Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2006. / Härtill 6 uppsatser.

Sequence-function relationship is a fundamental question for many branches of modern biomedical research. It connects the primary sequence of proteins to the function of proteins and fitness of organisms, holding answers for critical questions such as functional consequences of mutations identified in whole genome sequencing and adaptive potential of fast evolving pathogenic viruses and microbes. Many different approaches have been developed to delineate the genotype-phenotype map for different proteins, but are generally limited by their throughput or precision. To systematically quantify the fitness of large numbers of mutations, I modified a novel high throughput mutational scanning approach (EMPIRIC) to investigate the fitness landscape of mutations in important regions of essential proteins from the yeast or RNA viruses. Using EMPIRIC, I analyzed the interplay of the expression level and sequence of Hsp90 on the yeast growth and revealed latent effect of mutations at reduced expression levels of Hsp90. I also examined the functional constraint on the receptor binding site of the Env of Human Immunodeficiency Virus (HIV) and uncovered enhanced receptor binding capacity as a common pathway for adaptation of HIV to laboratory conditions. Moreover, I explored the adaptive potential of neuraminidase (NA) of influenza A virus to a NA inhibitor, oseltamivir, and identified novel oseltamivir resistance mutations with distinct molecular mechanisms. In summary, I applied a high throughput functional genomics approach to map the sequence-function relationship in various systems and examined the evolutionary constraints and adaptive potential of essential proteins ranging from molecular chaperones to drug-targetable viral proteins.

Over the last decade, development and application of a set of molecular genomic approaches based on the chromosome conformation capture method (3C), combined with increasingly powerful imaging approaches have enabled high resolution and genome-wide analysis of the spatial organization of chromosomes. The aim of this thesis is two-fold; 1), to provide guidelines for analyzing and interpreting data obtained from genome-wide 3C methods such as Hi-C and 3C-seq and 2), to leverage the 3C technology to solve genome function, structure, assembly, development and dosage problems across a broad range of organisms and disease models. First, through the introduction of cWorld, a toolkit for manipulating genome structure data, I accelerate the pace at which *C experiments can be performed, analyzed and biological insights inferred. Next I discuss a set of practical guidelines one should consider while planning an experiment to study the structure of the genome, a simple workflow for data processing unique to *C data and a set of considerations one should be aware of while attempting to gain insights from the data. Next, I apply these guidelines and leverage the cWorld toolkit in the context of two dosage compensation systems. The first is a worm condensin mutant which shows a reduction in dosage compensation in the hermaphrodite X chromosomes. The second is an allele-specific study consisting of genome wide Hi-C, RNA-Seq and ATAC-Seq which can measure the state of the active (Xa) and inactive (Xi) X chromosome. Finally I turn to studying specific gene – enhancer looping interactions across a panel of ENCODE cell-lines. These studies, when taken together, further our understanding of how genome structure relates to genome function.

Introdução: A cardiomiopatia hipertrófica (CH) é uma doença genética cardíaca primária, caracterizada por hipertrofia do ventrículo esquerdo, sem dilatação, geralmente assimétrica e predominantemente septal, com prevalência estimada em 1:500. Atualmente já foram descobertos 20 genes associados à doença, mas os genes mais frequentemente relacionados são o da Cadeia Pesada da ?-miosina (MYH7), Proteína C de Ligação da Miosina (MYBPC3) e Troponina T (TNNT2). O diagnóstico molecular dos pacientes é importante e custo-efetivo do ponto de vista de saúde pública, além de recomendado pela Sociedade Europeia de Cardiologia. Entretanto, o custo inicial do exame é muito alto, de forma que estudos tentam reduzir esse custo. Uma das propostas descritas utilizou o RNA extraído de leucócitos para sequenciamento com sucesso para o gene MYBPC3. Este trabalho tem como objetivo testar a metodologia de sequenciamento de RNA em larga escala e testar a aplicabilidade da mesma para os genes MYH7 e TNNT2, estimar as principais mutações envolvidas nos pacientes do estudo e estabelecer correlações entre os diferentes genótipos avaliados e os fenótipos dos grupos familiares portadores da doença. Métodos: Os sujeitos incluídos no estudo são portadores de cardiomiopatia hipertrófica nos quais foi feita uma coleta de sangue para extração de DNA e RNA. Foi utilizada nested PCR para amplificação do cDNA e PCR convencional para amplificação de DNA e posterior sequenciamento em sequenciador automático. As análises estatísticas dos dados clínicos foram realizadas utilizando-se ANOVA para comparação de médias e teste exato de Fisher para comparação de frequências. Resultados: O sequenciamento de RNA se mostrou problemático, com baixa taxa de amplificação, falsos positivos e possíveis falsos negativos, de forma que optou-se por utilizar o sequenciamento de DNA para identificação das alterações. Dos 268 pacientes estudados