Treacher Collins syndrome (TCS) is an autosomal dominant craniofacial development disorder and is caused by mutations in the TCOF1 gene. The TCOFl protein treacle is a nucleolar protein and may function in ribosome biogenesis.Previously, we identified downstream candidate genes using microarray analysis after manipulating Tcofl levels in a murine neuroblastoma (NB) cell line. The list of genes includes cell cycle genes as well as the transcription factors Cnbp and Tbx2, which are known to affect the cell cycle through the c-myc and p19-Mdm2-p53-p21 pathways respectively. To further characterize the cellular effects of Tcofl, stably transfected NB cell lines with overexpression or knockdown of Tcofl were generated. Growth curves were generated by counting cell numbers. BrdU incorporation and TUNEL assays were used to determine proliferation and apoptosis levels. Western blot analysis was used to detect protein level changes of candidate downstream pathway genes. Bothoverexpression and knockdown of Tcofl are detrimental to cell growth. Overexpression of Tcofl causes increased apoptosis and knockdown of Tcofl causes reduced cell proliferation and increased apoptosis. Western blot analysis shows that Cnbp and Tbx2 protein levels change with Tcofl, c-myc level is decreased in Tcofl knockdown cells and p19 (Cdkn2d), p53 and p21 (Cdkn1a) levels are increased in Tcofl overexpressing cells. Our results suggest that an optimal Tcofl level is required for cell proliferation and survival, and that overexpression and knockdown of Tcofl may affect cell proliferation and apoptosis through the p19-Mdm2-p53-p21 and Cnbp-c-myc pathways respectively.Heterozygous Tcofl knock out mice are neonatal lethal, which circumvents further analysis of the heterozygous and homozygous mice. In this study, we generated Tcofl conditional allele mice with loxP sites flanking exon 1. These mice were crossed with Wntl-Cre transgenic mice to generate a conditional knockout of Tcofl specifically in neural crest (NC) cells. Homozygous conditional knockout mice show craniofacial abnormalities resembling TCS patients. Heterozygous conditional knockout mice are phenotypically normal, which suggests that Tcofl functions in tissues other than NC cells during development. Cnbp expression is decreased in a proportion of the homozygous conditional knockout mouse embryos. Our results suggest that Tcofl may affect craniofacial development through Cnbp by maintaining cell growth.

Neste trabalho tentamos traçar quais seriam os efeitos funcionais e de expressão gênica de mutações patogênicas no gene TCOF1 em células não embrionárias. A partir do estabelecimento de culturas celulares oriundas de periósteo facial de quatro pacientes portadores da síndrome de Treacher Collins (STC), obtivemos populações celulares com mais de 95% de marcação positiva para antígenos que caracterizam células de origem mesenquimal. Demonstramos que as células-tronco mesenquimais e fibroblastos provenientes de pacientes com STC apresentaram redução da expressão de TCOF1 de aproximadamente 31% quando comparados aos controles. Tal redução se mostrou compatível com a diminuição da expressão dos transcritos portadores de mutação patogênica observada no seqüenciamento do cDNA dos pacientes. Portanto, estes resultados sugerem que há degradação do transcrito mutado, que muito possivelmente deve ser regulada pelo mecanismo de non-sense mediated mRNA decay (NMD) e corroboram o modelo de haploinsuficiência da Treacle. Como o pico de expressão do gene Tcof1 é detectado durante o estágio embrionário de formação das células da crista neural e embriões de camundongos Tcof1+/- apresentam redução da proliferação das células neuroepiteliais, testamos se haveria alteração da capacidade proliferativa de células mesenquimais adultas com mutações no TCOF1. A análise das taxas de crescimento das culturas celulares provenientes de pacientes com STC se mostrou semelhante aos controles normais, indicando que menores níveis de transcritos do gene não interferem na capacidade proliferativa celular. Além disso, avaliamos o potencial de