Les médulloblastomes (MB) sont les tumeurs cérébrales les plus fréquentes en pédiatrie. Ils apparaissent le plus souvent au niveau du cervelet. Ils peuvent être stratifiés en quatre groupes : les groupes WNT et SHH, où ces voies de signalisation sont altérées, et les groupes 3 et 4, présentant des anomalies chromosomiques et amplifications multiples, dont c-Myc (groupe 3) et N-Myc (groupe 4). L’une des altérations génétiques les plus retrouvées dans les MB est la surexpression du facteur de transcription OTX2. Ce facteur est exprimé dans les précurseurs des cellules granulaires (GCP) du cervelet, cellules d’origine de la majorité des MB. Pendant la période périnatale, les GCP subissent une phase de prolifération très intense en réponse au mitogène Sonic Hedgehog (SHH), ce qui les rendrait particulièrement sensibles à la tumorigenèse. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressé à la fonction d’Otx2 dans ces GCP. Nous avons montré que l’ablation conditionnelle d’Otx2 conduit à un défaut de prolifération des ces cellules. L’analyse approfondie de ce phénotype a permis de révéler qu’Otx2 stimule la prolifération des GCP parallèlement à la voie de signalisation Shh. Par ailleurs, l’ablation d’Otx2 dans un modèle murin mimant la formation de MB Shh-dépendants a montré qu’Otx2 s’avère indispensable pour leur maintien à long terme. En parallèle, nous avons tenté de créer un nouveau modèle murin mimant la formation de MB de groupe 3 en induisant l’expression, pendant la période postnatale, d’un dominant actif de c-Myc dans les cellules exprimant Otx2. Cette approche a donné des résultats inattendus : des carcinomes de plexus choroïdes, et non des MB, ont été obtenus. / Medulloblastomas (MB) are the most common brain tumors in paediatrics. They appear during development in the posterior part of the brain, mainly in cerebellum. MB can be stratified in four groups: the WNT and SHH groups, where these signalling pathways are aberrantly activated, and the groups 3 and 4, which display chromosomal abnormalities and multiple amplifications, including c-Myc (group 3) and N-Myc (group 4). One of the most frequent genetic alterations in MB is the overexpression of the Otx2 transcription factor (in 75% of cases). This factor, which is essential for central nervous system development, is expressed in granule cell precursors (GCP) of the cerebellum, which represent the cell of origin of the majority of MB. During the perinatal period, GCPs undergo intense proliferation in response to Sonic Hedgegog (SHH), making them particularly susceptible to tumorigenesis. During this thesis, we were interested in examining the function of Otx2 in GCPs. We have shown that conditional ablation of Otx2 leads to a GCP proliferation defect and that Otx2 stimulates the proliferation of these cells independently of the Shh signaling pathway. Moreover, ablation of Otx2 in a mice model of Shh-dependent medulloblastomas yielded very interesting results: while Otx2 does not seem to be required for the initiation of these tumors, it is essential for their long-term maintenance. In parallel, we tried to create a new murine model for the MB group 3 by inducing the expression, during the postnatal period, of an active dominant of c-Myc in cells expressing Otx2. This approach yielded unexpected results: choroid plexus carcinomas, instead of MB, were obtained.

INTRODUÇÃO: O meduloblastoma, tumor maligno do Sistema Nervoso Central mais comum em crianças, foi inicialmente descrito de forma uniforme em 1925 por Bailey e Harvey Cushing. A despeito do avanço diagnóstico e terapêutico, os índices de morbimortalidade persistem altos. Grupos epidemiologicamente semelhantes podem ter desfechos diferentes, e evoluções desfavoráveis ocorrem em pacientes com marcadores de bom prognóstico. Os avanços nas pesquisas em biologia molecular procuram explicar os diferentes comportamentos da doença, e de forma sistemática, buscam identificar genes que sirvam como alvos terapêuticos, já que o tratamento disponível atualmente ainda é bastante insatisfatório e com muitos efeitos colaterais. Simeone e colaboradores identificaram os genes OTX1 e OTX2, presentes em humanos, e cuja função é organizar, compartimentalizar e hierarquizar a formação do sistema nervoso central, especialmente o cerebelo. Os genes OTX1 e OTX2 são expressos no tecido cerebelar em humanos até a nona semana de vida extra-uterina, exclusivamente. Os mesmos autores também identificaram que os mesmos genes são alvo terapêutico do ácido transretinóico, que inibe a expressão gênica. Estudos prévios demonstraram a expressão dos genes OTX1 e OTX2 em meduloblastomas, o que torna o ácido uma potencial