A Síndrome de Kallmann (SK), associação entre hipogonadismo hipogonadotrófico e distúrbio olfatório (hiposmia ou anosmia), é causada por uma deficiência da migração neuronal que envolve as células produtoras do hormônio liberador de gonadotrofinas e os neurônios olfatórios, com origem embriológica comum. O primeiro gene descrito, KAL1, codifica uma proteína chamada anosmina, que possui homologia com moléculas de adesão axonal envolvidas na migração neuronal. Dentre as anormalidades fenotípicas descritas na SK, destacam-se a malformação das estruturas do rinencéfalo (bulbos e sulcos olfatórios) e a presença, em parte dos pacientes, de uma alteração neurológica específica, os movimentos em espelho (ME). No presente trabalho estudamos 21 pacientes com SK, comparando com um grupo controle (n=16), utilizando técnicas qualitativas e quantitativas de imagem por Ressonância Magnética (RM), com os objetivos de (I) correlacionar as diferentes alterações radiológicas do encéfalo com os achados clínicos, laboratoriais e a presença de mutações gênicas; (II) caracterizar qualitativa e quantitativamente as alterações do rinencéfalo; e (III) investigar possíveis alterações associadas aos ME, dando atenção às duas principais hipóteses para sua causa, desenvolvimento anormal do trato corticoespinhal e deficiência do mecanismo inibitório contra-lateral via corpo caloso. Para estudo do rinencéfalo utilizamos especialmente imagens coronais ponderadas em T2 com cortes finos, avaliando subjetivamente e posteriormente medindo o volume dos bulbos olfatórios, comprimento e profundidade dos sulcos. Para estudo dos ME utilizamos a técnica de morfometria baseada em voxel (VBM), procurando alterações volumétricas da substancia branca (SB) e cinzenta (SC), seguida da avaliação de alterações da SB com as técnicas de relaxometria (RL) e cálculo da taxa de transferência de magnetização (TTM). Dezoito (85%) pacientes apresentaram graus variáveis de acometimento das estruturas olfatórias. Demonstramos que a aplasia dos bulbos e/ou sulcos olfatórios foi o achado mais comum na SK, e a presença de aplasia de bulbo olfatório teve excelente concordância com a presença de anosmia no teste olfativo. O VBM otimizado mostrou áreas alteradas da SC envolvendo o córtex motor de maneira diferente nos pacientes com e sem ME, compatíveis com uma resposta cortical hipertrófica à uma decussação deficiente do trato corticoespinhal nos pacientes com SK e ME. Ainda, as alterações da SC nos pacientes sem ME podem representar mecanismos mais complexos determinando a presença ou não do sinal. Apesar do nosso estudo de VBM não mostrar alteração significativa de volume da SB, as avaliações com RL e TTM mostraram áreas de alteração de sinal, demonstrando a presença de desmielinização e/ou desorganização axonal na SB dos pacientes com SK, envolvendo diferentemente o sistema motor dos pacientes com e sem ME, sendo compatível com os estudos prévios que sugerem a associação entre uma anomalia do trato corticoespinhal e uma deficiência no mecanismo inibitório inter-hemisférico como responsáveis pela persistência patológica dos ME. A análise da TTM demonstrou ainda alteração em topografia da decussação das pirâmides bulbares que pode representar o desarranjo primário desta região, com as alterações das fibras a montante, superiormente (evidenciadas na RL e TTM), e do córtex motor (evidenciadas no VBM), possivelmente sendo secundárias e acometendo diferentemente os pacientes com e sem ME. / Kallmann syndrome (KS) is defined by the association of hypogonadotropic hypogonadism with olfaction disturbance (hyposmia or anosmia). It is caused by a neuronal migration arrest that involves both the gonadotropin releasing hormone (GnRH) and the olfactory neurons, which have a common embryonic origin. The first gene described, KAL1, encodes a protein named anosmin, which shows a strong homology to axonal adhesion molecules involved in neuronal migration and axonal pathfinding. Various phenotypic abnormalities have been described in KS, including olfactory bulbs and sulci aplasia or hypoplasia and specific neurologic disorders, such as mirror movements (MM). In this study we evaluated 21 patients with KS, comparing with a control group (n=16), using qualitative and quantitative techniques with Magnetic Resonance Imaging (MRI), with the following purposes: (I) correlate the brains radiologic alterations with the clinical, laboratorial and genetic findings; (II) characterize the rhinencephalon alterations; and (III) investigate MM etiology, addressing the two main hypotheses concerning its cause, abnormal development of the primary motor system, involving the ipsilateral corticospinal tract, and lack of contralateral motor cortex inhibitory mechanisms, mainly through the corpus callosum. For rhinencephalon evaluation, we specially used thin-section coronal T2-weighed images, which were reviewed and then objectively evaluated with the measurements of the olfactory bulbs and sulci. To study MM we used the voxel-based morphometry (VBM), to determine white (WM) and gray matter (GM) volume changes, and T2 relaxometry (T2R) and magnetization transfer ratio (MTR), searching for signal intensity changes in the WM. Eighteen (85%) patients presented different degrees of olfactory structures abnormalities, with the bulbs and/or sulci aplasia being the most common finding, and presence olfactory bulb aplasia showed excellent agreement with anosmia as determined by the smell identification clinical test. The optimized VBM study did not show significant white matter changes in patients with KS but showed gray matter alterations in keeping with a hypertrophic response to a deficient pyramidal decussation in patients with MM. In addition, gray matter alterations were observed in patients without MM, which can represent more complex mechanisms determining the presence or absence of this symptom. Even if the VBM did not show significant volume changes in WM, the evaluation with the T2R and MTR showed WM signal intensity alterations, differently involving patients with and without MM, in keeping with demyelinization and/or axonal disorder, in accordance with the involvement of a corticospinal tract anomaly and a deficient inhibitory interhemispheric mechanism in the etiology of MM. The MTR analysis also showed a different alteration in the pyramidal decussation, which can represent a primary disorder in this region, with all other alterations in the superior WM fibers and motor cortex possibly being secondary to this disarrangement, and involving patients with and without MM in a different manner.

