Functional investigations in patient-derived fibroblast cell lines included immunoblotting, enzyme activity measurement, and a palmitate loading assay. RESULTS Patients showed a heterogeneous phenotype with disease onset in the first year of life and course ranging from neonatal death to survival into adulthood. The most prominent clinical features were encephalopathy (10/10), deafness (9/9), epilepsy (6/9), optic atrophy (6/10), and cardiomyopathy (4/10). Serum lactate was elevated and brain magnetic resonance imaging showed white matter changes or a Leigh-like pattern resembling disorders of mitochondrial energy metabolism. Analysis of patients' fibroblast cell lines (6/10) provided further evidence for the pathogenicity of the respective mutations by showing reduced ECHS1 protein levels and reduced 2-enoyl-CoA hydratase activity. While serum acylcarnitine profiles were largely normal, in vitro palmitate loading of patient fibroblasts revealed increased butyrylcarnitine, unmasking the functional defect in mitochondrial β-oxidation of short-chain fatty acids. Urinary excretion of 2-methyl-2,3-dihydroxybutyrate - a potential derivative of acryloyl-CoA in the valine catabolic pathway - was significantly increased, indicating impaired valine oxidation. INTERPRETATION In conclusion, we define the phenotypic spectrum of a new syndrome caused by ECHS1 deficiency. We speculate that both the β-oxidation defect and the block in l-valine metabolism, with accumulation of toxic methacrylyl-CoA and acryloyl-CoA, contribute to the disorder that may be amenable to metabolic treatment approaches.

Deletion of exon 8 from the EXT1 gene causes multiple osteochondromas (MO) in a family with three affected members.

Multiple osteochondromas (also called hereditary multiple exostoses) is an autosomal dominant disorder characterized by multiple cartilaginous tumors, which are caused by mutations in the genes for exostosin-1 (EXT1) and exostosin-2 (EXT2). The goal of this study was to elucidate the genetic alterations in a family with three affected members. Isolation of RNA from the patients' blood followed by reverse transcription and PCR amplification of selected fragments showed that the three patients lack a specific region of 90 bp from their EXT1 mRNA. This region corresponds to the sequence of exon 8 from the EXT1 gene. No splice site mutation was found around exon 8. However, long-range PCR amplification of the region from intron 7 to intron 8 indicated that the three patients contain a deletion of 4318 bp, which includes exon 8 and part of the flanking introns. There is evidence that the deletion was caused by non-homologous end joining because the breakpoints are not located within a repetitive element, but contain multiple copies of the deletion hotspot sequence TGRRKM. Exon 8 encodes part of the active site of the EXT1 enzyme, including the DXD signature of all UDP-sugar glycosyltransferases. It is conceivable that the mutant protein exerts a dominant negative effect on the activity of the EXT glycosyltransferase since it might interact with normal copies of the enzyme to form an inactive hetero-oligomeric complex. We suggest that sequencing of RNA might be superior to exome sequencing to detect short deletions of a single exon.

Identification of genes associated with quantitative traits involved in cardiovascular disease and lipoprotein metabolism

Cardiovascular disease (CVD) is a threat to public health. It has been reported to be the leading cause of death in United States. The invention of next generation sequencing (NGS) technology has revolutionized the biomedical research. To investigate NGS data of CVD related quantitative traits would contribute to address the unknown etiology and disease mechanism of CVD. NHLBI's Exome Sequencing Project (ESP) contains CVD related phenotypes and their associated NGS exomes sequence data. Initially, a subset of next generation sequencing data consisting of 13 CVD-related quantitative traits was investigated. Only 6 traits, systolic blood pressure (SBP), diastolic blood pressure (DBP), height, platelet counts, waist circumference, and weight, were analyzed by functional linear model (FLM) and 7 currently existing methods. FLM outperformed all currently existing methods by identifying the highest number of significant genes and had identified 96, 139, 756, 1162, 1106, and 298 genes associated with SBP, DBP, Height, Platelet, Waist, and Weight respectively. ^