terapêutica para estes tumores, assim como os genes OTX1 e OTX2 potenciais alvos para desenvolvimento de novas drogas terapêuticas. OBJETIVOS: Estudar a prevalência dos genes OTX1 e OTX2 em uma amostra de 60 pacientes, e estabelecer correlações entre a expressão gênica e aspectos clínicos, patológicos e de evolução. CASUÍSTICA E MÉTODO: Realizada análise retrospectiva de 60 pacientes com diagnóstico meduloblastoma, operados no Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, e no Hospital do Câncer de Barretos. Organizado um banco de dados de 60 pacientes contendo dados da expressão gênica dos genes OTX1 e OTX2 (obtida através da técnica de PCR em tempo real) e dados clínico-epidemiológicos. Realizados testes estatísticos para se estabelecer correlação entre dados clínico-patológicos e de expressão gênica. RESULTADOS: O gene OTX1 foi expresso em 52% da população estudada, e tal expressão variou com a idade (sendo maior em adultos), localização (preferência por hemisfério) e tipo histológico (desmoplásico). O gene OTX2 foi expresso em 62% da população estudada, e tal expressão variou com a idade (sendo maior quanto menor a faixa etária), localização (preferência por vérmis) e tipo histológico (clássico). Houve correlação estatística entre a expressão do gene OTX2 e o desenvolvimento de metástases leptomeníngeas. CONCLUSÕES: Na população estudada, a expressão dos genes OTX1 e OTX2 corrobora a impressão de seu papel importante na patogênese dos meduloblastomas, e é dependente da idade do paciente, da localização tumoral e do tipo histológico. Dada a sensibilidade do gene ao ácido transretinóico, a identificação deste perfil populacional pode significar no futuro novas perspectivas de tratamento. / INTRODUCTION: Medulloblastoma, the most common malignant tumor of the central nervous system in children, was first uniformly described in 1925 by Bailey and Harvey Cushing. Despite the diagnostic and therapeutic advances, the morbidity and mortality rates remain high. Epidemiologically similar groups may have different outcomes, and adverse developments occur in patients with markers of good prognosis. Advances in molecular biology research seeks to explain the different behaviors of the disease, and consistently seek to identify genes that serve as drug targets, since the treatment currently available is still unsatisfactory and with many side effects. Simeone and colleagues identified genes OTX1 and OTX2 in humans, and whose function is to organize, prioritize and compartmentalize the formation of the central nervous system, especially the cerebellum. OTX1 and OTX2 genes are expressed in cerebellar tissue in humans until the ninth week of extra uterine life, exclusively. The same authors also found that the same genes are therapeutic target of trans-retinoic acid, which inhibits gene expression. Previous studies have demonstrated the expression of OTX1 and OTX2 genes in medulloblastomas, which makes the acid a potential therapy for these tumors, as well as the genes OTX2 and OTX1 potential targets for developing new therapeutic drugs. OBJECTIVES: To study the prevalence of OTX1 and OTX2 genes in a sample of 60 patients, and to establish correlations between gene expression and clinical, pathological and follow up aspects. CASUISTICS AND METHODS: A retrospective analysis of 60 patients diagnosed with medulloblastoma, assisted at Hospital of the Faculty of Medicine, University of São Paulo, and the Cancer Hospital of Barretos. Organized a database of 60 patients which contains the gene expression of OTX1 and OTX2 genes (obtained through the technique of real-time PCR) and clinical and epidemiological data. Performed statistical tests to establish a correlation between clinical-pathological and gene expression. RESULTS: The OTX1 gene was expressed in 52% of the population studied, and such expression varied with age (being higher in adults), location (preferably by hemisphere) and histology (desmoplastic). The OTX2 gene was expressed in 62% of the studied population, and such expression varied with age (being higher the younger the age group), location (preferably vermis) and histological type (classical). A statistical correlation between the expression of OTX2 gene and development of leptomeningeal metastases was observed. CONCLUSIONS: In the studied population, the expression of OTX1 and OTX2 genes corroborates the impression of his role in the pathogenesis of medulloblastomas, and is dependent on patient age, tumor location and histological type. Given the sensitivity of the gene-trans retinoic acid, the identification of the population profile in the future will represent new opportunities for treatment.

