Tuberous sclerosis complex (TSC) is an autosomal dominant disorder caused by pathogenic variants in either TSC1 or TSC2 tumor suppressor genes. It affects more often the brain, skin, kidneys, heart, lungs, and retina. The protein products of both genes, TSC1 (hamartin) and TSC2 (tuberin), interact, assembling a complex that inhibits mTORC1. Cells with bi-allelic inactivation of either TSC1 or TSC2 genes present hyperactivation of mTORC1, which phosphorylates downstream targets, up-regulating cell proliferation and growth. Moreover, a functional role as heat-shock protein (HSP) co-chaperone has been assigned to TSC1 protein. The first aim of the thesis was to analyze the nature, distribution and functional effects of TSC1 and TSC2 DNA variants from 100 patients with definite clinical diagnosis of TSC. We analyzed leukocyte DNA of 115 TSC patients from three Brazilian tertiary referral hospitals. Pathogenic DNA variants were detected in 99 (86,09%) unrelated individuals; 17 (17,17%) in TSC1 and 82 (82,82%) in TSC2. Clear loss-of-function mutations were detected in 87 patients, of which frameshift (29.29%) and nonsense (29.29%) variants were the most common types. In- frame deletions, missense and putative splicing DNA variants with uncertain clinical significance (VUS) have been functionally assessed. Five variants significantly increased phosphorylation of the reporter residue S6K Thr 389 . Forty-one novel pathogenic DNA variants and 19 novel single nucleotide variants have been detected. Among the 11 individuals with no mutation identified, seven presented rare putative missense, splicing or in- frame deletion DNA VUS. To understand the regulatory relationship of TSC1/2 gene expression, we aimed to evaluate TSC1 and TSC2 mRNA and protein levels in human cell lines with bi-allelic inactivation of each gene. We employed high throughput transcriptome analysis (RNA-Seq) and Western blotting of HEK293T and other six HEK293T-derived cell lines that had the genomic sequence of the TSC1 and or TSC2 genes edited by the CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats)-CAS9 system. In lack of either TSC1 or TSC2 protein, a significant reduction of the respective mRNA was observed, inferring no positive transcriptional feedback. Serum-deprived cell lines without TSC1 decreased TSC2 mRNA levels. Under these conditions, TSC1 mRNA levels were not negatively affected by the lack of TSC2. In one cell line with loss of TSC1 (1C2) TSC1/2 mRNA and TSC2 protein levels were consistently decreased independently on serum. RNA-Seq gene ontology analyses comparing 1C2 to HEK293T reference cell line disclosed down-regulation of translational pathways independently on serum; and up-regulation of protein folding and stability pathways upon serum withdrawal. Our data are consistent with the role of TSC1 as HSP co-chaperone, and suggest that TSC1 mRNA may be regulated at both transcriptional and decay levels / O complexo de esclerose tuberosa (TSC) é um distúrbio autossômico dominante causado por variantes patogênicas em um de dois genes supressores de tumor TSC1 ou TSC2. Afeta mais frequentemente o cérebro, a pele, os rins, o coração, os pulmões e a retina. Os produtos proteicos de ambos os genes, TSC1 (hamartina) e TSC2 (tuberina), interagem formando um complexo que inibe o mTORC1. As células com inactivação bi- alélica dos genes TSC1 ou TSC2 apresentam hiperactivação de mTORC1, que fosforila alvos a jusante, regulando positivamente a proliferação e o crescimento celular. Além disso, o papel funcional da co-chaperona da proteína de choque térmico (HSP) foi atribuído à proteína TSC1. O primeiro objetivo dessa tese foi analisar a natureza, distribuição e os efeitos funcionais das variantes de DNA de TSC1 e TSC2 de 100 pacientes com diagnóstico clínico definitivo de TSC. Analisamos o DNA de leucócitos de 115 pacientes com TSC de três hospitais brasileiros de referência. Variantes de DNA patogênico foram detectadas em 99 (86,09%) indivíduos não relacionados; 17 (17,17%) em TSC1 e 82 (82,82%) em TSC2. Mutações de perda de função foram detectadas em 87 pacientes, dos quais as variantes frameshift (29,29%) e nonsense (29,29%) foram os tipos mais comuns. Deleções