A Síndrome de Kallmann (SK), associação entre hipogonadismo hipogonadotrófico e distúrbio olfatório (hiposmia ou anosmia), é causada por uma deficiência da migração neuronal que envolve as células produtoras do hormônio liberador de gonadotrofinas e os neurônios olfatórios, com origem embriológica comum. O primeiro gene descrito, KAL1, codifica uma proteína chamada anosmina, que possui homologia com moléculas de adesão axonal envolvidas na migração neuronal. Dentre as anormalidades fenotípicas descritas na SK, destacam-se a malformação das estruturas do rinencéfalo (bulbos e sulcos olfatórios) e a presença, em parte dos pacientes, de uma alteração neurológica específica, os movimentos em espelho (ME). No presente trabalho estudamos 21 pacientes com SK, comparando com um grupo controle (n=16), utilizando técnicas qualitativas e quantitativas de imagem por Ressonância Magnética (RM), com os objetivos de (I) correlacionar as diferentes alterações radiológicas do encéfalo com os achados clínicos, laboratoriais e a presença de mutações gênicas; (II) caracterizar qualitativa e quantitativamente as alterações do rinencéfalo; e (III) investigar possíveis alterações associadas aos ME, dando atenção às duas principais hipóteses para sua causa, desenvolvimento anormal do trato corticoespinhal e deficiência do mecanismo inibitório contra-lateral via corpo caloso. Para estudo do rinencéfalo utilizamos especialmente imagens coronais ponderadas em T2 com cortes finos, avaliando subjetivamente e posteriormente medindo o volume dos bulbos olfatórios, comprimento e profundidade dos sulcos. Para estudo dos ME utilizamos a técnica de morfometria baseada em voxel (VBM), procurando alterações volumétricas da substancia branca (SB) e cinzenta (SC), seguida da avaliação de alterações da SB com as técnicas de relaxometria (RL) e cálculo da taxa de transferência de magnetização (TTM). Dezoito (85%) pacientes apresentaram graus variáveis de acometimento das estruturas olfatórias. Demonstramos que a aplasia dos bulbos e/ou sulcos olfatórios foi o achado mais comum na SK, e a presença de aplasia de bulbo olfatório teve excelente concordância com a presença de anosmia no teste olfativo. O VBM otimizado mostrou áreas alteradas da SC envolvendo o córtex motor de maneira diferente nos pacientes com e sem ME, compatíveis com uma resposta cortical hipertrófica à uma decussação deficiente do trato corticoespinhal nos pacientes com SK e ME. Ainda, as alterações da SC nos pacientes sem ME podem representar mecanismos mais complexos determinando a presença ou não do sinal. Apesar do nosso estudo de VBM não mostrar alteração significativa de volume da SB, as avaliações com RL e TTM mostraram áreas de alteração de sinal, demonstrando a presença de desmielinização e/ou desorganização axonal na SB dos pacientes com SK, envolvendo diferentemente o sistema motor dos pacientes com e sem ME, sendo compatível com os estudos prévios que sugerem a associação entre uma anomalia do trato corticoespinhal e uma deficiência no mecanismo inibitório inter-hemisférico como responsáveis pela persistência patológica dos ME. A análise da TTM demonstrou ainda alteração em topografia da decussação das pirâmides bulbares que pode representar o desarranjo primário desta região, com as alterações das fibras a montante, superiormente (evidenciadas na RL e TTM), e do córtex motor (evidenciadas no VBM), possivelmente sendo secundárias e acometendo diferentemente os pacientes com e sem ME. / Kallmann syndrome (KS) is defined by the association of hypogonadotropic hypogonadism with olfaction disturbance (hyposmia or anosmia). It is caused by a neuronal migration arrest that involves both the gonadotropin releasing hormone (GnRH) and the olfactory neurons, which have a common embryonic origin. The first gene described, KAL1, encodes a protein named anosmin, which shows a strong homology to axonal adhesion molecules involved in neuronal migration and axonal pathfinding. Various phenotypic abnormalities have been described in KS, including olfactory bulbs and sulci aplasia or hypoplasia and specific neurologic disorders, such as mirror movements (MM). In this study we evaluated 21 patients with KS, comparing with a control group (n=16), using qualitative and quantitative techniques with Magnetic Resonance Imaging (MRI), with the following purposes: (I) correlate the brains radiologic alterations with the clinical, laboratorial and genetic findings; (II) characterize the rhinencephalon alterations; and (III) investigate MM etiology, addressing the two main hypotheses concerning its cause, abnormal development of the primary motor system, involving the ipsilateral corticospinal tract, and lack of contralateral motor cortex inhibitory mechanisms, mainly through the corpus callosum. For rhinencephalon evaluation, we specially used thin-section coronal T2-weighed images, which were reviewed and then objectively evaluated with the measurements of the olfactory bulbs and sulci. To study MM we used the voxel-based morphometry (VBM), to determine white (WM) and gray matter (GM) volume changes, and T2 relaxometry (T2R) and magnetization transfer ratio (MTR), searching for signal intensity changes in the WM. Eighteen (85%) patients presented different degrees of olfactory structures abnormalities, with the bulbs and/or sulci aplasia being the most common finding, and presence olfactory bulb aplasia showed excellent agreement with anosmia as determined by the smell identification clinical test. The optimized VBM study did not show significant white matter changes in patients with KS but showed gray matter alterations in keeping with a hypertrophic response to a deficient pyramidal decussation in patients with MM. In addition, gray matter alterations were observed in patients without MM, which can represent more complex mechanisms determining the presence or absence of this symptom. Even if the VBM did not show significant volume changes in WM, the evaluation with the T2R and MTR showed WM signal intensity alterations, differently involving patients with and without MM, in keeping with demyelinization and/or axonal disorder, in accordance with the involvement of a corticospinal tract anomaly and a deficient inhibitory interhemispheric mechanism in the etiology of MM. The MTR analysis also showed a different alteration in the pyramidal decussation, which can represent a primary disorder in this region, with all other alterations in the superior WM fibers and motor cortex possibly being secondary to this disarrangement, and involving patients with and without MM in a different manner.