diferenciação óssea in vitro, mostrando que menores níveis de TCOF1 também não parecem influenciar a capacidade de diferenciação celular. Apesar de ainda não termos identificado um fenótipo celular, a deficiência de TCOF1 em células não embrionárias resulta na alteração da expressão gênica, já que a análise da expressão genômica das culturas celulares identificou uma série de genes diferencialmente expressos. Ademais, genes de parada do ciclo celular e apoptose com expressão aumentada em células embrionárias de camundongo Tcof1+/- não apresentaram expressão aumentada nas células humanas com mutações patogênicas no TCOF1, sugerindo que a via da p53 não está ativa nestas células não embrionárias. Dentre os genes diferencialmente expressos encontrados, o aumento dos transcritos de DAXX nas células-tronco mesenquimais com mutações patogênicas no TCOF1 poderia modular as funções da p53 nessas células, constituindo um bom alvo de investigações futuras para a elucidação da função do TCOF1 em células não embrionárias. Os resultados obtidos sugerem que deficiência de TCOF1 em células mesenquimais leva à ativação de outras vias de sinalização, cujo efeito funcional é ainda desconhecido. Quais seriam as funções e em quais vias celulares o TCOF1 agiria, são questões a serem elucidadas a respeito do papel do gene na fase adulta. / In this work we tried to outline the effects of functional and gene expression of pathogenic mutations in the gene TCOF1 in non-embryonic cells. From the establishment of facial periosteum derived cell culture of four patients with Treacher Collins syndrome (TCS), we obtained cell populations that are more than 95% positive for mesenchymal origin characteristic antigens. We demonstrated that mesenchymal stem cells and fibroblasts from patients with TCS showed reduction of approximately 31% in the TCOF1 expression when compared to controls. This reduction was consistent with the decrease in the expression of transcripts carrying the pathogenic mutations observed when sequencing the cDNA of the patients. Therefore, these results suggest that degradation of the mutated transcript occurs and it may possibly be governed by the mechanism of non-sense mediated mRNA decay (NMD), thus corroborating the Treacle haploinsufficiency model. As the peak of TCOF1 gene expression is detected during the embryonic stage of the formation of neural crest cells and Tcof1+/- mice embryos had shown reduction of neuroepithelium cells proliferation rate, we tested if there is a change in proliferative capacity of adult mesenchymal cells with mutations in TCOF1. The analysis of the growth rate of TCS patients cells was similar to normal controls, indicating that lower levels of transcripts of the gene does not interfere with cellular proliferative capacity. Furthermore, we evaluated the bone differentiation potential of these cells in vitro, showing that lower levels of TCOF1 also seem does not influence cell differentiation ability. Although a cellular phenotype has not yet been identified, deficiency of TCOF1 in non-embryonic cells results in gene expression change, since genomic analysis of the expression of cell cultures identified a number of differentially expressed genes. Furthermore, arresting cell cycle and apoptosis related genes with increased expression in embryonic cells of Tcof1+/- mice showed no increased expression in human cells with pathogenic mutations in TCOF1 suggesting that the p53 pathway is not active in these non-embryonic cells. Among the differentially expressed genes found, the increase of DAXX transcripts in mesenchymal stem cells with pathogenic mutations in TCOF1 could modulate the function of p53 in these cells, providing a good target for future investigations to elucidate the function of TCOF1 in non-embryonic cells. The results suggest that deficiency of TCOF1 in mesenchymal cells leads to activation of other signaling pathways, whose functional effects are still unknown. The functions and cellular pathways in which the TCOF1 act, are issues yet to be elucidated concerning the role of the gene during adulthood.

