Este estudo teve como objetivos (a) identificar mecanismos pelos quais rearranjos cromossômicos citogeneticamente equilibrados possam estar associados de maneira causal a determinados quadros clínicos e (b) contribuir para a compreensão dos mecanismos de formação desses rearranjos. Para isso, foram estudados 45 rearranjos cromossômicos citogeneticamente equilibrados (29 translocações, 10 inversões e seis rearranjos complexos), detectados em pacientes que apresentavam malformações congênitas, comprometimento do desenvolvimento neuropsicomotor ou déficit intelectual. Foram 31 rearranjos cromossômicos esporádicos, três familiais que segregavam com o quadro clínico e mais 11 rearranjos cromossômicos herdados de genitores fenotipicamente normais. Inicialmente os pontos de quebra desses rearranjos foram mapeados por hibridação in situ fluorescente (FISH). A busca por microdeleções e duplicações genômicas foi realizada por a-CGH. A investigação dos pontos de quebra prosseguiu com a aplicação da técnica de Mate-Pair Sequencing (MPS), que permite localizar as quebras em segmentos de 100 pb - 1 kb, na maioria dos casos. Para obter os segmentos de junção das quebras no nível de pares de bases, os segmentos delimitados por MPS foram sequenciados pelo método de Sanger. A análise por aCGH revelou microdeleções ou microduplicações localizadas nos cromossomos rearranjados, em 12 dos 45 pacientes investigados (27%). A análise de 27 rearranjos por MPS permitiu a caracterização dos pontos de junção das quebras. MPS expandiu o número de pontos de quebra, detectados por análise do cariótipo ou aCGH, de 114 para 156 (em resolução < 2kb, na maioria dos casos). O número de pontos de quebra/rearranjo variou de 2 a 20. Os 156 pontos de quebra resultaram em 86 variantes estruturais equilibradas e outras 32 variantes não equilibradas. Perdas e ganhos de segmentos submiscroscópicos nos cromossomos rearranjados constituíram a principal causa ou, provavelmente, contribuíram para o quadro clínico de 12 dos 45 pacientes. Em cinco desses 12 rearranjos foram detectadas por MPS a interrupção de genes já relacionados à doença, ou provável alteração de sua região reguladora, contribundo para o quadro clínico. Em quatro dos 33 rearranjos não associados a perdas ou ganhos de segmentos, a análise por MPS revelou a interrupção de genes que já foram anteriormente relacionados a doenças, explicando-se, assim, as características clínicas dos portadores; outro rearranjo pode ter levando alteração da expressão gênica de gene sensível a dosagem e ao quadro clínico. Um rearranjo cromossômico familial, identificado na análise após bandamento G como uma translocação equilibrada, t(2;22)(p14;q12), segregava com quadro de atraso do desenvolvimento neuropsicomotor e dificuldade de aprendizado associados a dismorfismos. A combinação das análises por FISH, aCGH e MPS revelou que se tratava, na verdade, de rearranjo complexo entre os cromossomos 2, 5 e 22, incluindo 10 quebras. A segregação de diferentes desequilíbrios submicroscópicos em indivíduos afetados e clinicamente normais permitiu a compreensão da variabilidade clínica observada na família. Rearranjos equilibrados detectados em indivíduos afetados, mas herdados de genitores clinicamente normais, são, em geral, considerados como não tendo relação com o quadro clínico, apesar da possibilidade de desequilíbrios cromossômicos gerados por permuta desigual na meiose do genitor portador do rearranjo. Neste trabalho, a investigação de 11 desses rearranjos por aCGH não revelou perdas ou ganhos de segmentos nos cromossomos rearranjados. No entanto, a análise por aCGH da portadora de um desses rearranjos - inv(12)mat - revelou deleção de 8,7 Mb no cromossomo 8, como causa de seu fenótipo clínico. Essa deleção estava relacionada com outro rearranjo equilibrado também presente em sua mãe, independente da inversão. Para compreender os mecanismos de formação de rearranjos citogeneticamente equilibrados, investigamos os segmentos de junção no nível de pares de base. A análise por MPS que levou, na maioria dos casos, ao mapeamento dos pontos de quebras em segmentos <1kb permitiu o sequenciamento pelo método de Sanger de 51 segmentos de junções de 17 rearranjos. A ocorrência de blunt fusions ou inserções e deleções <10 pb, e a ausência de homologia ou a presença de micro homologia de 2 pb a 4 pb de extensão indicaram o mecanismo de junção de extremidades não homólogas (non-homologous end joinging; NHEJ), na maioria das 51 junções caracterizadas. As características de três dos quatro rearranjos mais complexos, com 17-20 quebras, indicaram sua formação pelo mecanismo de chromothripsis. Este estudo mostra a importância da análise genômica de variações de número de cópias por microarray, juntamente com o mapeamento dos pontos de quebra por MPS, para