A síndrome de Kallmann (SK) é um distúrbio raro, caracterizado pela presença do Hipogonadismo Hipogonadotrófico Idiopático (HHI) associado à anosmia ou hiposmia (ausência ou déficit no sentido do olfato, respectivamente). O HHI tem como principal causa a deficiência do hormônio liberador de gonadotrofina (GnRH), com heterogeneidade genética significativa. Clinicamente é caracterizada por níveis plasmáticos baixos dos hormônios luteinizante (LH) e folículo-estimulante (FSH) associados com baixas concentrações de esteroides sexuais. O estabelecimento de um fenótipo cognitivo claro da SK pode ajudar na compreensão sobre o desenvolvimento das funções cognitivas humanas e a informar para um melhor manejo do paciente, com um acompanhamento mais apropriado. Neste estudo foi realizada uma bateria de avaliação neuropsicológica, caracterizando aspectos referentes aos quocientes intelectuais, atenção, funções executivas, memória, linguagem e habilidades visuoespaciais. Como resultados, o grupo de participantes diagnosticado de SK apresentou desempenho inferior em todas as áreas avaliadas, quando comparado ao grupo controle. Todavia, seu desempenho de maneira geral esteve dentro das faixas média e média-inferior, caracterizando assim um déficit leve das funções neuropsicológicas avaliadas. A memória declarativa de longa duração, no entanto, no grupo clínico esteve bastante prejudicada, com classificação dentro do espectro deficitário. Este resultado, aliado ao desempenho inferior em atividades que exigiam um julgamento de origem temporal e ao comprometimento da aprendizagem de associações condicionais arbitrárias (entre estímulos e respostas), sugere que a maior característica cognitiva presente no grupo clínico está na dificuldade de reter e selecionar informações apropriadas dentre os diversos estímulos e não apenas na recuperação destas informações. / The Kallmann syndrome (KS) is a rare disorder characterized by the presence of hypogonadotropic hypogonadism Idiopathic (IHH) associated with anosmia or hyposmia (absence or deficit in the sense of smell, respectively). The HHI\'s main causes deficiency of gonadotropin-releasing hormone (GnRH), with significant genetic heterogeneity. Clinically, it is characterized by low plasma levels of luteinizing hormone (LH) and follicle stimulating hormone (FSH) associated with low concentrations of sex steroids. The establishment of a clear cognitive phenotype of SK can help in understanding the development of human cognitive functions and to report to a better management of the patient with a more appropriate accompaniment. In this study a battery of neuropsychological evaluation was performed, featuring aspects of intellectual quotients, attention, executive functions, memory, language and visuospatial skills. As a result, the diagnosed group of participants of KS showed lower performance in all areas evaluated, when compared to the control group. However, its performance in general was in the middle and lower-middle ranges, characterizing a slight deficit of assessed neuropsychological functions. The declarative memory of long term, however, in the clinical group was significantly impaired classified within the spectrum deficit. This result, coupled with lower performance in activities requiring a judgment of temporal origin and impairment of learning arbitrary conditional associations (between stimuli and responses), suggests that higher cognitive feature present in the clinical group is the difficulty of retaining and select information appropriate from the various stimuli, not just the recovery of this information.