Mutações inativadoras no gene MKRN3 são causa de puberdade precoce central familial

A maioria dos casos de puberdade precoce central (PPC) em meninas permanece idiopática. A hipótese de uma causa genética vem se fortalecendo após a descoberta de alguns genes associados a este fenótipo, sobretudo aqueles implicados com o sistema kisspeptina (KISS1 e KISS1R). Entretanto, apenas casos isolados de PPC foram relacionados à mutação na kisspeptina ou em seu receptor. Até recentemente, a maioria dos estudos genéticos em PPC buscava genes candidatos selecionados com base em modelos animais, análise genética de pacientes com hipogonadismo hipogonadotrófico, ou ainda, nos estudos de associação ampla do genoma. Neste trabalho, foi utilizado o sequenciamento exômico global, uma metodologia mais moderna de sequenciamento, para identificar variantes associadas ao fenótipo de PPC. Trinta e seis indivíduos com a forma de PPC familial (19 famílias) e 213 casos aparentemente esporádicos foram inicialmente selecionados. A forma familial foi definida pela presença de mais de um membro afetado na família. DNA genômico foi extraído dos leucócitos do sangue periférico de todos os pacientes. O estudo de sequenciamento exômico global realizado pela técnica ILLUMINA, em 40 membros de 15 famílias com PPC, identificou mutações inativadoras em um único gene, MKRN3, em cinco dessas famílias. Pesquisa de mutação no MKRN3 realizada por sequenciamento direto em duas famílias adicionais (quatro pacientes) identificou duas novas variantes nesse gene. O MKRN3 é um gene de um único éxon, localizado no cromossomo 15 em uma região crítica para a síndrome de Prader Willi. O gene MKRN3 sofre imprinting materno, sendo expresso apenas pelo alelo paterno. A descoberta de mutações em pacientes com PPC familial despertou o interesse para a pesquisa de mutações nesse gene em 213 pacientes com PPC aparentemente esporádica por meio de reação em cadeia de polimerase seguida de purificação enzimática e sequenciamento automático direto (Sanger). Três novas mutações e duas já anteriormente identificadas, incluindo quatro frameshifts e uma variante missense, foram encontradas, em heterozigose, em seis meninas não relacionadas. Todas as novas variantes identificadas estavam ausentes nos bancos de dados (1000 Genomes e Exome Variant Server). O estudo de segregação familial em três dessas meninas com PPC aparentemente esporádica e mutação no MKRN3 confirmou o padrão de herança autossômica dominante com penetrância completa e transmissão exclusiva pelo alelo paterno, demonstrando que esses casos eram, na verdade, também familiares. A maioria das mutações encontradas no MKRN3 era do tipo frameshift ou nonsense, levando a stop códons prematuros e proteínas truncadas e, portanto, confirmando a associação com o fenótipo. As duas mutações missenses (p.Arg365Ser e p.Phe417Ile) identificadas estavam localizadas em regiões de dedo ou anel de zinco, importantes para a função da proteína. Além disso, os estudos in silico dessas duas variantes demonstraram patogenicidade. Todos os pacientes com mutação no MKRN3 apresentavam características clínicas e hormonais típicas de ativação prematura do eixo reprodutivo. A mediana de idade de início da puberdade foi de 6 anos nas meninas (variando de 3 a 6,5) e 8 anos nos meninos (variando de 5,9 a 8,5). Tendo em vista o fenômeno de imprinting, análise de metilação foi também realizada em um subgrupo de 52 pacientes com PPC pela técnica de MS-MLPA, mas não foram encontradas alterações no padrão de metilação. Em conclusão, este trabalho identificou um novo gene associado ao fenótipo de PPC. Atualmente, mutações inativadoras no MKRN3 representam a causa genética mais comum de PPC familial (33%). O MKRN3 é o primeiro gene imprintado associado a distúrbios puberais em humanos. O mecanismo preciso de ação desse gene na regulação da secreção de GnRH necessita de estudos adicionais