foi identificada uma mutação em 131 deles (48,8%). Das mutações encontradas, 78 (59,5%) estavam no gene MYH7, 50 (38,2%) no gene MYBPC3 e 3 (2,3%) no gene TNNT2. Foram identificadas 69 mutações diferentes, 24 delas ainda não descritas. Pacientes com mutação identificada possuíam em média idade de diagnóstico e idade atual menores, maior frequência cardíaca média e maior frequência de pacientes com taquicardia ventricular não sustentada quando comparados ao grupo sem mutação identificada. Pacientes com mutação no gene MYH7 possuíam maior tamanho de átrio esquerdo, maior frequência de fibrilação atrial e maior frequência de histórico familiar da doença do que pacientes com mutação em MYBPC3. Conclusões: A técnica sequenciamento de RNA extraído de leucócitos não é adequada para uma rotina de rastreamento em larga escala para CH devido à alta frequência de falsos positivos, possibilidade de falsos negativos e baixa taxa de amplificação, mas o sequenciamento de DNA, embora trabalhoso, se mostrou muito sensível para a análise. A identificação de uma mutação específica ainda não pode ser usada para prognóstico de gravidade da CH, mas as comparações de genótipo e fenótipo mostraram algumas relações interessantes que devem ser melhor avaliadas nos pacientes. Este é o primeiro trabalho a caracterizar a epidemiologia molecular da CH em pacientes brasileiros para os genes MYH7, MYBPC3 e TNNT2 / Introduction: Hypertrophic cardiomyopathy (HC) is a primary genetic cardiac disease characterized by left ventricular hypertrophy without dilation, usually asymmetric and predominantly septal, with an estimated prevalence of 1:500. There are 20 genes associated to the HC, but the ones more often related to the disease are ?-myosin heavy chain (MYH7), myosin binding protein C (MYBPC3) and troponin T (TNNT2). The molecular diagnosis of patients is important and cost-effective from the standpoint of public health, and recommended by the European Society of Cardiology. However, the initial cost of the exam is very high, so several studies are attempting to reduce it. One of the proposals described used the RNA extracted from leukocytes for sequencing successfully to the MYBPC3 gene. The present study aims to test the methodology for large-scale sequencing and test it\'s applicability to the MYH7 and TNNT2 genes, to estimate the main mutations involved in the studied patients and establish correlations between their genotypes and phenotypes. Methods: The subjects included in the study were patients previously diagnosed with hypertrophic cardiomyopathy in whom a blood sample was collected to DNA and RNA extraction. It was used nested PCR for cDNA amplification and conventional PCR for DNA amplification for posterior sequencing on an automatic sequencer. Statistical analyzes of clinical data were performed using ANOVA to compare means and Fisher\'s exact test for frequencies comparison. Results: The RNA sequencing was problematic with low rate of amplification, false positives and possible false negatives, so was used DNA sequencing to identify the mutations. Of the 268 patients studied a mutation was identified in 131 of them (48.8%). Among the mutations found, 78 (59.5%) were in the MYH7 gene, 50 (38.2%) in the MYBPC3 gene and three (2.3%) in the TNNT2 gene. We have identified 69 different mutations, 24 of them not yet described. Patients with an identified mutation had an average smaller age of diagnosis and current age, higher average cardiac frequency and higher frequency of patients with nonsustained ventricular tachycardia compared to those without an identified mutation. Patients with mutations in the MYH7 gene had larger left atrium size, higher frequency of atrial fibrillation and higher frequency of family history of the disease than patients with a mutation in the MYBPC3 gene. Conclusions: The technique of sequencing RNA extracted from leucocytes is not suitable for large scale routine screening for CH due to the high frequency of false positives, possibility of false negatives and low rate of amplification, but the DNA sequencing, though laborious, was very sensitive to the analysis. Identification of a specific mutation cannot yet be used for prognosis of the disease\'s severity, but comparisons of genotype and phenotype have shown some interesting relationships that should be further evaluated. The presente study is the first one to characterize the molecular epidemiology of hypertrophic cardiomyopathy in Brazilian patients for those three more important genes mentioned above

Introdução: A cardiomiopatia hipertrófica (CH) é uma doença genética cardíaca primária, caracterizada por hipertrofia do ventrículo esquerdo, sem dilatação, geralmente assimétrica e predominantemente septal, com prevalência estimada em 1:500. Atualmente já foram descobertos 20 genes associados à doença, mas os genes mais frequentemente relacionados são o da Cadeia Pesada da ?