A síndrome de Kallmann (SK) é um distúrbio raro, caracterizado pela presença do Hipogonadismo Hipogonadotrófico Idiopático (HHI) associado à anosmia ou hiposmia (ausência ou déficit no sentido do olfato, respectivamente). O HHI tem como principal causa a deficiência do hormônio liberador de gonadotrofina (GnRH), com heterogeneidade genética significativa. Clinicamente é caracterizada por níveis plasmáticos baixos dos hormônios luteinizante (LH) e folículo-estimulante (FSH) associados com baixas concentrações de esteroides sexuais. O estabelecimento de um fenótipo cognitivo claro da SK pode ajudar na compreensão sobre o desenvolvimento das funções cognitivas humanas e a informar para um melhor manejo do paciente, com um acompanhamento mais apropriado. Neste estudo foi realizada uma bateria de avaliação neuropsicológica, caracterizando aspectos referentes aos quocientes intelectuais, atenção, funções executivas, memória, linguagem e habilidades visuoespaciais. Como resultados, o grupo de participantes diagnosticado de SK apresentou desempenho inferior em todas as áreas avaliadas, quando comparado ao grupo controle. Todavia, seu desempenho de maneira geral esteve dentro das faixas média e média-inferior, caracterizando assim um déficit leve das funções neuropsicológicas avaliadas. A memória declarativa de longa duração, no entanto, no grupo clínico esteve bastante prejudicada, com classificação dentro do espectro deficitário. Este resultado, aliado ao desempenho inferior em atividades que exigiam um julgamento de origem temporal e ao comprometimento da aprendizagem de associações condicionais arbitrárias (entre estímulos e respostas), sugere que a maior característica cognitiva presente no grupo clínico está na dificuldade de reter e selecionar informações apropriadas dentre os diversos estímulos e não apenas na recuperação destas informações. / The Kallmann syndrome (KS) is a rare disorder characterized by the presence of hypogonadotropic hypogonadism Idiopathic (IHH) associated with anosmia or hyposmia (absence or deficit in the sense of smell, respectively). The HHI\'s main causes deficiency of gonadotropin-releasing hormone (GnRH), with significant genetic heterogeneity. Clinically, it is characterized by low plasma levels of luteinizing hormone (LH) and follicle stimulating hormone (FSH) associated with low concentrations of sex steroids. The establishment of a clear cognitive phenotype of SK can help in understanding the development of human cognitive functions and to report to a better management of the patient with a more appropriate accompaniment. In this study a battery of neuropsychological evaluation was performed, featuring aspects of intellectual quotients, attention, executive functions, memory, language and visuospatial skills. As a result, the diagnosed group of participants of KS showed lower performance in all areas evaluated, when compared to the control group. However, its performance in general was in the middle and lower-middle ranges, characterizing a slight deficit of assessed neuropsychological functions. The declarative memory of long term, however, in the clinical group was significantly impaired classified within the spectrum deficit. This result, coupled with lower performance in activities requiring a judgment of temporal origin and impairment of learning arbitrary conditional associations (between stimuli and responses), suggests that higher cognitive feature present in the clinical group is the difficulty of retaining and select information appropriate from the various stimuli, not just the recovery of this information.

O sistema da procineticina desempenha um papel importante na migração dos neurônios secretores de GnRH e na neurogênese do bulbo olfatório. Camundongos com ablação dos genes que codificam a procineticina 2 (PROK2) e seu receptor (PROKR2) apresentaram fenótipos semelhantes ao da síndrome de Kallmann descrita em humanos. Mutações inativadoras nos genes PROK2 e PROKR2 foram identificadas em pacientes com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado. Com base nestes achados, investigamos a presença de alterações estruturais nos genes PROK2 e PROKR2 em 107 pacientes brasileiros (63 com síndrome de Kallmann e 47 com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado normósmico). Cem indivíduos brasileiros que relataram desenvolvimento puberal normal foram utilizados como grupo controle. As regiões codificadoras dos genes PROK2 e PROKR2 foram amplificadas utilizando-se oligonucleotídeos intrônicos específicos, seguida de purificação enzimática e sequenciamento automático. Duas mutações no gene PROK2 foram identificadas: a mutação p.G100fsX121 em homozigose presente em dois irmãos com síndrome de Kallmann; e a mutação p.I55fsX56 em heterozigose identiificada em um paciente com HHIn. Quatro mutações foram identificadas no gene PROKR2 (p.R80C, p.Y140X, p.L173R e p.R268C) em cinco pacientes com síndrome de Kallmann e um paciente com HHIn. Essas mutações não foram encontradas no grupo controle. As mutações do tipo missense, p.R80C, p.L173R e p.R268C foram identificadas em heterozigose. Mutações nos genes FGFR1, GnRHR, KiSS-1 e GPR54 foram excluídas nesses pacientes. O paciente portador da mutação p.R268C do PROKR2 apresentou deleção dos exons 1 e 2 do gene KAL1. Adicionalmente, as mutações p.R80C e p.R268C foram identificadas em heterozigose em parentes de primeiro grau assintomáticos dos casos índices. A nova mutação p.Y140X do PROKR2, única alteração em homozigose, foi identificada em um paciente com micropênis, criptorquidia bilateral, anosmia e palato ogival. Os pais deste paciente eram portadores da mutação p.Y140X em heterozigose e relataram desenvolvimento puberal normal e ausência de anormalidades olfatórias. Estudos in vitro da nova mutação p.R80C localizada na primeira alça intracelular demonstraram que o acúmulo de fofatidil-inositol (IP), assim como a ativação da via da MAPK foram significativamente afetadas em células transfectadas com o receptor mutado em relação ao receptor