Neste trabalho, estudamos duas malformações craniofaciais mendelianas, decorrentes de um distúrbio do desenvolvimento dos primeiro e segundo arcos faríngeos: a síndrome de Treacher Collins (STC) e a síndrome Aurículo-condilar (SAC). A identificação de genes e de mecanismos moleculares associados a essas condições, além de contribuir para a compreensão do desenvolvimento das estruturas derivadas desses arcos faríngeos, é fundamental para o desenvolvimento do diagnóstico molecular, uma ferramenta importante para diagnóstico diferencial e aconselhamento genético. Contribuímos para uma melhor caracterização clínica da SAC com a descrição de uma nova família com 11 afetados. Após excluirmos quatro genes/regiões candidatas para síndromes de 1º e 2º arcos faríngeos, realizamos estudos de ligação usando marcadores polimórficos ao longo do genoma. Mapeamos o primeiro lócus associado à SAC, 1p21.1-q23.3 (lod score=3.0), e nossos dados sugerem que há heterogeneidade genética para essa patologia. Com relação ao estudo da STC, realizamos uma extensa revisão da nomenclatura das mutações patogênicas descritas na literatura, além de investigar mecanismos mutacionais atípicos na STC, corroborando a hipótese de que mutações nos exons que sofrem splicing alternativo são capazes de gerar o fenótipo da síndrome. Demos continuidade à caracterização do espectro de mutações no gene TCOF1 e investigamos a correlação genótipo-fenótipo numa amostra de 58 pacientes com STC. A análise dos dados de polimorfismos da região codificadora do gene permitiu que fizéssemos inferências sobre o regime de seleção ao qual o TCOF1 está submetido, e os resultados sugeriram que o gene TCOF1 está sob seleção purificadora, que atua sobre mutações fracamente deletérias. Também inferimos a fase para um conjunto de polimorfismos da região codificadora, verificando se havia associação de algum haplótipo à gravidade do quadro clínico ou à predisposição para a doença. Dada a observação de ausência de correlação haplótipo/genótipo-fenótipo, testamos a hipótese de que variações nos níveis de expressão do alelo normal poderiam ser responsáveis pela variabilidade clínica observada nos pacientes portadores da STC. Para tanto, iniciamos o estudo funcional das regiões regulatórias do gene TCOF1 , inclusive, de regiões distantes do promotor mínimo, preditas como enhancers. Identificamos polimorfismos em sua região promotora, sendo um deles capaz de diminuir os níveis de transcrição e de afetar a ligação do fator de transcrição YY1 ao promotor do TCOF1 . Caracterizamos a ação de YY1 como repressora in vitro. Testamos também a hipótese de haploinsuficiência como mecanismo associado à STC. Quantificamos os níveis de transcritos do TCOF1 em indivíduos afetados e normais e observamos uma diferença significativa. Nosso trabalho corrobora a hipótese de haploinsuficiência e mostra pela primeira vez que pacientes têm degradação de transcritos. Também investigamos a possibilidade de os níveis de transcritos estarem correlacionados à variabilidade fenotípica. Comparamos os dados de expressão de cada paciente à freqüência de nove sinais clínicos principais da STC, mas nenhuma correlação foi observada. Investigamos o padrão de metilação da ilha CpG do gene TCOF1 em pacientes e em controles, com o intuito de verificar se diferentes níveis de metilação inter-individual estariam associados à grande variação na expressão gênica. Demonstramos que a metilação da ilha CpG não é o mecanismo regulatório por trás dessa ampla variação de expressão do TCOF1 / In the present study, we investigate two craniofacial mendelian disorders, resulting from abnormalities in the development of the first and second pharyngeal arches: the Treacher Collins Syndrome (TCS ) and the auriculo condylar syndrome (ACS). The identification of genes and molecular mechanisms associated to these conditions, in addition to contributing to the understanding of the development of structures derived from these pharyngeal arches, is fundamental for the development of molecular diagnostics, an important tool for differential diagnosis and genetic counseling. We contributed to a better clinical characterization of ACS with a description of a new family with 11 affected individuals. After excluding four candidate genes/regions for syndromes of the 1st and 2nd pharyngeal arches, we carried out linkage studies using polymorphic markers throughout the genome. We mapped the first locus associated to ACS, 1p21.1-q23.3 (lod score=3.0), and our data suggest genetic heterogeneity exists for this pathology. With respect to the study of TCS , we carried out an extensive review of the nomenclature for the pathogenic mutations described in the literature, in addition to investigating atypical mutation mechanisms in TCS , corroborating the hypothesis that mutations in the exons that undergo alternative splicing can result in the TCS phenotype. We continued the characterization of the mutation spectrum for TCOF1 and we investigated the genotype-phenotype correlation in a sample of 58 patients with TCS . The analysis of polymorphisms in the coding region allowed us to make inferences about the selective regime experienced by TCOF1 , and our results suggested that TCOF1 is under purifying selection, which acts upon weakly deleterious mutations. We also inferred the phase for a set of polymorphisms in the coding region, testing whether