INTRODUÇÃO: O meduloblastoma, tumor maligno do Sistema Nervoso Central mais comum em crianças, foi inicialmente descrito de forma uniforme em 1925 por Bailey e Harvey Cushing. A despeito do avanço diagnóstico e terapêutico, os índices de morbimortalidade persistem altos. Grupos epidemiologicamente semelhantes podem ter desfechos diferentes, e evoluções desfavoráveis ocorrem em pacientes com marcadores de bom prognóstico. Os avanços nas pesquisas em biologia molecular procuram explicar os diferentes comportamentos da doença, e de forma sistemática, buscam identificar genes que sirvam como alvos terapêuticos, já que o tratamento disponível atualmente ainda é bastante insatisfatório e com muitos efeitos colaterais. Simeone e colaboradores identificaram os genes OTX1 e OTX2, presentes em humanos, e cuja função é organizar, compartimentalizar e hierarquizar a formação do sistema nervoso central, especialmente o cerebelo. Os genes OTX1 e OTX2 são expressos no tecido cerebelar em humanos até a nona semana de vida extra-uterina, exclusivamente. Os mesmos autores também identificaram que os mesmos genes são alvo terapêutico do ácido transretinóico, que inibe a expressão gênica. Estudos prévios demonstraram a expressão dos genes OTX1 e OTX2 em meduloblastomas, o que torna o ácido uma potencial terapêutica para estes tumores, assim como os genes OTX1 e OTX2 potenciais alvos para desenvolvimento de novas drogas terapêuticas. OBJETIVOS: Estudar a prevalência dos genes OTX1 e OTX2 em uma amostra de 60 pacientes, e estabelecer correlações entre a expressão gênica e aspectos clínicos, patológicos e de evolução. CASUÍSTICA E MÉTODO: Realizada análise retrospectiva de 60 pacientes com diagnóstico meduloblastoma, operados no Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, e no Hospital do Câncer de Barretos. Organizado um banco de dados de 60 pacientes contendo dados da expressão gênica dos genes OTX1 e OTX2 (obtida através da técnica de PCR em tempo real) e dados clínico-epidemiológicos. Realizados testes estatísticos para se estabelecer correlação entre dados clínico-patológicos e de expressão gênica. RESULTADOS: O gene OTX1 foi expresso em 52% da população estudada, e tal expressão variou com a idade (sendo maior em adultos), localização (preferência por hemisfério) e tipo histológico (desmoplásico). O gene OTX2 foi expresso em 62% da população estudada, e tal expressão variou com a idade (sendo maior quanto menor a faixa etária), localização (preferência por vérmis) e tipo histológico (clássico). Houve correlação estatística entre a expressão do gene OTX2 e o desenvolvimento de metástases leptomeníngeas. CONCLUSÕES: Na população estudada, a expressão dos genes OTX1 e OTX2 corrobora a impressão de seu papel importante na patogênese dos meduloblastomas, e é dependente da idade do paciente, da localização tumoral e do tipo histológico. Dada a sensibilidade do gene ao ácido transretinóico, a identificação deste perfil populacional pode significar no futuro novas perspectivas de tratamento. / INTRODUCTION: Medulloblastoma, the most common malignant tumor of the central nervous system in children, was first uniformly described in 1925 by Bailey and Harvey Cushing. Despite the diagnostic and therapeutic advances, the morbidity and mortality rates remain high. Epidemiologically similar groups may have different outcomes, and adverse developments occur in patients with markers of good prognosis. Advances in molecular biology research seeks to explain the different behaviors of the disease, and consistently seek to identify genes that serve as drug targets, since the treatment currently available is still unsatisfactory and with many side effects. Simeone and colleagues identified genes OTX1 and OTX2 in humans, and whose function is to organize, prioritize and compartmentalize the formation of the central nervous system, especially the cerebellum. OTX1 and OTX2 genes are expressed in cerebellar tissue in humans until the ninth week of extra uterine life, exclusively. The same authors also found that the same genes are therapeutic target of trans-retinoic acid, which inhibits gene expression. Previous studies have demonstrated the expression of OTX1 and OTX2 genes in medulloblastomas, which makes the acid a potential therapy for these tumors, as well as the genes OTX2 and OTX1 potential targets for developing new therapeutic drugs. OBJECTIVES: To study the prevalence of OTX1 and OTX2 genes in a sample of 60 patients, and to establish correlations between gene expression and clinical, pathological and follow up aspects. CASUISTICS AND METHODS: A retrospective analysis of 60 patients diagnosed with medulloblastoma, assisted at Hospital of the Faculty of Medicine, University of São Paulo, and the Cancer Hospital of Barretos. Organized a database of 60 patients which contains the gene expression of OTX1 and OTX2 genes (obtained through the technique of real-time PCR) and clinical and epidemiological data. Performed statistical tests to establish a correlation between clinical-pathological and gene expression. RESULTS: The OTX1 gene was expressed in 52% of the population studied, and such expression varied with age (being higher in adults), location (preferably by hemisphere) and histology (desmoplastic). The OTX2 gene was expressed in 62% of the studied population, and such expression varied with age (being higher the younger the age group), location (preferably vermis) and histological type (classical). A statistical correlation between the expression of OTX2 gene and development of leptomeningeal metastases was observed. CONCLUSIONS: In the studied population, the expression of OTX1 and OTX2 genes corroborates the impression of his role in the pathogenesis of medulloblastomas, and is dependent on patient age, tumor location and histological type. Given the sensitivity of the gene-trans retinoic acid, the identification of the population profile in the future will represent new opportunities for treatment.