selvagem, indicando que a mutação p.R80C determina uma menor atividade do receptor. Avaliação da expressão por Western blot mostrou uma diminuição na expressão do receptor mutado R80C e uma maior expressão de receptores imaturos. Esses achados sugeriram o papel crítico da arginina localizada na posição 80 na atividade normal do receptor. Em conclusão, expandimos o repertório de mutações deletérias nos genes PROK2 e PROKR2 em pacientes com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado. A haploinsuficiência do PROKR2 não foi suficiente para causar síndrome de Kallmann ou HHIn, entretanto mutações inativadoras em homozigose nos genes PROK2 e PROKR2 foram responsáveis pelo fenótipo reprodutivo e olfatório anormal, em concordância com os estudos prévios de ablação gênica em modelos animais. Arginina localizada na posição 80 do PROKR2 desempenha um papel crucial na adequada maturação do receptor / Physiological activation of the prokineticin pathway has a critical role in olfactory bulb morphogenesis and GnRH secretion. Knock-out mice for genes that encode prokineticin 2 (PROK2) and the prokineticin receptor 2 (PROKR2) exhibited a phenotype similar to the Kallmann syndrome (KS). Inactivating mutations in PROK2 and PROKR2 have been identified in patients with isolated hypogonadotropic hypogonadism. Based on these findings, we investigated the presence of inactivating mutations of the genes PROK2 and PROKR2 in Brazilian patients with isolated hypogonadotropic hypogonadism associated or not with olfactory abnormalities and performed in vitro studies of the new identified mutations. We studied 107 patients with HH (63 with Kallmann syndrome and 44 with normosmic HH) and 100 control individuals. The coding regions of PROK2 and PROKR2 were amplified by polymerase chain reaction followed by enzymatic purification and direct automatic sequencing. In PROK2, two known frameshift mutations were identified. Two brothers with Kallmann syndrome harbored the homozygous p.G100fsX121 mutation, whereas one male with normosmic HH harbored the heterozygous p.I55fsX56 mutation. In PROKR2, four distinct mutations (p.R80C, p.Y140X, p.L173R and p.R268C) were identified in five patients with Kallmann syndrome and in one patient with normosmic HH. These mutations were not found in the control group. The p.R80C and p.R268C missense mutations were identified in heterozygous state in the HH patients and in their asymptomatic first-degree relatives. The p.L173R was also identified in heterozygous state. In addition, no mutations of FGFR1, GnRHR, KiSS-1 or GPR54 were identified in these patients. The patient with the PROKR2 mutation p.R268C also has a deletion of the exon 1 and 2 in the gene KAL1. Notably, the new nonsense mutation (p.Y140X) was identified in homozygous state in an anosmic boy with micropenis, bilateral cryptorchidism and high-arched palate. His asymptomatic parents were heterozygous for this severe defect. In vitro studies of the new mutation, p.R80C, were performed in order to access the mechanism by which this mutation could affect the activity of the PROKR2. In vitro studies showed that the amount of fofatidil-inositol (PI) and the activation of MAPK were significantly lower in cells transfected with the R80C mutant receptor than in cells transfected with the wild receptor, indicating that this variant is a loss-of-function mutation. Binding studies and Western blot showed a reduction in the expression levels of the receptor in the plasma membrane and in whole cell, respectively. Additionally, Western blot analysis of R80C PROKR2 revealed an additional smaller molecular weight band that represents the presence of immature unglycosylated receptors. The arginine 80 in ICL1 is important for post-translational processing of PROKR2. In conclusion, we expanded the repertoire of PROK2 and PROKR2 mutations in patients with HH and showed that PROKR2 haploinsufficiency is not sufficient to cause Kallmann syndrome or normosmic HH, whereas homozygous loss-of-function mutations either in PROK2 or PROKR2 are sufficient to cause disease phenotype, in accordance with the Prokr2 and Prok2 knockout mouse models. In vitro studies suggested that the arginine located at position 80 of the receptor seems to play an important role in the receptor function

O Hipogonadismo hipogonadotrófico isolado (HHI) congênito é uma síndrome clínica rara causada por defeito na produção ou secreção do hormônio liberador de gonadotrofinas (GnRH) pelo hipotálamo ou por resistência hipofisária à ação do GnRH. O HHI é mais prevalente em homens e cerca de 50% a 60% dos indivíduos afetados apresentam anosmia ou hiposmia associada, caracterizando a síndrome de Kallmann. Diversos genes já foram associados à patogênese do HHI congênito, porém, a maioria dos casos ainda permanece sem diagnóstico molecular definido. Até recentemente, a identificação das causas genéticas dos pacientes com HHI era realizada por sequenciamento de genes candidatos, empregando a técnica de Sanger. No entanto, com o número crescente de genes descritos nos últimos anos, esse processo vem se tornando impraticável. Novas metodologias de sequenciamento (sequenciamento paralelo em larga escala) foram desenvolvidas permitindo a genotipagem simultânea de diversas regiões, com maior velocidade e menor custo relativo. O atual projeto foi desenvolvido com o objetivo de rastrear genes candidatos em pacientes portadores de HHI congênito utilizando-se o sequenciamento paralelo em larga escala, visando ampliar o conhecimento genético do HHI. Realizamos o sequenciamento paralelo em larga escala (SPLE) de 130 pacientes com HHI congênito utilizando um painel contendo 36 genes relacionados ao HHI. Inicialmente, identificamos 104 variantes, potencialmente patogênicas em 77 pacientes (59,2%). Após a filtragem inicial, foi realizada uma análise individualizada de cada variante e com isso foram mantidos 41 (31,5%) pacientes com variantes classificadas como patogênicas ou provavelmente patogênicas. Os genes KAL1, FGFR1, CHD7 e GNRHR