The role of complex chromosome translocations in leukemia

Resumo A tumorigénese é um processo de transformação celular que se desenrola tipicamente em várias etapas. Os diferentes níveis de evolução tumoral resultam da acumulação sucessiva de mutações genéticas numa célula normal que lhe conferem uma vantagem selectiva no respectivo meio tecidular. As mutações podem manifestar-se sob a forma de alterações nucleotídicas pontuais ao nível da sequência de DNA, levando a uma desregulação da função proteíca ou à formação de proteínas não-funcionais, ou através de alterações cromossómicas numéricas ou estruturais. Na leucemia, por exemplo, os genes híbridos que resultam de translocações cromossómicas desempenham um importante papel no processo tumorigénico. Estes genes são transcritos sob a forma de um RNA mensageiro de fusão, o qual é traduzido numa proteína híbrida com função oncogénica. Frequentemente, os subtipos de doença leucémica estão associados com translocações cromossómicas que envolvem 2 pontos de quebra recorrentes e específicos. É disto exemplo a leucemia mielóide crónica, em que uma translocação recíproca entre os cromossomas 9 e 22 conduz à formação de um gene de fusão BCR-ABL1. Em diferentes subtipos de doença, existe também uma pequena proporção de casos que apresenta translocações cromossómicas complexas, que envolvem um ou mais pontos de quebra adicionais em outras localizações genómicas além das que estão implicadas na formação dos genes de fusão. Por vezes, os pontos de quebra estão também associados a delecções extensas de material genético que se pensa terem uma função importante na tumorigénese. No entanto, o papel destas regiões genómicas no desenvolvimento tumoral não tem sido um motivo recorrente de estudo. Neste contexto, o objectivo desta dissertação foi o de determinar o potencial papel tumorigénico de alterações génicas adicionais ocorridas nos pontos de quebra de translocações cromossómicas complexas. Para a prossecução do objectivo proposto, foram estudados 5 rearranjos cromossómicos distintos associados com diferentes tipos de doença hematológica maligna, nomeadamente a leucemia linfoblástica aguda de células B (2 casos), leucemia mielóide aguda, neoplasma mieloproliferativo e síndrome mielodisplásico/neoplasma ieloproliferativo, não classificável. O mapeamento dos pontos de quebra foi efectuado utilizando a hibridação fluorescente in situ e diferentes metodologias de biologia molecular, tendo como base a informação inicial da análise citogenética. Em casos seleccionados, o papel dos novos genes candidatos foi avaliado in vitro utilizando modelos de linhas celulares, nomeadamente no que respeita às funções de controlo da proliferação celular e de regulação transcricional. De entre os 5 casos estudados, quatro deles evidenciaram translocações complexas envolvendo 3 cromossomas, nomeadamente t(12;21;5)(p13;q22;q13), t(12;6;15)(p13;p24~25;q22), t(9;11;19)(p22;q23;p13) e t(X;20;16)(p11;q13;q23). No caso remanescente, foi observada uma translocação dicêntrica dic(9;12)(p11;p11) acompanhada de delecções extensas em ambos os pontos de quebra. Nos casos com t(12;21;5) e t(9;11;19) as translocações estavam associadas com a presença de genes de fusão recorrentes, nomeadamente TV6(12p13)-RUNX1(21q22) e TLL(11q23)-MLLT3(9p22), indicando que se tratavam de rearranjos complexos das translocações t(12;21) e t(9;11) associadas com a leucemia linfoblástica aguda de células B e a leucemia mielóide aguda, respectivamente. O papel dos pontos de quebra adicionais foi estudado em detalhe no caso com t(9;11;19). Através da metodologia de long distance inverse-polymerase chain reaction, foram identificados os pontos de quebra na sequência de DNA dos 3 cromossomas envolvidos na translocação. Além dos pontos de quebra nos genes MLL e MLLT3, foi observado que o local de quebra no cromossoma 19 interrompeu a sequência de um novo gene, designado CCDC94,conduzindo à sua haplo-insuficiência nas células com t(9;11;19). Através de ensaios de reverse transcription-polymerase chain reaction verificámos que o gene CCDC94 é expresso ubiquitariamente em tecidos humanos normais. A análise informática da sequência prevista da proteína CCDC94 indicou uma elevada identidade de aminoácidos com a proteína cwf16, envolvida na regulação do ciclo celular da levedura Schizosaccharomyces pombe. Através da clonagem do DNA complementar de CCDC94 em vectores de expressão, e após a transfecção destes em culturas de linhas celulares in vitro, observámos que este gene codifica uma proteína de localização exclusivamente nuclear. A expressão ectópica da proteína CCDC94 diminuiu a progressão do ciclo celular e a proliferação das células em