there was association between any haplotype and the severity of the phenotype or the susceptibility to the disease. Given the observation of no correlation between haplotype/genotype and phenotype, we tested the hypothesis that variation in the levels of expression of the normal allele could be responsible for the clinical variability observed in TCS patients. To do this, we started a functional study of the TCOF1 regulatory regions, including regions distant from the minimal promoter, predicted to be enhancers. We identified polymorphisms in the promoter region, one of which reduced the levels of transcription and affected the binding of the YY1 transcription factor to the TCOF1 promoter. Using an in vitro assay we characterized YY1 as a repressor. We also tested the hypothesis of haploinsufficiency as a mechanism associated to TCS . We quantified the levels of TCOF1 transcripts in normal and affected individuals and found a significant difference. Our study corroborates the haploinsufficiency hypothesis and for the first time shows that patients have transcript degradation. We also investigated the possibility that transcripts levels are correlated to phenotypic variability. We compared the expression data for each patient with the frequency of nine clinical signs of TCS , but no correlation was found. We investigated the pattern of methylation on the CpG island of TCOF1 in patients and controls, in order to test whether different levels of methylation among individuals were associated to the great variation in gene expression. We demonstrated that methylation of the CpG island is not the regulatory mechanisms underlying the broad variation in TCOF1 expression.

A síndrome de Treacher Collins (STC) é um distúrbio do desenvolvimento craniofacial de herança autossômica dominante causada por mutações no gene TCOF1, localizado no cromossomo 5 (5q32). Utilizando as técnicas de SSCP e seqüenciamento, estabelecemos um método eficiente para a detecção de mutações no gene TCOF1, o que permitiu oferecer o teste diagnóstico aos pacientes com suspeita clínica de STC. Identificamos a mutação responsável pela síndrome em 39/43 (90,7%) dos pacientes atendidos pelo Centro de Estudos do Genoma Humano e em 23/48 (48%) dos pacientes encaminhados pelo Johns Hopkins Medical Institute. Desse modo, caracterizamos 43 novas mutações patogênicas e 16 novos polimorfismos no gene TCOF1. A detecção de uma troca de aminoácido de caráter patogênica em uma região conservada da proteína nos levou a propor a existência de um domínio funcional importante nessa região. Realizamos triagem de mutações no gene TCOF1 em 24 pacientes com anomalias faciais em estruturas derivadas do 1o e 2o arcos branquiais, mas sem diagnóstico de STC. Nenhuma mutação patogênica foi encontrada nesses casos, indicando que a STC, apesar de apresentar uma grande variabilidade clínica, é uma entidade circunscrita. Triamos também, pela primeira vez, duas famílias cujo padrão de segregação do quadro clínico sugere um padrão de herança autossômico recessivo. Também nesse caso não encontramos mutação no gene TCOF1, apesar de uma análise de segregação com marcadores da região 5q31-q34 não ter excluído essa região de uma possível relação com a síndrome. Testamos, empregando pela primeria vez ferramentas moleculares, a hipótese que as mutações esporádicas que causam a STC têm origem preferencial na linhagem germinativa de homens mais velhos. Ao contrário do sugerido pela literatura, em dez casos informativos encontramos 70% das mutações no cromossomo herdado do pai e 30% de origem materna e nenhuma correlação com aumento de idade paterna. / Treacher Collins syndrome (TCS) is an autosomal dominant disorder affecting craniofacial development. The syndrome is caused by mutations in the TCOF1 gene, located in chromosome 5 (5q32). Combining SSCP and sequencing, we established an efficient method of screening for mutations in the TCOF1 gene, allowing us to offer diagnostic tests to patients with clinical signs of TCS. We detected a pathogenic mutation in 39/43 (90.7%) of patients ascertained at the Centro de Estudos do Genoma Humano and in 23/48 (48%) of patients referred to Johns Hopkins Medical Institute. We therefore characterized 43 novel pathogenic mutations and 16 novel polymorphisms in the TCOF1 gene. We described a pathogenic missense mutation located in a conserved region of the protein, which led us to propose the existence of a critical function domain in its N-terminus. After screening 24 patients with craniofacial anomalies resembling TCS but without a precise clinical diagnosis for mutations in the TCOF1 gene, we found no pathogenic mutation and concluded that, despite its broad clinical spectrum, TCS is well characterized in clinical grounds. We also screened, for the first time, two families in which the segregation of the phenotype suggested autosomal recessive inheritance. No mutation was detected in these families, despite linkage analysis with markers from 5q31-34 not excluding this region. We used molecular techniques for the first time to test the hypothesis that sporadic mutations in TCS arise preferentially in the male germ line and their frequency increases with age. As opposed to what the literature suggested, in ten informative cases we had 7 mutations of paternal origin and 3 originating in the female germ line, with no detectable age effect.