foram os mais frequentemente afetados. Esses resultados confirmam a importância dos genes classicamente associados ao HHI congênito. Destaca-se a alta prevalência de variantes no CHD7 (10,8%), gene bastante extenso, levando à dificuldade técnica de sequenciá-lo pelos métodos tradicionais, até então sem estudos nessa coorte. O CHD7 é um gene originalmente associado à complexa síndrome de CHARGE, porém, nos últimos anos vem sendo cada vez mais associados ao HHI congênito. Dentre os resultados, ressaltamos a identificação de uma mutação inédita no gene GNRH1, causa rara de HHI, e a identificação de variantes deletérias no gene IGSF10, recentemente descrito associado ao atraso puberal, mas sem papel claro no fenótipo de HHI, em dois pacientes que tiveram reversibilidade do hipogonadismo. Variantes provavelmente patogênicas em genes com poucas descrições ou até mesmo sem relatos de associação ao fenótipo de HHI (SPRY4, FLRT3, IGSF1, NSMF, SOX10 e OTX2) também foram identificadas nessa coorte, ampliando nosso conhecimento genético do HHI. A oligogenicidade, previamente descrita com prevalência de 2,5% a 7%, em nosso estudo esteve presente em 22% dos pacientes, demonstrando uma ampliação das descrições de oligogenicidade quando comparados aos estudos prévios utilizando somente a técnica de Sanger. A nova técnica de sequenciamento genético (SPLE), utilizada em nosso estudo, foi capaz de ampliar de 22% para 31,5% (41 em 130 pacientes) a porcentagem de pacientes com diagnóstico molecular definido, quando comparado aos dados prévios utilizando a técnica de Sanger, mostrando-se rápida, confiável e eficaz / Congenital isolated hypogonadotropic hypogonadism (IHH) is a rare condition caused by GnRH deficiency, due to defective hypothalamic gonadotropin-releasing hormone (GnRH) production or secretion, or by pituitary resistance to the GnRH action. Congenital IHH is more prevalent in men and about 50% to 60% of affected individuals present with associated anosmia or hyposmia, characterizing Kallmann\'s syndrome. Several genes have already been associated with the pathogenesis of congenital IHH, but most cases still remain without a molecular diagnosis. Until recently, identification of the genetic causes of IHH was performed by sequencing candidate genes using the Sanger technique. However, with the growing number of genes and the genetic complexity of IHH, it has become almost impossible to keep the screening of all candidate genes updated using the traditional techniques. The advent of next-generation sequencing (NGS) has allowed the simultaneous genotyping of several regions, faster and with lower relative cost. The present project was developed with the objective of tracking candidate genes in patients with congenital IHH using large-scale parallel sequencing, in aiming to increase the genetic knowledge of this rare condition. A total of 130 unrelated patients with IHH was studied by targeted NGS, using a panel containing 36 IHH associated genes. Initially, 104 potentially pathogenic variants were identified in 77 patients (59.2%). However, after an individualized analysis of each variant, the number of patients considered to carry pathogenic or probably pathogenic variants dropped to 41 (31.5%). The genes KAL1, FGFR1, CHD7 and GNRHR were the most frequently affected and these results confirm the importance of genes classically associated with IHH. It is noteworthy the high prevalence of variants in CHD7 (10.8%), a rather extensive gene, leading to technical difficulty of sequencing by traditional methods, which had not been studied in this cohort. CHD7 is the causative gene of CHARGE syndrome, however it has been recently identified in a growing number of congenital IHH patients with or without additional features of the syndrome. Among the results, we emphasize a novel mutation in the GNRH1 gene, a rare cause of IHH, and the identification of deleterious variants in the IGSF10 gene, recently associated with pubertal delay but without a clear role in the IHH phenotype, in two patients with reversible hypogonadism. Probably pathogenic variants in genes with few descriptions or even no reports of association with the IHH phenotype (SPRY4, FLRT3, IGSF1, NSMF, SOX10 and OTX2) were also identified in this cohort, increasing the genetic knowledge of IHH. Oligogenicity, previously described with a prevalence of 2.5% to 7%, was observed in 22% of our patients, demonstrating an increase in oligogenicity cases when compared to previous studies using only the Sanger sequencing. In conclusion, targeted NGS was able to increase the percentage of patients with molecular diagnosis from 22% to 31.5% in our cohort when compared to the previous data using the Sanger sequencing, and has been shown to be a fast, reliable and effective tool in the molecular diagnosis of congenital IHH

O sistema da procineticina desempenha um papel importante na migração dos neurônios secretores de GnRH e na neurogênese do bulbo olfatório. Camundongos com ablação dos genes que codificam a procineticina 2 (PROK2) e seu receptor (PROKR2) apresentaram fenótipos semelhantes ao da síndrome de Kallmann descrita em humanos. Mutações inativadoras nos genes PROK2 e PROKR2 foram identificadas em pacientes com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado. Com base nestes achados, investigamos a presença de alterações estruturais nos genes PROK2 e PROKR2 em 107 pacientes brasileiros (63 com síndrome de Kallmann e 47 com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado normósmico). Cem indivíduos brasileiros que relataram desenvolvimento puberal normal foram utilizados como grupo controle. As regiões codificadoras dos genes PROK2 e PROKR2 foram amplificadas utilizando-se oligonucleotídeos intrônicos específicos, seguida de purificação enzimática e sequenciamento automático. Duas mutações no gene PROK2 foram identificadas: a mutação p.G100fsX121 em homozigose presente em dois irmãos com síndrome de Kallmann; e a mutação p.I55fsX56 em heterozigose identiificada em um paciente com