Colobomas are a type of eye defect characterized by the presence of a hole in certain eye structures. In this study, the roles of the zebrafish Otx genes, otx2 and otx1a, as well as the Rx family gene, rx3, in choroid fissure closure, the disruption of which leads to the onset of colobomas, were studied. It was observed that while the otx2 loss-of-function mutant, otx2hu3237 displayed small colobomas and the otx1a mutant, otx1a6del, did not exhibit any morphological eye defects, zebrafish possessing both mutations presented with a range of colobomas, some of which were more severe than otx2 single mutants and the size of the coloboma corresponded with the gene dosage of otx1a. Furthermore, it was also observed that additional knockdown of otx1b using morpholinos worsened the coloboma phenotype. Moreover, it was observed that rx3, while involved in RPE pigmentation, does not contribute to choroid fissure closure. Additionally, it appears that otx2 does not affect the rudimentary lens formation which is seen in loss-of-function rx3 mutants, i.e., eyeless mutants.

Pendant le développement postnatal du cortex cérébral visuel, l'homéoprotéine Otx2 est transférée préférentiellement dans les interneurones inhibiteurs à parvalbumine (cellules PV), induit leur maturation et régule la période critique de plasticité pour la dominance oculaire. Pendant cette période critique, les cellules PV sont progressivement entourées par une matrice extracellulaire riche en glycosaminoglycanes (GAGs), qui pourraient être impliqués dans la capture d'Otx2. Pour étudier comment l'interaction entre Otx2 et les GAGs à la surface des cellules PV régule la période critique, nous avons analysé une lignée de souris transgéniques Otx2-AA chez lesquelles cette interaction est perturbée. Ces souris présentent une spécificité réduite de l'Otx2 cortical pour les cellules PV et un retard dans l'ouverture et la fermeture de la période critique pour la dominance oculaire. Nous avons montré que la protéine Otx2 se lie aux chaines de chondroïtine sulfates à la surface des cellules PV et qu'elle a une forte affinité pour le chondroïtine sulfate CS-E. Chez l'adulte, le cortex est maintenu à l'état non plastique par un apport continuel d'Otx2. Afin de ré-ouvrir une fenêtre de plasticité chez l'adulte, nous avons développé deux modèles pour perturber le transfert d'Otx2 : un analogue synthétique de CS-E qui se lie à Otx2 et une souris knock-in inductible pour contrôler la sécrétion d'un anticorps simple chaine contre Otx2. Ces résultats confirment et précisent le rôle in vivo de l'interaction entre Otx2 et les GAGs, à la fois pour la mise en place des périodes critiques pendant le développement postnatal et pour le maintien de l'état non plastique du cortex chez l'adulte. / During postnatal development of the visual cerebral cortex, Otx2 homeoprotein is transferred preferentially into parvalbumin inhibitory interneurons (PV-cells), induces their maturation and regulates a critical period of plasticity for binocular vision. During the critical period, PV-cells are gradually enwrapped by perineuronal nets enriched in glycosaminoglycans (GAGs), which are likely involved in the capture of Otx2. To understand how Otx2 interacts with GAGs at the surface of PV-cells for critical period regulation, we have analyzed a transgenic Otx2-AA mouse line in which the interaction between Otx2 and GAGs is disrupted. These mice show a reduced specificity of cortical Otx2 for PV-cells with concomitant delayed onset and closure of critical period for ocular dominance. We have also identified that Otx2 protein binds chondroitin sulfate chains of the perineuronal nets and that it has a high affinity for the chondroitin sulfate CS-E. We have therefore developed a sugar-ase protection assay for identifying specific glycan sequences involved in homeoprotein recognition. Throughout adulthood, the cortex receives Otx2 to maintain a consolidated, non-plastic state. To interfere with Otx2 transfer in the adult and reopen a window of plasticity, we have developed two models: a synthetic hexasaccharide analogue of CS-E that binds to Otx2 and an inducible, knock-in mouse allowing spatio-temporal control of a secreted single chain antibody against Otx2. All these results confirm and clarify the in vivo role for Otx2-GAG interaction, both in the timing of critical periods during postnatal development and in the maintenance of the non-plastic state of the cortex in the adult.