cultura. Inversamente, a supressão do transcrito do gene CCDC94 através de interferência de RNA conduziu a um aumento significativo da proliferação celular, confirmando que CCDC94 regula negativamente a proliferação e a progressão do ciclo celular. Estes resultados mostram que os pontos de quebra adicionais, presentes em translocações cromossómicas complexas em leucemia, podem resultar na haplo-insuficiência de genes controladores dos mecanismos proliferativos, cooperando desta forma com a acção das proteínas de fusão para proporcionar ao clone leucémico uma proliferação celular descontrolada. Nos restantes 3 casos estudados não foram identificados genes de fusão. Ao invés, todos aqueles apresentaram delecções de extensão variável associadas com os pontos de quebra cromossómicos. No caso com t(12;6;15), identificámos uma delecção de 1.2 megabases de DNA na banda 12p13 que resultou na eliminação de 9 genes incluindo ETV6 e CDKN1B. O gene ETV6 codifica um factor de transcrição que é essencial para a formação das diferentes linhagens hematopoiéticas na medula óssea, enquanto CDKN1B é traduzido numa proteína responsável por bloquear a entrada das células na fase G1 do ciclo celular e,consequentemente, por travar a proliferação celular. Neste contexto, os resultados obtidos indicam que a perda simultânea de ETV6 e de CDKN1B, através de uma translocação cromossómica complexa, constituiu uma acção cooperativa na leucemogénese. A mesma noção pode aplicar-se ao caso com dic(9;12), no qual pelo menos 2 genes que codificam para factores de transcrição importantes na linhagem hematopoiética, PAX5 no cromossoma 9 e ETV6 no cromossoma 12, estavam deleccionados como resultado do rearranjo cromossómico. Dado que o factor de transcrição PAX5 regula negativamente a expressão do gene FLT3, que desempenha uma função pró-proliferativa, é expectável que a haplo-insuficiência de PAX5 no caso com dic(9;12) terá tido como consequência uma elevação dos níveis de expressão de FLT3, contribuindo deste modo para uma proliferação celular aumentada. A t(X;20;16) foi identificada num doente com trombocitémia essencial (TE), uma doença que está intimamente relacionada com alterações de vias intracelulares reguladas por citocinas. Neste caso, através da utilização de um array genómico, identificámos a presença de pequenas delecções associadas com os pontos de quebra nos cromossomas 16 e 20. No cromossoma 16 apenas um gene, MAF, estava deleccionado, enquanto no cromossoma 20 a delecção tinha abrangido 3 genes. Dos genes deleccionados, dois deles, NFATC2 (20q13) e MAF (16q23), codificam proteínas que operam como reguladores transcricionais de citocinas hematopoiéticas. Dado que NFATC2 se localiza numa região que constitui um alvo frequente de delecções em neoplasmas ieloproliferativos, incluindo a trombocitémia essencial,efectuámos um estudo detalhado do papel deste gene na proliferação megacariocítica e na regulação da expressão de uma citocina hematopoiética (GM-CSF), implicada na maturação das diferentes linhagens mielóides. Utilizando um modelo de linha celular de trombocitémia essencial, verificámos que a supressão do transcrito do gene NFATC2 in vitro, por interferência de RNA, estava associada com um aumento da proliferação celular. Em concordância, o bloqueio da activação da proteína NFATC2 através de um inibidor específico da sua interacção com a calcineurina, conduziu a um aumento da proliferação celular in vitro. Utilizando a PCR quantitativa em tempo real, detectou-se um aumento da produção do RNA de GM-CSF em ambos os ensaios celulares, indicando que o factor de transcrição NFATC2 pode regular negativamente a expressão de GM-CSF em células de trombocitémia essencial. No geral, estes resultados mostram que a redução dos níveis fisiológicos do transcrito NFATC2, ou a redução da respectiva actividade proteica, estão relacionados com a proliferação de megacariocitos através do aumento da produção de GM-CSF. De acordo com estes resultados, verificámos que as células dos doentes com TE apresentam níveis mais baixos do transcrito NFATC2 do que a população normal. Dado que o factor de transcrição MAF desempenha igualmente um papel como regular transcricional de citocinas, é plausível que a haplo-insuficiência dos genes NFATC2 e MAF, resultante do rearranjo cromossómico complexo t(X;20;16), teve um efeito cooperativo importante na patogénese da trombocitémia essencial através da alteração do padrão normal de expressão das citocinas hematopoiéticas. Em síntese, efectuámos nesta dissertação um estudo citogenético de 4 translocações cromossómicas complexas incluindo t(12;21;5), t(12;6;15), t(9;11;19) e t(X;20;16), e de uma translocação dicêntrica