in-frame, variantes missense e variantes de splicing com significância clínica incerta (VUS) foram avaliadas funcionalmente. Cinco variantes aumentaram significativamente a fosforilação do resíduo repórter S6K Thr 389 . Quarenta e uma novas variantes de DNA patogênico e 19 novas variantes de nucleotídeo único foram detectadas. Entre os 11 indivíduos sem mutação identificada, sete apresentaram variantes raras missense, splicing ou deleções in-frame do tipo VUS. Para entender a relação regulatória da expressão do gene TSC1/2, tivemos com segundo objetivo avaliar os níveis de mRNA e proteína de TSC1 e TSC2 em linhagens de células humanas com inativação bi-alélica de cada gene. Empregamos uma análise de transcriptoma de alto rendimento (RNA-Seq) e Western blotting de HEK293T e outras seis linhagens celulares derivadas de HEK293T que possuíam a sequência genomica dos genes TSC1 e/ou TSC2 editados por CRISPR- CAS9. Na falta da proteína TSC1 ou TSC2, foi observada uma redução significativa do respectivo mRNA, inferindo ausência de feedback transcricional positivo. Linhagens celulares privadas de soro TSC1 -/- diminuíram os níveis de mRNA de TSC2. Sob estas condições, os níveis de mRNA de TSC1 não foram afetados negativamente pela falta de TSC2. Numa linhagem celular com a perda de TSC1 (1C2), os RNAm de TSC1/2 e os níveis de proteína de TSC2 foram consistentemente diminuídos independentemente no soro. Análise de RNA-Seq comparando a linhagens celular de 1C2 com a referência HEK293T revelou uma regulação negativa de vias de tradução independentemente no soro; e supra-regulação das vias de enrolamento e estabilidade das proteínas após a retirada do soro. Nossos dados são consistentes com o papel do TSC1 como co-chaperona de HSP, e sugerem que o mRNA de TSC1 pode ser regulador nos níveis de transcrição

O complexo da esclerose tuberosa (TSC) é um transtorno genético, sistêmico, com expressividade variável e herança autossômica dominante. Clinicamente manifesta-se devido ao desenvolvimento de hamartomas e hamártias em diferentes tecidos, principalmente no cérebro, rins, coração, pele e pulmões, podendo causar disfunção do órgão. Mutação em um de dois genes supressores tumorais, TSC1 ou TSC2, são responsáveis pelo TSC. Os genes TSC1 e TSC2 codificam para hamartina e tuberina, respectivamente. Ambas as proteínas interagem fisicamente formando um complexo citosólico que inibe mTOR (mammalian target of rapamycin). Testes moleculares para TSC1 e TSC2 são úteis para auxiliar no diagnóstico de casos clínicos difíceis, em aconselhamento genético e estudos de associação genótipo-fenotípica, além de permitirem a caracterização molecular de mecanismos patogenéticos da formação dos hamartomas e análises funcionais de seus produtos gênicos. Apesar de o diagnóstico de TSC ser basicamente clínico, a partir da revisão de seus critérios em 2012 por um grupo de especialistas, o achado de uma mutação em TSC1 ou TSC2 passou a ser considerado suficiente para o diagnóstico definitivo da doença. O estudo apresentado aqui é parte de um projeto em andamento para estabelecer condições ao desenvolvimento de análise de mutações causadoras de TSC nos genes TSC1 e TSC2. Nosso objetivo neste trabalho foi avaliar por sequenciamento de Sanger o DNA genômico de 28 pacientes brasileiros com diagnóstico definitivo de TSC, procedentes dos estados de São Paulo ou Paraná, tendo como alvo a sequência codificadora do gene TSC1, parte de seus segmentos intrônicos, o promotor basal, bem como o segmento imediatamente a 5\' deste. Sete pacientes (25%) apresentaram mutações de sentido trocado (nonsense) ou com deslocamento da leitura à tradução (frameshift) no gene TSC1. Entre 31 outras variantes de DNA encontradas, 23 são polimorfismos conhecidos e oito apresentaram frequência inferior a 1%, como verificado in silico entre mais de mil sequências de genomas humanos. Entre essas oito variantes de DNA novas ou raras, quatro foram detectadas em pacientes para os quais uma mutação patogênica havia sido identificada e, por isso, foram reclassificadas como polimorfismos. Duas e uma variantes de DNA do mesmo paciente flanqueavam um sítio de ligação em potencial para um fator de transcrição