Introdução: A incidência de baixa estatura devido a deficiência do hormônio do crescimento (DGH) ocorre em 1:4.000-10.000 nascidos vivos. Diversos fatores de transcrição são necessários para a diferenciação dos cinco tipos de células produtoras de 6 hormônios hipofisários. Mutações nos fatores de transcrição HESX1, GLI2, LHX3, LHX4, SOX2, SOX3, PROP1 e POU1F1 foram descritas em pacientes com deficiência hormonal hipofisária isolada ou múltipla associada ou não a outras malformações. Mutações no gene OTX2, um fator de transcrição responsável pela formação da vesicula ocular e pela hipófise, podem causar malformações oculares tais como anoftalmia e microftalmia, isoladamente ou em associação com DGH isolado (DGHI) ou deficiência hipofisária hormonal múltipla (DHHM). Recentemente, dois pacientes não relacionados com DHHM e neuroipófise ectópica, sem anormalidades oculares foram descritos com mutações em heterozigose no OTX2 sugerindo um papel deste gene na etiologia do hipopituitarismo sem outras características sindrômicas. Objetivo: O objetivo desse trabalho foi o de analisar o gene OTX2 em pacientes com DGHI ou DHHM e correlacionar os achados moleculares com o fenótipo. Pacientes: Foram estudados 125 pacientes com DHHM (6 filhos de pais consangüíneos e 33 com parentes com baixa estatura) e 33 com DGHI (7 filhos de pais consangüíneos e 8 com parentes com baixa estatura). Materiais e métodos: Amostras de DNA dos pacientes foram submetidas à reação de polimerização em cadeia utilizando-se primers intrônicos desenhados para amplificar os 3 exons e as regiões flanqueadoras do gene OTX2. Os produtos de PCR foram purificados e sequenciados pelo método de Sanger. Resultados: Uma nova variante alélica c.689A>T, p.H230L em heterozigose no exon 5 foi encontrado em um único paciente com deficiência de GH, TSH, LH/FSH e ACTH associada a neuroipófise ectópica, sem malformação ocular. A histidina na posição 230 é altamente conservada em todas as espécies de vertebrados, e a análise in silico prediz um efeito prejudicial à estrutura da proteína. A análise da variante na família revelou 8 parentes não afetados como portadores heterozigotos, sugerindo uma doença autossômica dominante com padrão de penetrância incompleta. Esta variante não foi encontrada em 400 alelos de 200 controles brasileiros, porém foi descrito como polimorfismo no banco de dados de SNP em uma população européia americana, com incidência de 1 alelo T, entre 8600 alelos, sendo assim considerado raro. Encontramos também outras quatro variantes alélicas na casuística (c.98-70C> A; c.420G> C, p.P148P; c.435C> T, p.S145S; C * 10G> A), não conservadas entre as espécies. Duas delas levando a troca silenciosa de amino ácidos, sem efeito deletério no sítio exonic splice enhancer. Conclusão A nossa coorte de 158 pacientes é a maior população rastreada para mutações no OTX2 e a detecção de uma variante suspeita em heterozigose em um único paciente portador de hipopituitarismo e neuroipófise ectópica sugere que mutações no OTX2 são uma causa rara de DHHM ou DGHI sem malformação ocular na população estudada. O achado molecular da variante c.689A>T, p.H230L em heterozigose, com padrão de penetrância incompleta é consistente com a observação de que as características fenotípicas de camundongos heterozigotos com perda de função do Otx2 são fortemente influenciados pela background genético, não podendo dessa forma, descartar que outros moduladores genéticos possam ser responsáveis pela penetrância incompleta nessa família. Essa hipótese deverá ser investigada pela análise do exoma do paciente e seus familiares. O fato de a variante estar localizada numa região altamente conservada entre as espécies, sugere que a mesma seja causadora do fenótipo em questão, porém serão necessários os estudos funcionais de transfecção transitória para determinar se se trata de perda de função ou efeito negativo dominante de genes alvos expressos no ectoderme oral ou neural / Introduction: The incidence of short stature due to growth hormone deficiency (GHD) occurs in 1:4.000-10.000 live births. Several transcription factors are required for differentiation of five types of cells producing 6 pituitary hormones. Mutations in the transcription factors HESX1, GLI2, LHX3, LHX4, SOX2, SOX3, PROP1 and POU1F1 have been described in patients with isolated pituitary hormone deficiency or multiple associated or not with other malformations. Mutations in OTX2, a transcription factor responsible for the formation of the eye vesicle and the pituitary gland, can cause ocular malformations such as anophthalmia and microphthalmia, alone or in association with isolated GHD (IGHD) or combined pituitary hormone deficiency (CPHD). Recently, two unrelated patients with CPHD and ectopic neurohypophysis without ocular abnormalities were described with heterozygous mutations in OTX2 suggesting a role of this gene in the etiology of hypopituitarism without other syndromic features. Objective: The aim of this study was to analyze the OTX2 gene in