dic(9;12), associadas com diferentes neoplasmas hematológicos. Em casos seleccionados efectuámos também um estudo molecular detalhado das regiões dos pontos de quebra. Esta análise permitiu-nos identificar 2 genes, CCDC94 no cromossoma 19 e NFATC2 no cromossoma 20, cuja haplo-insuficiência pode promover o aumento da proliferação celular das células leucémicas. A partir destes estudos podem ser retiradas 2 noções principais: (i) Os pontos de quebra adicionais, que ocorrem em translocações complexas associadas com a formação de genes de fusão, podem ter como consequência a desregulação de genes controladores da proliferação celular (e.g., CCDC94); (ii) As translocações complexas caracterizadas pela ausência de genes de fusão recorrentes poderão estar preferencialmente associadas com a presença de delecções, envolvendo um ou mais genes, nos pontos de quebra; nestas situações, serão necessários pelo menos 2 genes com funções celulares semelhantes (e.g., NFATC2 e MAF) ou complementares (e.g., ETV6 e CDKN1B) para, quando deleccionados, promoverem de forma cooperativa a leucemogénese. Nestes termos, o modelo de alterações genéticas sequenciais que caracteriza o desenvolvimento do cancro pode ser substituído por um modelo em que vários genes-alvo são simultaneamente desregulados pela formação de uma translocação cromossómica complexa, evitando deste modo a necessidade de ocorrência de alterações genéticas subsequentes.----------------------ABSTRACT: Tumourigenesis is a multistep process which results from the accumulation of successive genetic mutations in a normal cell. In leukemia for instance, recurrent translocations play a part in this process by generating fusion genes which lead to the production of hybrid proteins with an oncogenic role. However, a minor subset of chromosomal translocations referred to as complex or variant involves extra breakpoints at variable genome locations in addition to those implicated in the formation of fusion genes. We aimed to describe in this work the role, if any, of genes located at extra breakpoint locations or which are affected by breakpoint-adjacent deletions through the study of 5 leukemia patients.Two of the patients presented with TV6(12p13)-RUNX1(21q22) and MLL(11q23)- MLLT3(9p22) fusion genes as a result of a t(12;21;5) and a t(9;11;19), respectively. Detailed molecular characterization of the extra breakpoint at chromosome 19 in the latter case revealed that a novel ubiquitously expressed gene, CCDC94, with a potential role in cell cycle regulation, was disrupted by the breakpoint. We demonstrated using in vitro cellular assays that this gene codifies for a nuclear protein which negatively regulates cell cycle progression. These data shows that extra breakpoint locations of complex translocations may result in haplo-insufficiency of critical proliferation genes, thereby cooperating with the generation of hybrid proteins to provide unrestrained cell proliferation. In the other 3 patients there were reakpoint-associated deletions which precluded the formation of putative fusion genes. In a case with a t(12;6;15) we characterized a deletion at 12p13 which eliminated ETV6 and 8 other genes including CDKN1B. These findings indicate that concomitant loss of ETV6 and CDKN1B, which encodes a cyclin-dependent kinase inhibitor responsible for blocking entry of cells into the G1 phase of the cell cycle, acted cooperatively to promote leukemogenic proliferation. The same notion applied to a case with a dic(9;12) in which 2 genes encoding hematopoietic transcription factors - ETV6 and PAX5 (9p13)- were deleted as a result of breakpoint-adjacent deletions. Similarly, we found that 2 transcription factor genes involved in the regulation of cytokine expression, NFATC2 (20q13) and MAF (16q23), were involved in deletions contiguous to the breakpoints in a patient with a t(X;20;16). In vitro suppression of NFATC2 mRNA or inhibiton of NFATC2 protein activity enhanced cell proliferation as a result of an increase in the production of a myeloid-lineage stimulating hematopoietic cytokine, GM-CSF. These results suggest that haplo-insufficiency of NFATC2 and MAF genes had a cooperative effect in inducing cell proliferation as a result of a disregulation of cytokine production. Two main conclusions may be drawn from our studies: (i) In complex translocations associated with the production of fusion genes, additional breakpoints may cooperate in tumourigenesis by targeting genes that control cell proliferation; (ii) In complex translocations associated with small breakpoint-adjacent deletions, at least 2 genes with similar or complementary functions need to be deregulated to promote tumourigenesis.