determinar a estrutura de rearranjos cromossômicos citogeneticamente equilibrados e seu impacto clínico. O mapeamento dos segmentos de junção por MPS, permitindo o sequenciamento pelo método de Sanger, foi essencial para a compreensão de mecanismos de formação desses rearranjos / This study aimed at (a) identifying causative mechanisms of clinical features in carriers of karyotypically balanced chromosomal rearrangements (BCRs), and (b) disclosing the mechanisms of formation of these chromosomal rearrangements. Forty-five BCRs - 29 translocations, 10 inversions and six complex rearrangements, detected in patients with intellectual disability, developmental delay and/or congenital malformations were investigated. Thirty-one rearrangements were de novo, three were familial and segregated with the clinical phenotype, and 11 BCRs were inherited from phenotypically normal parents. Initially, the breakpoints of the rearrangements were mapped by using fluorescence in situ hybridization (FISH), and the presence of cryptic genomic imbalances was investigated by array comparative genomic hybridization (a-CGH). Breakpoint-containing segments were narrowed down to approximately 100 pb - 1 kb, by using NGS-based mate-pair-sequencing (MPS). In order to investigate breakpoint junctions at the nucleotide level, breakpoint segments delimited by MPS were Sanger sequenced. De novo microimbalances on the rearranged chromosomes were detected by aCGH in 12 out of the 45 patients investigated (27%). MPS of 27 BCRs expanded the number of breakpoints, previously detected by karyotyping and aCGH, from 114 to 156 (breakpoint resolution < 2 kb, in most cases). The number of breakpoints/BCR ranged from 2 to 20. The 156 breakpoints resulted in 86 balanced and 32 unbalanced sample-specific structural variations (SVs). In 12 out of the 45 patients investigated by aCGH, microimbalaces on the rearranged chromosomes were responsible or likely contributed to the clinical features observed in the carriers. In five of these 12 rearrangements, truncated known disease genes or their regulatory regions also contributed to the clinical phenotype. MPS analysis revealed four out of the 33 rearrangements not associated with microimbalaces, truncated known disease genes, thus explaining clinical features of carriers. Another balanced rearrangement might have truncated the regulatory region of a dosage sensitive gene, thus disturbing gene expression and leading to the clinical features of the carrier. A karyotypically balanced translocation t(2;22)(p13;q12.2) associated with variable learning disabilities and dysmorphisms, was detected in six individuals in a three-generation family. Combined a-CGH, FISH and MPS revealed a ten-break complex rearrangement, also involving chromosome 5. As the consequence of the segregation of the derivative chromosomes der(2), der(5) and der(22), different microimbalances were present in affected and clinically normal family members, thus contributing to the clinical variability. Although, historically, BCRs inherited from phenotypically normal parents have not been considered as causally associated with clinical features of carriers, cryptic microimbalances on the rearranged chromosome have been reported that explained the clinical features of the affected carriers. In 11 such inherited BCRs ascertained through affected individuals, which were investigated in this work by using aCGH, no microimbalances were detected on the chromosomes involved. However, aCGH analysis in an affected girl, who carried an inv(12)mat, detected a likely pathogenic 8.7 Mb deletion on chromosome 8. This deleted chromosome derived from another maternal balanced rearrangement, not related to the inversion. In order to investigate mechanisms of BCR formation, breakpoint junctions, mapped at intervals of approximately 1 kb by MPS, were narrowed down to the nucleotide level by Sanger sequencing. Fifty-one breakpoint junctions (BPJs) from 17 BCRs (nine translocations, three inversions and five complex rearrangements) were sequenced. The occurrence of blunt fusions or <10 bp deletions, insertions or duplications in the majority of the 51 BPJs, and the absence of homology or the presence of just 2 bp to 4 bp microhomology indicated non-homologous end joining (NHEJ). In three of the four most complex BCRs (17 to 20 breaks) indicated chromothripsis as the mechanism underlying their formation. This study illustrates the importance of combining copy number variation analysis by microarray and breakpoint mapping by MPS, to determine the structure of karyotypically balanced chromosomal rearrangements, and to unravel their clinical impact. Mapping the breakpoint-junctions by MPS, followed by Sanger sequencing, was fundamental to determine the mechanism of formation of these rearrangements