Para melhor conhecer as condições de saúde bucal, associação com fissuras labiopalatinas, alterações de tecido mole e prevalência de anomalias dentárias em pacientes com síndromes craniofaciais, foram avaliados dois grupos de pacientes, sendo 19 com craniossinostoses múltiplas sindrômicas (síndromes de Apert, Crouzon, Pfeiffer e Saethre-Chotzen) e 15 com síndrome de Treacher Collins. O estudo foi realizado por meio de exame clínico e radiográfico e avaliação de índices de placa (PHP e índice de placa visível), cárie (ceo e CPOD) e gengival. Também foi investigada a eficácia do controle de higiene bucal realizado pelos pacientes. Ambos os grupos apresentaram alto índice de placa e baixa eficácia de escovação dentária, sem diferença estatisticamente significativa entre pacientes com e sem sindactilia no grupo de craniossinostoses múltiplas sindrômicas. Apesar do acúmulo de placa, os índices de cárie e gengival encontrados não foram expressivos. A maioria dos pacientes com síndrome de Treacher Collins apresentava fissura labiopalatina, especialmente fissura isolada de palato. Não foi observada presença de fissura labiopalatina no grupo de craniossinostoses múltiplas sindrômicas, que por sua vez apresentou ocorrência bastante freqüente de hiperplasia da mucosa palatina, notadamente em pacientes com síndromes de Apert e Crouzon. Houve alta prevalência de anomalias dentárias em ambos os grupos, especialmente opacidades de esmalte e agenesias dentárias, que poderiam ser características adicionais relacionadas às síndromes não relatadas na literatura até o momento. Com base nestes resultados, é proposto um protocolo de conduta terapêutica odontológica para pacientes com as referidas síndromes. / Two groups of patients were evaluated in an attempt to achieve more information on the oral health status, association with cleft lip and palate, soft tissue alterations and prevalence of dental anomalies in patients with craniofacial syndromes. One group comprised 19 patients with craniosynostosis syndromes (Apert, Crouzon, Pfeiffer and Saethre-Chotzen syndromes) and the other group included 15 patients with Treacher Collins syndrome. The study was conducted by means of clinical and radiographic examination and evaluation of plaque (PHP and visible plaque index), caries (dmf-t and DMFT) and gingival indexes. The efficacy of oral hygiene control performed by the patients was also investigated. Both groups displayed high plaque index and poor efficacy of toothbrushing, with no statistically significant difference between patients with and without syndactyly in the group with craniosynostosis syndromes. Despite the plaque accumulation, the caries and gingival indexes found were not meaningful. Most patients with Treacher Collins syndrome had cleft lip and palate, especially isolated cleft palate. No cases of cleft lip and palate were found in the group of craniosynostosis syndromes, which in turn displayed frequent occurrence of lateral palatal swellings, especially among patients with Apert and Crouzon syndromes. There was a high prevalence of dental anomalies for both groups, especially enamel opacities and tooth agenesis, which might be additional characteristics related to the syndromes that have not been reported in the literature so far. Based on these results, a dental therapeutic protocol is proposed for patients with the aforementioned syndromes.