patients with GHD or CPHD and correlate the molecular findings with the phenotype. Patients: We studied 125 patients with CPHD (6 children of consanguineous parents and 33 relatives with short stature) and 33 with IGHD (7 children of consanguineous parents and 8 relatives with short stature). Materials and methods: DNA samples from the patients were subjected to polymerase chain reaction using intronic primers designed to amplify the 3 exons and flanking regions of the gene OTX2. The PCR products were purified and sequenced by the Sanger method. Results: A new heterozygous allelic variant c.689A> T, p.H230L in exon 5 was found in one patient with deficiencies of GH, TSH, LH / FSH and ACTH associated with ectopic neurohypophysis without ocular malformation. The histidine at position 230 is strongly conserved in all vertebrate species, and in silico analysis predicts a detrimental effect on protein structure. The analysis of the variant in the family revealed eight unaffected relatives as heterozygous carriers, suggesting an autosomal dominant pattern with incomplete penetrance. This variant was not found in 400 alleles of 200 Brazilian controls, but it was described as a polymorphism in the SNP database in a European American population, with an incidence of 1 T allele among 8600 alleles, and therefore considered rare. We also found four other allelic variants in the samples (c.98-70C> A; c.420G> C, p.P148P; c.435C> T, p.S145S; C * 10G> A), not conserved between species. Two of them leading to a silent amino acid exchange, without deleterious effect in the exonic splice enhancer site. Conclusion Our cohort of 158 patients is the largest population screened for mutations in OTX2 and the detection of a suspected heterozygous variant in one patient with hypopituitarism and ectopic neurohypophysis suggests that OTX2 mutations are a rare cause of CPHD/IGHD without ocular malformation in the studied population. The molecular finding of a heterozygous variant c.689A> T, p.H230L, with incomplete penetrance pattern is consistent with the observation that the phenotypic characteristics of mice with heterozygous loss of function of Otx2 are strongly influenced by genetic background, suggesting that other genetic modulators may be responsible for the incomplete penetrance in this family. This hypothesis should be investigated by analysis of exoma in the patient and their family. The fact that the variant is located in a region highly conserved among species suggests that it is causing the phenotype in question, but it will require the functional studies with transient transfections to determine whether it is the loss of function or effect of dominant negative target genes expressed in neural or oral ectoderm

Introdução: A incidência de baixa estatura devido a deficiência do hormônio do crescimento (DGH) ocorre em 1:4.000-10.000 nascidos vivos. Diversos fatores de transcrição são necessários para a diferenciação dos cinco tipos de células produtoras de 6 hormônios hipofisários. Mutações nos fatores de transcrição HESX1, GLI2, LHX3, LHX4, SOX2, SOX3, PROP1 e POU1F1 foram descritas em pacientes com deficiência hormonal hipofisária isolada ou múltipla associada ou não a outras malformações. Mutações no gene OTX2, um fator de transcrição responsável pela formação da vesicula ocular e pela hipófise, podem causar malformações oculares tais como anoftalmia e microftalmia, isoladamente ou em associação com DGH isolado (DGHI) ou deficiência hipofisária hormonal múltipla (DHHM). Recentemente, dois pacientes não relacionados com DHHM e neuroipófise ectópica, sem anormalidades oculares foram descritos com mutações em heterozigose no OTX2 sugerindo um papel deste gene na etiologia do hipopituitarismo sem outras características sindrômicas. Objetivo: O objetivo desse trabalho foi o de analisar o gene OTX2 em pacientes com DGHI ou DHHM e correlacionar os achados moleculares com o fenótipo. Pacientes: Foram estudados 125 pacientes com DHHM (6 filhos de pais consangüíneos e 33 com parentes com baixa estatura) e 33 com DGHI (7 filhos de pais consangüíneos e 8 com parentes com baixa estatura). Materiais e métodos: Amostras de DNA dos pacientes foram submetidas à reação de polimerização em cadeia utilizando-se primers intrônicos desenhados para amplificar os 3 exons e as regiões flanqueadoras do gene OTX2. Os produtos de PCR foram purificados e sequenciados pelo método de Sanger. Resultados: Uma nova variante alélica c.689A>T, p.H230L em heterozigose no exon 5 foi encontrado em um único paciente com deficiência de GH, TSH, LH/FSH e ACTH associada a neuroipófise ectópica, sem malformação ocular. A histidina na posição 230 é altamente conservada em todas as espécies de vertebrados, e a análise in silico prediz um efeito prejudicial à estrutura da proteína. A análise da variante na família revelou 8 parentes não afetados como portadores heterozigotos, sugerindo uma doença autossômica dominante com padrão de penetrância incompleta. Esta variante não foi encontrada em 400 