Investigation du rôle de Myo9b dans la migration des interneurones GABAergiques corticaux

Les encéphalopathies épileptogènes sont des maladies graves de l’enfance associant une épilepsie, souvent réfractaire, et un retard de développement. Les mécanismes sous-tendant ces maladies sont peu connus. Cependant, nous postulons que ces épilepsies puissent être causées par une dysfonction du réseau inhibiteur. En effet, des défauts de migration ou de maturation des interneurones GABAergiques (INs) corticaux induisent l’épilepsie, tant chez l’humain que chez la souris. Dans le but d’étudier les causes génétiques des encéphalopathies épileptogènes sporadiques inexpliquées, le laboratoire de la Dre Rossignol a procédé au séquençage d’exome entier d’une cohorte d’enfants atteints. Cela a permis d’identifier, chez un patient, une nouvelle mutation de novo, possiblement pathogène, dans le gène MYO9b. MYO9b est impliqué dans la migration de cellules immunitaires et cancéreuses et est exprimée durant le développement cérébral. Nous émettons l’hypothèse voulant que MYO9b puisse être importante pour la migration des INs corticaux. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent que Myo9b est exprimé dès le stade embryonnaire par les progéniteurs des INs corticaux et que son expression se restreint aux INs dans le cortex mature. De plus, nous démontrons que la répression ex vivo de Myo9b sélectivement dans les INs au sein de tranches corticales organotypiques embryonnaires mène à des défauts morphologiques majeurs de ces cellules en migration. En effet, ces cellules présentent une morphologie multipolaire et des neurites rostraux plus longs et plus complexes. Ces changements morphologiques pourraient avoir un impact majeur sur la migration des INs et ainsi perturber le développement des réseaux inhibiteurs.

Understanding Ten-Eleven Translocation-2 in Hematological and Nervous Systems

I proposed the study of two distinct aspects of Ten-Eleven Translocation 2 (TET2) protein for understanding specific functions in different body systems. In Part I, I characterized the molecular mechanisms of Tet2 in the hematological system. As the second member of Ten-Eleven Translocation protein family, TET2 is frequently mutated in leukemic patients. Previous studies have shown that the TET2 mutations frequently occur in 20% myelodysplastic syndrome/myeloproliferative neoplasm (MDS/MPN), 10% T-cell lymphoma leukemia and 2% B-cell lymphoma leukemia. Genetic mouse models also display distinct phenotypes of various types of hematological malignancies. I performed 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) and RNA sequencing (RNA-Seq) of hematopoietic stem/progenitor cells to determine whether the deletion of Tet2 can affect the abundance of 5hmC at myeloid, T-cell and B-cell specific gene transcription start sites, which ultimately result in various hematological malignancies. Subsequent Exome sequencing (Exome-Seq) showed that disease-specific genes are mutated in different types of tumors, which suggests that TET2 may protect the genome from being mutated. The direct interaction between TET2 and Mutator S Homolog 6 (MSH6) protein suggests TET2 is involved in DNA mismatch repair. Finally, in vivo mismatch repair studies show that the loss of Tet2 causes a mutator phenotype. Taken together, my data indicate that TET2 binds to MSH6 to protect genome integrity. In Part II, I intended to better understand the role of Tet2 in the nervous system. 5-hydroxymethylcytosine regulates epigenetic modification during neurodevelopment and aging. Thus, Tet2 may play a critical role in regulating adult neurogenesis. To examine the physiological significance of Tet2 in the nervous system, I first showed that the deletion of Tet2 reduces the 5hmC levels in neural stem cells. Mice lacking Tet2 show abnormal hippocampal neurogenesis along with 5hmC alternations at different gene promoters and corresponding gene expression downregulation. Through the luciferase reporter assay, two neural factors Neurogenic differentiation 1 (NeuroD1) and Glial fibrillary acidic protein (Gfap) were down-regulated in Tet2 knockout cells. My results suggest that Tet2 regulates neural stem/progenitor cell proliferation and differentiation in adult brain.