Para melhor conhecer as condições de saúde bucal, associação com fissuras labiopalatinas, alterações de tecido mole e prevalência de anomalias dentárias em pacientes com síndromes craniofaciais, foram avaliados dois grupos de pacientes, sendo 19 com craniossinostoses múltiplas sindrômicas (síndromes de Apert, Crouzon, Pfeiffer e Saethre-Chotzen) e 15 com síndrome de Treacher Collins. O estudo foi realizado por meio de exame clínico e radiográfico e avaliação de índices de placa (PHP e índice de placa visível), cárie (ceo e CPOD) e gengival. Também foi investigada a eficácia do controle de higiene bucal realizado pelos pacientes. Ambos os grupos apresentaram alto índice de placa e baixa eficácia de escovação dentária, sem diferença estatisticamente significativa entre pacientes com e sem sindactilia no grupo de craniossinostoses múltiplas sindrômicas. Apesar do acúmulo de placa, os índices de cárie e gengival encontrados não foram expressivos. A maioria dos pacientes com síndrome de Treacher Collins apresentava fissura labiopalatina, especialmente fissura isolada de palato. Não foi observada presença de fissura labiopalatina no grupo de craniossinostoses múltiplas sindrômicas, que por sua vez apresentou ocorrência bastante freqüente de hiperplasia da mucosa palatina, notadamente em pacientes com síndromes de Apert e Crouzon. Houve alta prevalência de anomalias dentárias em ambos os grupos, especialmente opacidades de esmalte e agenesias dentárias, que poderiam ser características adicionais relacionadas às síndromes não relatadas na literatura até o momento. Com base nestes resultados, é proposto um protocolo de conduta terapêutica odontológica para pacientes com as referidas síndromes. / Two groups of patients were evaluated in an attempt to achieve more information on the oral health status, association with cleft lip and palate, soft tissue alterations and prevalence of dental anomalies in patients with craniofacial syndromes. One group comprised 19 patients with craniosynostosis syndromes (Apert, Crouzon, Pfeiffer and Saethre-Chotzen syndromes) and the other group included 15 patients with Treacher Collins syndrome. The study was conducted by means of clinical and radiographic examination and evaluation of plaque (PHP and visible plaque index), caries (dmf-t and DMFT) and gingival indexes. The efficacy of oral hygiene control performed by the patients was also investigated. Both groups displayed high plaque index and poor efficacy of toothbrushing, with no statistically significant difference between patients with and without syndactyly in the group with craniosynostosis syndromes. Despite the plaque accumulation, the caries and gingival indexes found were not meaningful. Most patients with Treacher Collins syndrome had cleft lip and palate, especially isolated cleft palate. No cases of cleft lip and palate were found in the group of craniosynostosis syndromes, which in turn displayed frequent occurrence of lateral palatal swellings, especially among patients with Apert and Crouzon syndromes. There was a high prevalence of dental anomalies for both groups, especially enamel opacities and tooth agenesis, which might be additional characteristics related to the syndromes that have not been reported in the literature so far. Based on these results, a dental therapeutic protocol is proposed for patients with the aforementioned syndromes.

Neste trabalho tentamos traçar quais seriam os efeitos funcionais e de expressão gênica de mutações patogênicas no gene TCOF1 em células não embrionárias. A partir do estabelecimento de culturas celulares oriundas de periósteo facial de quatro pacientes portadores da síndrome de Treacher Collins (STC), obtivemos populações celulares com mais de 95% de marcação positiva para antígenos que caracterizam células de origem mesenquimal. Demonstramos que as células-tronco mesenquimais e fibroblastos provenientes de pacientes com STC apresentaram redução da expressão de TCOF1 de aproximadamente 31% quando comparados aos controles. Tal redução se mostrou compatível com a diminuição da expressão dos transcritos portadores de mutação patogênica observada no seqüenciamento do cDNA dos pacientes. Portanto, estes resultados sugerem que há degradação do transcrito mutado, que muito possivelmente deve ser regulada pelo mecanismo de non-sense mediated mRNA decay (NMD) e corroboram o modelo de haploinsuficiência da Treacle. Como o pico de expressão do gene Tcof1 é detectado durante o estágio embrionário de formação das células da crista neural e embriões de camundongos