alelos de 200 controles brasileiros, porém foi descrito como polimorfismo no banco de dados de SNP em uma população européia americana, com incidência de 1 alelo T, entre 8600 alelos, sendo assim considerado raro. Encontramos também outras quatro variantes alélicas na casuística (c.98-70C> A; c.420G> C, p.P148P; c.435C> T, p.S145S; C * 10G> A), não conservadas entre as espécies. Duas delas levando a troca silenciosa de amino ácidos, sem efeito deletério no sítio exonic splice enhancer. Conclusão A nossa coorte de 158 pacientes é a maior população rastreada para mutações no OTX2 e a detecção de uma variante suspeita em heterozigose em um único paciente portador de hipopituitarismo e neuroipófise ectópica sugere que mutações no OTX2 são uma causa rara de DHHM ou DGHI sem malformação ocular na população estudada. O achado molecular da variante c.689A>T, p.H230L em heterozigose, com padrão de penetrância incompleta é consistente com a observação de que as características fenotípicas de camundongos heterozigotos com perda de função do Otx2 são fortemente influenciados pela background genético, não podendo dessa forma, descartar que outros moduladores genéticos possam ser responsáveis pela penetrância incompleta nessa família. Essa hipótese deverá ser investigada pela análise do exoma do paciente e seus familiares. O fato de a variante estar localizada numa região altamente conservada entre as espécies, sugere que a mesma seja causadora do fenótipo em questão, porém serão necessários os estudos funcionais de transfecção transitória para determinar se se trata de perda de função ou efeito negativo dominante de genes alvos expressos no ectoderme oral ou neural / Introduction: The incidence of short stature due to growth hormone deficiency (GHD) occurs in 1:4.000-10.000 live births. Several transcription factors are required for differentiation of five types of cells producing 6 pituitary hormones. Mutations in the transcription factors HESX1, GLI2, LHX3, LHX4, SOX2, SOX3, PROP1 and POU1F1 have been described in patients with isolated pituitary hormone deficiency or multiple associated or not with other malformations. Mutations in OTX2, a transcription factor responsible for the formation of the eye vesicle and the pituitary gland, can cause ocular malformations such as anophthalmia and microphthalmia, alone or in association with isolated GHD (IGHD) or combined pituitary hormone deficiency (CPHD). Recently, two unrelated patients with CPHD and ectopic neurohypophysis without ocular abnormalities were described with heterozygous mutations in OTX2 suggesting a role of this gene in the etiology of hypopituitarism without other syndromic features. Objective: The aim of this study was to analyze the OTX2 gene in patients with GHD or CPHD and correlate the molecular findings with the phenotype. Patients: We studied 125 patients with CPHD (6 children of consanguineous parents and 33 relatives with short stature) and 33 with IGHD (7 children of consanguineous parents and 8 relatives with short stature). Materials and methods: DNA samples from the patients were subjected to polymerase chain reaction using intronic primers designed to amplify the 3 exons and flanking regions of the gene OTX2. The PCR products were purified and sequenced by the Sanger method. Results: A new heterozygous allelic variant c.689A> T, p.H230L in exon 5 was found in one patient with deficiencies of GH, TSH, LH / FSH and ACTH associated with ectopic neurohypophysis without ocular malformation. The histidine at position 230 is strongly conserved in all vertebrate species, and in silico analysis predicts a detrimental effect on protein structure. The analysis of the variant in the family revealed eight unaffected relatives as heterozygous carriers, suggesting an autosomal dominant pattern with incomplete penetrance. This variant was not found in 400 alleles of 200 Brazilian controls, but it was described as a polymorphism in the SNP database in a European American population, with an incidence of 1 T allele among 8600 alleles, and therefore considered rare. We also found four other allelic variants in the samples (c.98-70C> A; c.420G> C, p.P148P; c.435C> T, p.S145S; C * 10G> A), not conserved between species. Two of them leading to a silent amino acid exchange, without deleterious effect in the exonic splice enhancer site. Conclusion Our cohort of 158 patients is the largest population screened for mutations in OTX2 and the detection of a suspected heterozygous variant in one patient with hypopituitarism and ectopic neurohypophysis suggests that OTX2 mutations are a rare cause of CPHD/IGHD without ocular malformation in the studied population. The molecular finding of a heterozygous variant c.689A> T, p.H230L, with incomplete penetrance pattern is consistent with the observation that the phenotypic characteristics of mice with heterozygous loss of function of Otx2 are strongly influenced by genetic background, suggesting that other genetic modulators may be responsible for the incomplete penetrance in this family. This hypothesis should be investigated by analysis of exoma in the patient and their family. The fact that the variant is located in a region highly conserved among species suggests that it is causing the phenotype in question, but it will require the functional studies with transient transfections to determine whether it is the loss of function or effect of dominant negative target genes expressed in neural or oral ectoderm