Metals in proteins from sulphate-reducing bacteria: adenylate kinase and ATP sulfurylase. Proteins containing cobalt, zinc, iron (II) ions

A Thesis submitted at the Faculty Science and Technology of the New University of Lisbon for a degree in Doctor of Philosophy in Biochemistry with specialization in Physical Biochemistry

Juvenile Parkinson disease caused by parkin mutations: large deletions and pathogenic mechanisms

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

An Extension of Estimation of Domain of Attraction for Fractional Order Linear System Subject to Saturation Control

This paper employs the Lyapunov direct method for the stability analysis of fractional order linear systems subject to input saturation. A new stability condition based on saturation function is adopted for estimating the domain of attraction via ellipsoid approach. To further improve this estimation, the auxiliary feedback is also supported by the concept of stability region. The advantages of the proposed method are twofold: (1) it is straightforward to handle the problem both in analysis and design because of using Lyapunov method, (2) the estimation leads to less conservative results. A numerical example illustrates the feasibility of the proposed method.

Towards the Certification of Multicore Platforms in the Avionics Domain

Poster presented in Work in Progress Session, The 28th GI/ITG International Conference on Architecture of Computing Systems (ARCS 2015). 24 to 27, Mar, 2015. Porto, Portugal.

Cobalt-, zinc- and iron-bound forms of adenylate kinase (AK) from the sulfate-reducing bacterium Desulfovibrio gigas: purification, crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis

Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. 2009 Sep 1;65(Pt 9):926-9

Towards the Certification of Multicore Platforms in the Avionics Domain

Presented at Work in Progress Session, The 28th GI/ITG International Conference on Architecture of Computing Systems (ARCS 2015). 24 to 27, Mar, 2015. Porto, Portugal.

Interactional strategies between terminologist and domain specialist. Putting order into our universe: the concept of Blended Learning

A presente comunicação visa discutir as mais-valias de um desenho metodológico sustentado numa abordagem conceptual da Terminologia aplicado ao exercício de harmonização da definição do cenário educativo mais promissor do Ensino Superior actual: o blended learning. Sendo a Terminologia uma disciplina que se ocupa da representação, da descrição e da definição do conhecimento especializado através da língua a essência deste domínio do saber responde a uma necessidade fundamental da sociedade actual: putting order into our universe, nas palavras de Nuopponen (2011). No contexto descrito, os conceitos, enquanto elementos da estrutura do conhecimento (Sager, 1990) constituem um objecto de investigação de complexidade não despicienda, pois apesar do postulado de que a língua constitui uma ferramenta fundamental para descrever e organizar o conhecimento, o princípio isomórfico não pode ser tomado como adquirido. A abordagem conceptual em Terminologia propõe uma visão precisa do papel da língua no trabalho terminológico, sendo premissa basilar que não existe uma correspondência unívoca entre os elementos atomísticos do conhecimento e os elementos da expressão linguística. É pela razões enunciadas que as opções metodológicas circunscritas à análise do texto de especialidade serão consideradas imprecisas. Nesta reflexão perspectiva-se que o conceito-chave de uma abordagem conceptual do trabalho terminológico implica a combinação de um processo de elicitação do conhecimento tácito através de uma negociação discursiva orientada para o conceito e a análise de corpora textuais. Defende-se consequentemente que as estratégias de interacção entre terminólogo e especialista de domínio merecem atenção detalhada pelo facto de se reflectirem com expressividade na qualidade dos resultados obtidos. Na sequência do exposto, o modelo metodológico que propomos sustenta-se em três etapas que privilegiam um refinamento dessa interacção permitindo ao terminólogo afirmar-se como sujeito conceptualizador, decisor e interventor: (1) etapa exploratória do domínio-objecto de estudo; (2) etapa de análise onamasiológica de evidência textual e discursiva; (3) etapa de modelização e de validação de resultados. Defender-se-á a produtividade de uma sequência cíclica entre a análise textual e discursiva para fins onomasiológicos, a interacção colaborativa e a introspecção.

The Spectrum of Mutations and Molecular Pathogenesis of Hemophilia A in 181 Portuguese Patients

Disease-causing alterations within the F8 gene were identified in 177 hemophilia A families of Portuguese origin. The spectrum of non-inversion F8 mutations in 101 families included 67 different alterations, namely: 36 missense, 8 nonsense and 4 splice site mutations, as well as 19 insertions/deletions. Thirty-four of these mutations are novel. Molecular modeling allowed prediction of the conformational changes introduced by selected amino acid substitutions and their correlation with the patients' phenotypes. The relatively frequent, population-specific, missense mutations together with de novo alterations can lead to significant differences in the spectrum of F8 mutations among different populations.