Tcof1+/- apresentam redução da proliferação das células neuroepiteliais, testamos se haveria alteração da capacidade proliferativa de células mesenquimais adultas com mutações no TCOF1. A análise das taxas de crescimento das culturas celulares provenientes de pacientes com STC se mostrou semelhante aos controles normais, indicando que menores níveis de transcritos do gene não interferem na capacidade proliferativa celular. Além disso, avaliamos o potencial de diferenciação óssea in vitro, mostrando que menores níveis de TCOF1 também não parecem influenciar a capacidade de diferenciação celular. Apesar de ainda não termos identificado um fenótipo celular, a deficiência de TCOF1 em células não embrionárias resulta na alteração da expressão gênica, já que a análise da expressão genômica das culturas celulares identificou uma série de genes diferencialmente expressos. Ademais, genes de parada do ciclo celular e apoptose com expressão aumentada em células embrionárias de camundongo Tcof1+/- não apresentaram expressão aumentada nas células humanas com mutações patogênicas no TCOF1, sugerindo que a via da p53 não está ativa nestas células não embrionárias. Dentre os genes diferencialmente expressos encontrados, o aumento dos transcritos de DAXX nas células-tronco mesenquimais com mutações patogênicas no TCOF1 poderia modular as funções da p53 nessas células, constituindo um bom alvo de investigações futuras para a elucidação da função do TCOF1 em células não embrionárias. Os resultados obtidos sugerem que deficiência de TCOF1 em células mesenquimais leva à ativação de outras vias de sinalização, cujo efeito funcional é ainda desconhecido. Quais seriam as funções e em quais vias celulares o TCOF1 agiria, são questões a serem elucidadas a respeito do papel do gene na fase adulta. / In this work we tried to outline the effects of functional and gene expression of pathogenic mutations in the gene TCOF1 in non-embryonic cells. From the establishment of facial periosteum derived cell culture of four patients with Treacher Collins syndrome (TCS), we obtained cell populations that are more than 95% positive for mesenchymal origin characteristic antigens. We demonstrated that mesenchymal stem cells and fibroblasts from patients with TCS showed reduction of approximately 31% in the TCOF1 expression when compared to controls. This reduction was consistent with the decrease in the expression of transcripts carrying the pathogenic mutations observed when sequencing the cDNA of the patients. Therefore, these results suggest that degradation of the mutated transcript occurs and it may possibly be governed by the mechanism of non-sense mediated mRNA decay (NMD), thus corroborating the Treacle haploinsufficiency model. As the peak of TCOF1 gene expression is detected during the embryonic stage of the formation of neural crest cells and Tcof1+/- mice embryos had shown reduction of neuroepithelium cells proliferation rate, we tested if there is a change in proliferative capacity of adult mesenchymal cells with mutations in TCOF1. The analysis of the growth rate of TCS patients cells was similar to normal controls, indicating that lower levels of transcripts of the gene does not interfere with cellular proliferative capacity. Furthermore, we evaluated the bone differentiation potential of these cells in vitro, showing that lower levels of TCOF1 also seem does not influence cell differentiation ability. Although a cellular phenotype has not yet been identified, deficiency of TCOF1 in non-embryonic cells results in gene expression change, since genomic analysis of the expression of cell cultures identified a number of differentially expressed genes. Furthermore, arresting cell cycle and apoptosis related genes with increased expression in embryonic cells of Tcof1+/- mice showed no increased expression in human cells with pathogenic mutations in TCOF1 suggesting that the p53 pathway is not active in these non-embryonic cells. Among the differentially expressed genes found, the increase of DAXX transcripts in mesenchymal stem cells with pathogenic mutations in TCOF1 could modulate the function of p53 in these cells, providing a good target for future investigations to elucidate the function of TCOF1 in non-embryonic cells. The results suggest that deficiency of TCOF1 in mesenchymal cells leads to activation of other signaling pathways, whose functional effects are still unknown. The functions and cellular pathways in which the TCOF1 act, are issues yet to be elucidated concerning the role of the gene during adulthood.