-miosina (MYH7), Proteína C de Ligação da Miosina (MYBPC3) e Troponina T (TNNT2). O diagnóstico molecular dos pacientes é importante e custo-efetivo do ponto de vista de saúde pública, além de recomendado pela Sociedade Europeia de Cardiologia. Entretanto, o custo inicial do exame é muito alto, de forma que estudos tentam reduzir esse custo. Uma das propostas descritas utilizou o RNA extraído de leucócitos para sequenciamento com sucesso para o gene MYBPC3. Este trabalho tem como objetivo testar a metodologia de sequenciamento de RNA em larga escala e testar a aplicabilidade da mesma para os genes MYH7 e TNNT2, estimar as principais mutações envolvidas nos pacientes do estudo e estabelecer correlações entre os diferentes genótipos avaliados e os fenótipos dos grupos familiares portadores da doença. Métodos: Os sujeitos incluídos no estudo são portadores de cardiomiopatia hipertrófica nos quais foi feita uma coleta de sangue para extração de DNA e RNA. Foi utilizada nested PCR para amplificação do cDNA e PCR convencional para amplificação de DNA e posterior sequenciamento em sequenciador automático. As análises estatísticas dos dados clínicos foram realizadas utilizando-se ANOVA para comparação de médias e teste exato de Fisher para comparação de frequências. Resultados: O sequenciamento de RNA se mostrou problemático, com baixa taxa de amplificação, falsos positivos e possíveis falsos negativos, de forma que optou-se por utilizar o sequenciamento de DNA para identificação das alterações. Dos 268 pacientes estudados foi identificada uma mutação em 131 deles (48,8%). Das mutações encontradas, 78 (59,5%) estavam no gene MYH7, 50 (38,2%) no gene MYBPC3 e 3 (2,3%) no gene TNNT2. Foram identificadas 69 mutações diferentes, 24 delas ainda não descritas. Pacientes com mutação identificada possuíam em média idade de diagnóstico e idade atual menores, maior frequência cardíaca média e maior frequência de pacientes com taquicardia ventricular não sustentada quando comparados ao grupo sem mutação identificada. Pacientes com mutação no gene MYH7 possuíam maior tamanho de átrio esquerdo, maior frequência de fibrilação atrial e maior frequência de histórico familiar da doença do que pacientes com mutação em MYBPC3. Conclusões: A técnica sequenciamento de RNA extraído de leucócitos não é adequada para uma rotina de rastreamento em larga escala para CH devido à alta frequência de falsos positivos, possibilidade de falsos negativos e baixa taxa de amplificação, mas o sequenciamento de DNA, embora trabalhoso, se mostrou muito sensível para a análise. A identificação de uma mutação específica ainda não pode ser usada para prognóstico de gravidade da CH, mas as comparações de genótipo e fenótipo mostraram algumas relações interessantes que devem ser melhor avaliadas nos pacientes. Este é o primeiro trabalho a caracterizar a epidemiologia molecular da CH em pacientes brasileiros para os genes MYH7, MYBPC3 e TNNT2 / Introduction: Hypertrophic cardiomyopathy (HC) is a primary genetic cardiac disease characterized by left ventricular hypertrophy without dilation, usually asymmetric and predominantly septal, with an estimated prevalence of 1:500. There are 20 genes associated to the HC, but the ones more often related to the disease are ?-myosin heavy chain (MYH7), myosin binding protein C (MYBPC3) and troponin T (TNNT2). The molecular diagnosis of patients is important and cost-effective from the standpoint of public health, and recommended by the European Society of Cardiology. However, the initial cost of the exam is very high, so several studies are attempting to reduce it. One of the proposals described used the RNA extracted from leukocytes for sequencing successfully to the MYBPC3 gene. The present study aims to test the methodology for large-scale sequencing and test it\'s applicability to the MYH7 and TNNT2 genes, to estimate the main mutations involved in the studied patients and establish correlations between their genotypes and phenotypes. Methods: The subjects included in the study were patients previously diagnosed with hypertrophic cardiomyopathy in whom a blood sample was collected to DNA and RNA extraction. It was used nested PCR for cDNA amplification and conventional PCR for DNA amplification for posterior sequencing on an automatic sequencer. Statistical analyzes of clinical data were performed using ANOVA to compare means and Fisher\'s exact test for frequencies comparison. Results: The RNA sequencing was problematic with low rate of amplification, false positives and possible false negatives, so was used DNA sequencing to identify the mutations. Of the 268 patients studied a mutation was identified in 131 of them (48.8%). Among the mutations found, 78 (59.5%) were in the MYH7 gene, 50 (38.2%) in the MYBPC3 gene and three (2.3%) in the TNNT2 gene. We have identified 69 different mutations, 24 of them not yet described. Patients with an identified mutation had an average smaller age of diagnosis and current age, higher average cardiac frequency and higher frequency of patients with nonsustained ventricular tachycardia compared to those without an identified mutation. Patients with mutations in the MYH7 gene had larger left atrium size, higher frequency of atrial fibrillation and higher frequency of family history of the disease than patients with a mutation in the MYBPC3 gene. Conclusions: The technique of sequencing RNA extracted from leucocytes is not suitable for large scale routine screening for CH due to the high frequency of false positives, possibility of false negatives and low rate of amplification, but the DNA sequencing, though laborious, was very sensitive to the analysis. Identification of a specific mutation cannot yet be used for prognosis of the disease\'s severity, but comparisons of genotype and phenotype have shown some interesting relationships that should be further evaluated. The presente study is the first one to characterize the molecular epidemiology of hypertrophic cardiomyopathy in Brazilian patients for those three more important genes mentioned above