HHIn. Quatro mutações foram identificadas no gene PROKR2 (p.R80C, p.Y140X, p.L173R e p.R268C) em cinco pacientes com síndrome de Kallmann e um paciente com HHIn. Essas mutações não foram encontradas no grupo controle. As mutações do tipo missense, p.R80C, p.L173R e p.R268C foram identificadas em heterozigose. Mutações nos genes FGFR1, GnRHR, KiSS-1 e GPR54 foram excluídas nesses pacientes. O paciente portador da mutação p.R268C do PROKR2 apresentou deleção dos exons 1 e 2 do gene KAL1. Adicionalmente, as mutações p.R80C e p.R268C foram identificadas em heterozigose em parentes de primeiro grau assintomáticos dos casos índices. A nova mutação p.Y140X do PROKR2, única alteração em homozigose, foi identificada em um paciente com micropênis, criptorquidia bilateral, anosmia e palato ogival. Os pais deste paciente eram portadores da mutação p.Y140X em heterozigose e relataram desenvolvimento puberal normal e ausência de anormalidades olfatórias. Estudos in vitro da nova mutação p.R80C localizada na primeira alça intracelular demonstraram que o acúmulo de fofatidil-inositol (IP), assim como a ativação da via da MAPK foram significativamente afetadas em células transfectadas com o receptor mutado em relação ao receptor selvagem, indicando que a mutação p.R80C determina uma menor atividade do receptor. Avaliação da expressão por Western blot mostrou uma diminuição na expressão do receptor mutado R80C e uma maior expressão de receptores imaturos. Esses achados sugeriram o papel crítico da arginina localizada na posição 80 na atividade normal do receptor. Em conclusão, expandimos o repertório de mutações deletérias nos genes PROK2 e PROKR2 em pacientes com hipogonadismo hipogonadotrófico isolado. A haploinsuficiência do PROKR2 não foi suficiente para causar síndrome de Kallmann ou HHIn, entretanto mutações inativadoras em homozigose nos genes PROK2 e PROKR2 foram responsáveis pelo fenótipo reprodutivo e olfatório anormal, em concordância com os estudos prévios de ablação gênica em modelos animais. Arginina localizada na posição 80 do PROKR2 desempenha um papel crucial na adequada maturação do receptor / Physiological activation of the prokineticin pathway has a critical role in olfactory bulb morphogenesis and GnRH secretion. Knock-out mice for genes that encode prokineticin 2 (PROK2) and the prokineticin receptor 2 (PROKR2) exhibited a phenotype similar to the Kallmann syndrome (KS). Inactivating mutations in PROK2 and PROKR2 have been identified in patients with isolated hypogonadotropic hypogonadism. Based on these findings, we investigated the presence of inactivating mutations of the genes PROK2 and PROKR2 in Brazilian patients with isolated hypogonadotropic hypogonadism associated or not with olfactory abnormalities and performed in vitro studies of the new identified mutations. We studied 107 patients with HH (63 with Kallmann syndrome and 44 with normosmic HH) and 100 control individuals. The coding regions of PROK2 and PROKR2 were amplified by polymerase chain reaction followed by enzymatic purification and direct automatic sequencing. In PROK2, two known frameshift mutations were identified. Two brothers with Kallmann syndrome harbored the homozygous p.G100fsX121 mutation, whereas one male with normosmic HH harbored the heterozygous p.I55fsX56 mutation. In PROKR2, four distinct mutations (p.R80C, p.Y140X, p.L173R and p.R268C) were identified in five patients with Kallmann syndrome and in one patient with normosmic HH. These mutations were not found in the control group. The p.R80C and p.R268C missense mutations were identified in heterozygous state in the HH patients and in their asymptomatic first-degree relatives. The p.L173R was also identified in heterozygous state. In addition, no mutations of FGFR1, GnRHR, KiSS-1 or GPR54 were identified in these patients. The patient with the PROKR2 mutation p.R268C also has a deletion of the exon 1 and 2 in the gene KAL1. Notably, the new nonsense mutation (p.Y140X) was identified in homozygous state in an anosmic boy with micropenis, bilateral cryptorchidism and high-arched palate. His asymptomatic parents were heterozygous for this severe defect. In vitro studies of the new mutation, p.R80C, were performed in order to access the mechanism by which this mutation could affect the activity of the PROKR2. In vitro studies showed that the amount of fofatidil-inositol (PI) and the activation of MAPK were significantly lower in cells transfected with the R80C mutant receptor than in cells transfected with the wild receptor, indicating that this variant is a loss-of-function mutation. Binding studies and Western blot showed a reduction in the expression levels of the receptor in the plasma membrane and in whole cell, respectively. Additionally, Western blot analysis of R80C PROKR2 revealed an additional smaller molecular weight band that represents the presence of immature unglycosylated receptors. The arginine 80 in ICL1 is important for post-translational processing of PROKR2. In conclusion, we expanded the repertoire of PROK2 and PROKR2 mutations in patients with HH and showed that PROKR2 haploinsufficiency is not sufficient to cause Kallmann syndrome or normosmic HH, whereas homozygous loss-of-function mutations either in PROK2 or PROKR2 are sufficient to cause disease phenotype, in accordance with the Prokr2 and Prok2 knockout mouse models. In vitro studies suggested that the arginine located at position 80 of the receptor seems to play an important role in the receptor function