específico, a 5\' do promotor basal de TSC1. Por fim, uma nova variante de DNA na região não codificadora do éxon 2 do gene TSC1 foi predita com potencial para alterar um elemento candidato a acentuador de splicing. Em resumo, como observado em estudos anteriores, descrevemos aqui 25% dos pacientes com TSC apresentando mutações patogênicas na sequência codificadora do gene TSC1. Nossos dados mostraram quatro novas variantes de DNA em regiões potencialmente reguladoras da expressão do gene TSC1, que podem revelar-se como mutações patogênicas e, portanto, necessitam ser testadas experimentalmente / Tuberous sclerosis complex (TSC) is a multisystem disorder, with variable expression and autosomal dominant inheritance. Clinically it is due to hamartia and hamartoma development in different tissues, notably in the brain, kidneys, heart, skin and lungs, causing organ dysfunction. Mutations in either tumor suppressor gene, TSC1 or TSC2, are responsible for TSC. TSC1 and TSC2 genes code for hamartin and tuberin, respectively. Both proteins physically interact forming a cytosolic complex that inhibits the mammalian target of rapamycin (mTOR). TSC1 and TSC2 molecular testing has been useful in diagnosing clinically challenging cases, in genetic counseling and genotype/phenotype association studies, besides evaluation of the molecular basis of hamartoma formation and functional analyses of both gene products. Although TSC diagnosis is basically clinical, since the 2012 specialist panel review the finding of a TSC1 or TSC2 mutation has been considered sufficient for the definite diagnosis of the disease. The results presented here are part of an ongoing project to establish conditions for TSC1 and TSC2 mutation studies. Our first aim is to evaluate by Sanger sequencing TSC1 coding sequence, and an average of 132 base pairs of intronic regions next to exon boundaries from TSC patients, in addition to the gene core promoter. We present preliminary results of a sample of 28 patients with definite TSC diagnosis, from São Paulo and Paraná states. Seven patients (25%) displayed TSC1 nonsense or frameshift mutations. Among 31 other DNA variants identified, 23 were known polymorphisms, and eight had frequencies below 1% as verified in silico among more than a thousand human genomes. Out of eight novel or rare DNA variants, four were detected in patients for whom a pathogenic mutation had been found. Two and one additional DNA point variants from the same patient flanked a putative transcription factor binding site. Finally, a novel DNA variant residing in the TSC1 noncoding exon 2 was predicted to change the sequence potential to behave as a splicing enhancer. In summary, similar to previous studies, we describe 25% of TSC patients with mutations in the TSC1 coding sequence. Differently from other reports, our data disclose four novel DNA variants in TSC1 potentially regulatory regions that are likely to unravel novel pathogenic mutations, and thus need to be experimentally tested

O complexo da esclerose tuberosa (TSC) é um transtorno genético, sistêmico, com expressividade variável e herança autossômica dominante. Clinicamente manifesta-se devido ao desenvolvimento de hamartomas e hamártias em diferentes tecidos, principalmente no cérebro, rins, coração, pele e pulmões, podendo causar disfunção do órgão. Mutação em um de dois genes supressores tumorais, TSC1 ou TSC2, são responsáveis pelo TSC. Os genes TSC1 e TSC2 codificam para hamartina e tuberina, respectivamente. Ambas as proteínas interagem fisicamente formando um complexo citosólico que inibe mTOR (mammalian target of rapamycin). Testes moleculares para TSC1 e TSC2 são úteis para auxiliar no diagnóstico de casos clínicos difíceis, em aconselhamento genético e estudos de associação genótipo-fenotípica, além de permitirem a caracterização molecular de mecanismos patogenéticos da formação dos hamartomas e análises funcionais de seus produtos gênicos. Apesar de o diagnóstico de TSC ser basicamente clínico, a partir da revisão de seus critérios em 2012 por um grupo de especialistas, o achado de uma mutação em TSC1 ou TSC2 passou a ser considerado suficiente para o diagnóstico definitivo da