Acellular and "low" pertussis vaccines: adverse events and the role of mutations

Objective: to discuss the current PAHO recommendation that does not support the substitution of traditional cellular DTP vaccine by acellular DTP, and the role of mutations, in humans, as the main cause of rare adverse events, such as epileptic-like convulsions, triggered by pertussis vaccine. Data review: the main components related to toxic effects of cellular pertussis vaccines are the lipopolysaccharide of bacterial cell wall and pertussis toxin. The removal of part of lipopolysaccharide layer has allowed the creation of a safer cellular pertussis vaccine, with costs comparable to the traditional cellular vaccine, and which may be a substitute for the acellular vaccine. Conclusion: The new methodology introduced by Instituto Butantan allows for the development of a new safer pertussis vaccine with low LPS content (Plow), and the use of the lipopolysaccharide obtained in the process in the production of monophosphoryl lipid A. This component has shown potent adjuvant effect when administered together with influenza inactivated vaccine, making possible to reduce the antigen dose, enhancing the production capacity and lowering costs.

Characterization of a Hepatitis B virus strain in southwestern Paraná, Brazil, presenting mutations previously associated with anti-HBs Resistance

The present study investigated if hepatitis B virus (HBV) mutants circulate in the southwestern region of the State of Paraná, Brazil, by analyzing samples from children who received immunoprophylaxis but were born to HBV carrier mothers. Samples from 25 children were screened for HBV serum markers and for HBV DNA by PCR. Only one sample was positive for HBsAg, anti-HBs and HBV DNA, although the child had been vaccinated. Analysis of the S gene sequence of this sample showed the presence of a proline at position 105, a serine at position 114, three threonines at positions 115, 116 and 140, and a glutamine at position 129. The presence of these amino acids, except for serine at position 114, has been related to monoclonal or polyclonal therapy with anti-HBs after liver transplantation, whereas the presence of threonine at position 116 has been described in immunized children from Singapore. This finding demonstrates the possible circulation of HBV strains resistant to hepatitis B immunoprophylaxis in southwestern Paraná, Brazil. The genotype of the sample was identified as genotype D, which is frequently found in the region studied. Since 36% of the children had received incomplete or no immunoprophylaxis, more extensive follow-up of children born to HBsAg-positive mothers is needed.

Atypical Phenotype in Two Patients with LAMA2 Mutations

Congenital muscular dystrophy type 1A is caused by mutations in the LAMA2 gene, which encodes the a2-chain of laminin. We report two patients with partial laminin-a2 deficiency and atypical phenotypes, one with almost exclusive central nervous system involvement (cognitive impairment and refractory epilepsy) and the second with marked cardiac dysfunction, rigid spine syndrome and limb-girdle weakness. Patients underwent clinical, histopathological, imaging and genetic studies. Both cases have two heterozygous LAMA2 variants sharing a potentially pathogenic missense mutation c.2461A>C (p.Thr821Pro) located in exon 18. Brain MRI was instrumental for the diagnosis, since muscular examination and motor achievements were normal in the first patient and there was a severe cardiac involvement in the second. The clinical phenotype of the patients is markedly different which could in part be explained by the different combination of mutations types (two missense versus a missense and a truncating mutation).

MOLECULAR SURVEILLANCE OF Plasmodium vivax AND Plasmodium falciparum DHFR MUTATIONS IN ISOLATES FROM SOUTHERN IRAN

In Iran, both Plasmodium vivax and P. falciparum malaria have been detected, but P. vivax is the predominant species. Point mutations in dihydrofolate reductase (dhfr) gene in both Plasmodia are the major mechanisms of pyrimethamine resistance. From April 2007 to June 2009, a total of 134 blood samples in two endemic areas of southern Iran were collected from patients infected with P. vivax and P. falciparum. The isolates were analyzed for P. vivax dihydrofolate reductase (pvdhfr) and P. falciparum dihydrofolate reductase (pfdhfr) point mutations using various PCR-based methods. The majority of the isolates (72.9%) had wild type amino acids at five codons of pvdhfr. Amongst mutant isolates, the most common pvdhfr alleles were double mutant in 58 and 117 amino acids (58R-117N). Triple mutation in 57, 58, and 117 amino acids (57L/58R/117N) was identified for the first time in the pvdhfr gene of Iranian P. vivax isolates. All the P. falciparumsamples analyzed (n = 16) possessed a double mutant pfdhfrallele (59R/108N) and retained a wild-type mutation at position 51. This may be attributed to the fact that the falciparum malaria patients were treated using sulfadoxine-pyrimethamine (SP) in Iran. The presence of mutant haplotypes in P. vivax is worrying, but has not yet reached an alarming threshold regarding drugs such as SP. The results of this study reinforce the importance of performing a molecular surveillance by means of a continuous chemoresistance assessment.