Pour comprendre comment les gènes du développement exercent de multiples fonctions temporelles, nous prenons comme modèle le facteur de transcription Otx2. Celui-ci est impliqué dans la gastrulation, le développement de l'œil, du système olfactif, de la glande pinéale, du thalamus et de la région cranio-faciale. Dans la rétine adulte, deux tissus distincts expriment Otx2 : l'épithélium pigmenté (RPE) et la rétine neurale, contenant les photorécepteurs. L'ablation globale du gène Otx2 entraîne la dégénérescence exclusive des photorécepteurs alors qu'elle modifie l'expression de gènes surtout dans le RPE. Ces faits suggèrent un mécanisme non autonome, confirmé par des expériences de gain et perte de fonction restreintes au RPE. Pour approcher les fonctions de la protéine Otx2 dans la rétine neurale et le RPE, une étude à grande échelle de ses cibles génomiques a été menée. Les profils distincts d'occupation du génome du RPE et de la rétine neurale suggèrent des fonctions différentes d'Otx2. Dans la rétine neurale, ce profil est très proche de celui du facteur paralogue Crx, indiquant une redondance fonctionnelle entre Otx2 et Crx. Nous avons émis l'hypothèse qu'une combinatoire de partenaires protéiques différents permet de moduler l'action d'Otx2 en sélectionnant des cibles génomiques distinctes. Pour identifier cette combinatoire in vivo et la corréler aux fonctions exercées par Otx2, nous avons créé une lignée de souris exprimant une protéine de fusion Otx2-TAP-tag à un niveau physiologique. Cet outil permettra la purification des complexes protéiques Otx2 in vivo et leur identification par analyse protéomique.

Le récepteur hypophysaire de la GnRH (RGnRH) joue un rôle crucial dans le contrôle de la fonctionde reproduction. Dans le promoteur distal du Rgnrh, j'ai caractérisé un élément de réponsebifonctionnel répondant aux protéines LIM à homéodomaine ISL1/LHX3 et à GATA2. D'autre part,deux motifs TAAT situés dans la région plus proximale confèrent à ce gène la capacité de répondreaux facteurs Paired-like PROP1 et OTX2. Tous ces facteurs, exprimés précocement au cours del'ontogenèse hypophysaire, pourraient participer à l'émergence de l'expression du Rgnrh. Hors del'hypophyse, j'ai découvert que le Rgnrh est exprimé au cours du développement postnatal dansl'hippocampe de rat, où il module la plasticité synaptique. Par ailleurs, j'ai identifié deux nouveauxsites d'expression, la rétine et la glande pinéale. Ces résultats mettent en lumière l'importancefonctionnelle de ce récepteur et de son ligand et les rôles multiples qu'il ont acquis au cours del'évolution des Vertébrés.

Le récepteur hypophysaire de la GnRH (RGnRH) joue un rôle crucial dans le contrôle de la fonctionde reproduction. Dans le promoteur distal du Rgnrh, j’ai caractérisé un élément de réponsebifonctionnel répondant aux protéines LIM à homéodomaine ISL1/LHX3 et à GATA2. D’autre part,deux motifs TAAT situés dans la région plus proximale confèrent à ce gène la capacité de répondreaux facteurs Paired-like PROP1 et OTX2. Tous ces facteurs, exprimés précocement au cours del’ontogenèse hypophysaire, pourraient participer à l’émergence de l’expression du Rgnrh. Hors del’hypophyse, j’ai découvert que le Rgnrh est exprimé au cours du développement postnatal dansl’hippocampe de rat, où il module la plasticité synaptique. Par ailleurs, j’ai identifié deux nouveauxsites d’expression, la rétine et la glande pinéale. Ces résultats mettent en lumière l’importancefonctionnelle de ce récepteur et de son ligand et les rôles multiples qu’il ont acquis au cours del’évolution des Vertébrés. / In the pituitary, the GnRH receptor (GnRHR) plays a crucial role in the neuroendocrine control ofreproductive function. Within the distal region of the Gnrhr promoter, I have characterized abifunctional response element modulated by the LIM homeodomain proteins ISL1/LHX3 and byGATA2. Besides, in the proximal region of the promoter, two TAAT motifs conferred response toPaired-like factors PROP1 and OTX2. All these factors are expressed during pituitary ontogenesis andcould participate in the onset and regulation of Gnrhr expression. Outside of the pituitary, I havediscovered that the Gnrhr was expressed during postnatal development in the rat hippocampus, whereit modulated synaptic plasticity. Furthermore, I have identified two novel sites of Gnrhr expression, theretina and the pineal gland. Altogether, these data highlight the functional importance of this receptorand its ligand as well as the multiple roles they have acquired during vertebrate evolution.