doença. O estudo apresentado aqui é parte de um projeto em andamento para estabelecer condições ao desenvolvimento de análise de mutações causadoras de TSC nos genes TSC1 e TSC2. Nosso objetivo neste trabalho foi avaliar por sequenciamento de Sanger o DNA genômico de 28 pacientes brasileiros com diagnóstico definitivo de TSC, procedentes dos estados de São Paulo ou Paraná, tendo como alvo a sequência codificadora do gene TSC1, parte de seus segmentos intrônicos, o promotor basal, bem como o segmento imediatamente a 5\' deste. Sete pacientes (25%) apresentaram mutações de sentido trocado (nonsense) ou com deslocamento da leitura à tradução (frameshift) no gene TSC1. Entre 31 outras variantes de DNA encontradas, 23 são polimorfismos conhecidos e oito apresentaram frequência inferior a 1%, como verificado in silico entre mais de mil sequências de genomas humanos. Entre essas oito variantes de DNA novas ou raras, quatro foram detectadas em pacientes para os quais uma mutação patogênica havia sido identificada e, por isso, foram reclassificadas como polimorfismos. Duas e uma variantes de DNA do mesmo paciente flanqueavam um sítio de ligação em potencial para um fator de transcrição específico, a 5\' do promotor basal de TSC1. Por fim, uma nova variante de DNA na região não codificadora do éxon 2 do gene TSC1 foi predita com potencial para alterar um elemento candidato a acentuador de splicing. Em resumo, como observado em estudos anteriores, descrevemos aqui 25% dos pacientes com TSC apresentando mutações patogênicas na sequência codificadora do gene TSC1. Nossos dados mostraram quatro novas variantes de DNA em regiões potencialmente reguladoras da expressão do gene TSC1, que podem revelar-se como mutações patogênicas e, portanto, necessitam ser testadas experimentalmente / Tuberous sclerosis complex (TSC) is a multisystem disorder, with variable expression and autosomal dominant inheritance. Clinically it is due to hamartia and hamartoma development in different tissues, notably in the brain, kidneys, heart, skin and lungs, causing organ dysfunction. Mutations in either tumor suppressor gene, TSC1 or TSC2, are responsible for TSC. TSC1 and TSC2 genes code for hamartin and tuberin, respectively. Both proteins physically interact forming a cytosolic complex that inhibits the mammalian target of rapamycin (mTOR). TSC1 and TSC2 molecular testing has been useful in diagnosing clinically challenging cases, in genetic counseling and genotype/phenotype association studies, besides evaluation of the molecular basis of hamartoma formation and functional analyses of both gene products. Although TSC diagnosis is basically clinical, since the 2012 specialist panel review the finding of a TSC1 or TSC2 mutation has been considered sufficient for the definite diagnosis of the disease. The results presented here are part of an ongoing project to establish conditions for TSC1 and TSC2 mutation studies. Our first aim is to evaluate by Sanger sequencing TSC1 coding sequence, and an average of 132 base pairs of intronic regions next to exon boundaries from TSC patients, in addition to the gene core promoter. We present preliminary results of a sample of 28 patients with definite TSC diagnosis, from São Paulo and Paraná states. Seven patients (25%) displayed TSC1 nonsense or frameshift mutations. Among 31 other DNA variants identified, 23 were known polymorphisms, and eight had frequencies below 1% as verified in silico among more than a thousand human genomes. Out of eight novel or rare DNA variants, four were detected in patients for whom a pathogenic mutation had been found. Two and one additional DNA point variants from the same patient flanked a putative transcription factor binding site. Finally, a novel DNA variant residing in the TSC1 noncoding exon 2 was predicted to change the sequence potential to behave as a splicing enhancer. In summary, similar to previous studies, we describe 25% of TSC patients with mutations in the TSC1 coding sequence. Differently from other reports, our data disclose four novel DNA variants in TSC1 potentially regulatory regions that are likely to unravel novel pathogenic mutations, and thus need to be experimentally tested