O Hipogonadismo hipogonadotrófico isolado (HHI) congênito é uma síndrome clínica rara causada por defeito na produção ou secreção do hormônio liberador de gonadotrofinas (GnRH) pelo hipotálamo ou por resistência hipofisária à ação do GnRH. O HHI é mais prevalente em homens e cerca de 50% a 60% dos indivíduos afetados apresentam anosmia ou hiposmia associada, caracterizando a síndrome de Kallmann. Diversos genes já foram associados à patogênese do HHI congênito, porém, a maioria dos casos ainda permanece sem diagnóstico molecular definido. Até recentemente, a identificação das causas genéticas dos pacientes com HHI era realizada por sequenciamento de genes candidatos, empregando a técnica de Sanger. No entanto, com o número crescente de genes descritos nos últimos anos, esse processo vem se tornando impraticável. Novas metodologias de sequenciamento (sequenciamento paralelo em larga escala) foram desenvolvidas permitindo a genotipagem simultânea de diversas regiões, com maior velocidade e menor custo relativo. O atual projeto foi desenvolvido com o objetivo de rastrear genes candidatos em pacientes portadores de HHI congênito utilizando-se o sequenciamento paralelo em larga escala, visando ampliar o conhecimento genético do HHI. Realizamos o sequenciamento paralelo em larga escala (SPLE) de 130 pacientes com HHI congênito utilizando um painel contendo 36 genes relacionados ao HHI. Inicialmente, identificamos 104 variantes, potencialmente patogênicas em 77 pacientes (59,2%). Após a filtragem inicial, foi realizada uma análise individualizada de cada variante e com isso foram mantidos 41 (31,5%) pacientes com variantes classificadas como patogênicas ou provavelmente patogênicas. Os genes KAL1, FGFR1, CHD7 e GNRHR foram os mais frequentemente afetados. Esses resultados confirmam a importância dos genes classicamente associados ao HHI congênito. Destaca-se a alta prevalência de variantes no CHD7 (10,8%), gene bastante extenso, levando à dificuldade técnica de sequenciá-lo pelos métodos tradicionais, até então sem estudos nessa coorte. O CHD7 é um gene originalmente associado à complexa síndrome de CHARGE, porém, nos últimos anos vem sendo cada vez mais associados ao HHI congênito. Dentre os resultados, ressaltamos a identificação de uma mutação inédita no gene GNRH1, causa rara de HHI, e a identificação de variantes deletérias no gene IGSF10, recentemente descrito associado ao atraso puberal, mas sem papel claro no fenótipo de HHI, em dois pacientes que tiveram reversibilidade do hipogonadismo. Variantes provavelmente patogênicas em genes com poucas descrições ou até mesmo sem relatos de associação ao fenótipo de HHI (SPRY4, FLRT3, IGSF1, NSMF, SOX10 e OTX2) também foram identificadas nessa coorte, ampliando nosso conhecimento genético do HHI. A oligogenicidade, previamente descrita com prevalência de 2,5% a 7%, em nosso estudo esteve presente em 22% dos pacientes, demonstrando uma ampliação das descrições de oligogenicidade quando comparados aos estudos prévios utilizando somente a técnica de Sanger. A nova técnica de sequenciamento genético (SPLE), utilizada em nosso estudo, foi capaz de ampliar de 22% para 31,5% (41 em 130 pacientes) a porcentagem de pacientes com diagnóstico molecular definido, quando comparado aos dados prévios utilizando a técnica de Sanger, mostrando-se rápida, confiável e eficaz / Congenital isolated hypogonadotropic hypogonadism (IHH) is a rare condition caused by GnRH deficiency, due to defective hypothalamic gonadotropin-releasing hormone (GnRH) production or secretion, or by pituitary resistance to the GnRH action. Congenital IHH is more prevalent in men and about 50% to 60% of affected individuals present with associated anosmia or hyposmia, characterizing Kallmann\'s syndrome. Several genes have already been associated with the pathogenesis of congenital IHH, but most cases still remain without a molecular diagnosis. Until recently, identification of the genetic causes of IHH was performed by sequencing candidate genes using the Sanger technique. However, with the growing number of genes and the genetic complexity of IHH, it has become almost impossible to keep the screening of all candidate genes updated using the traditional techniques. The advent of next-generation sequencing (NGS) has allowed the simultaneous genotyping of several regions, faster and with lower relative cost. The present project was developed with the objective of tracking candidate genes in patients with congenital IHH using large-scale parallel sequencing, in aiming to increase the genetic knowledge of this rare condition. A total of 130 unrelated patients with IHH was studied by targeted NGS, using a panel containing 36 IHH associated genes. Initially, 104 potentially pathogenic variants were identified in 77 patients (59.2%). However, after an individualized analysis of each variant, the number of patients considered to carry pathogenic or probably pathogenic variants dropped to 41 (31.5%). The genes KAL1, FGFR1, CHD7 and GNRHR were the most frequently affected and these results confirm the importance of genes classically associated with IHH. It is noteworthy the high prevalence of variants in CHD7 (10.8%), a rather extensive gene, leading to technical difficulty of sequencing by traditional methods, which had not been studied in this cohort. CHD7 is the causative gene of CHARGE syndrome, however it has been recently identified in a growing number of congenital IHH patients with or without additional features of the syndrome. Among the results, we emphasize a novel mutation in the GNRH1 gene, a rare cause of IHH, and the identification of deleterious variants in the IGSF10 gene, recently associated with pubertal delay but without a clear role in the IHH phenotype, in two patients with reversible hypogonadism. Probably pathogenic variants in genes with few descriptions or even no reports of association with the IHH phenotype (SPRY4, FLRT3, IGSF1, NSMF, SOX10 and OTX2) were also identified in this cohort, increasing the genetic knowledge of IHH. Oligogenicity, previously described with a prevalence of 2.5% to 7%, was observed in 22% of our patients, demonstrating an increase in oligogenicity cases when compared to previous studies using only the Sanger sequencing. In conclusion, targeted NGS was able to increase the percentage of patients with molecular diagnosis from 22% to 31.5% in our cohort when compared to the previous data using the Sanger sequencing, and has been shown to be a fast, reliable and effective tool in the molecular diagnosis of congenital IHH