Neste trabalho, estudamos duas malformações craniofaciais mendelianas, decorrentes de um distúrbio do desenvolvimento dos primeiro e segundo arcos faríngeos: a síndrome de Treacher Collins (STC) e a síndrome Aurículo-condilar (SAC). A identificação de genes e de mecanismos moleculares associados a essas condições, além de contribuir para a compreensão do desenvolvimento das estruturas derivadas desses arcos faríngeos, é fundamental para o desenvolvimento do diagnóstico molecular, uma ferramenta importante para diagnóstico diferencial e aconselhamento genético. Contribuímos para uma melhor caracterização clínica da SAC com a descrição de uma nova família com 11 afetados. Após excluirmos quatro genes/regiões candidatas para síndromes de 1º e 2º arcos faríngeos, realizamos estudos de ligação usando marcadores polimórficos ao longo do genoma. Mapeamos o primeiro lócus associado à SAC, 1p21.1-q23.3 (lod score=3.0), e nossos dados sugerem que há heterogeneidade genética para essa patologia. Com relação ao estudo da STC, realizamos uma extensa revisão da nomenclatura das mutações patogênicas descritas na literatura, além de investigar mecanismos mutacionais atípicos na STC, corroborando a hipótese de que mutações nos exons que sofrem splicing alternativo são capazes de gerar o fenótipo da síndrome. Demos continuidade à caracterização do espectro de mutações no gene TCOF1 e investigamos a correlação genótipo-fenótipo numa amostra de 58 pacientes com STC. A análise dos dados de polimorfismos da região codificadora do gene permitiu que fizéssemos inferências sobre o regime de seleção ao qual o TCOF1 está submetido, e os resultados sugeriram que o gene TCOF1 está sob seleção purificadora, que atua sobre mutações fracamente deletérias. Também inferimos a fase para um conjunto de polimorfismos da região codificadora, verificando se havia associação de algum haplótipo à gravidade do quadro clínico ou à predisposição para a doença. Dada a observação de ausência de correlação haplótipo/genótipo-fenótipo, testamos a hipótese de que variações nos níveis de expressão do alelo normal poderiam ser responsáveis pela variabilidade clínica observada nos pacientes portadores da STC. Para tanto, iniciamos o estudo funcional das regiões regulatórias do gene TCOF1 , inclusive, de regiões distantes do promotor mínimo, preditas como enhancers. Identificamos polimorfismos em sua região promotora, sendo um deles capaz de diminuir os níveis de transcrição e de afetar a ligação do fator de transcrição YY1 ao promotor do TCOF1 . Caracterizamos a ação de YY1 como repressora in vitro. Testamos também a hipótese de haploinsuficiência como mecanismo associado à STC. Quantificamos os níveis de transcritos do TCOF1 em indivíduos afetados e normais e observamos uma diferença significativa. Nosso trabalho corrobora a hipótese de haploinsuficiência e mostra pela primeira vez que pacientes têm degradação de transcritos. Também investigamos a possibilidade de os níveis de transcritos estarem correlacionados à variabilidade fenotípica. Comparamos os dados de expressão de cada paciente à freqüência de nove sinais clínicos principais da STC, mas nenhuma correlação foi observada. Investigamos o padrão de metilação da ilha CpG do gene TCOF1 em pacientes e em controles, com o intuito de verificar se diferentes níveis de metilação inter-individual estariam associados à grande variação na expressão gênica. Demonstramos que a metilação da ilha CpG não é o mecanismo regulatório por trás dessa ampla variação de expressão do TCOF1 / In the present study, we investigate two craniofacial mendelian disorders, resulting from abnormalities in the development of the first and second pharyngeal arches: the Treacher Collins Syndrome (TCS ) and the auriculo condylar syndrome (ACS). The identification of genes and molecular mechanisms associated to these conditions, in addition to contributing to the understanding of the development of structures derived from these pharyngeal arches, is fundamental for the development of molecular diagnostics, an important tool for differential diagnosis and genetic counseling. We contributed to a better clinical characterization of ACS with a description of a new family with 11 affected individuals. After excluding four candidate genes/regions for syndromes of the 1st and 2nd pharyngeal arches, we carried out linkage studies using polymorphic markers throughout the genome. We mapped the first locus associated to ACS, 1p21.1-q23.3 (lod score=3.0), and our data suggest genetic heterogeneity exists for this pathology. With respect to the study of TCS , we carried out an extensive review of the nomenclature for the pathogenic mutations described in the literature, in addition to investigating atypical mutation mechanisms in TCS , corroborating the hypothesis that mutations in the exons that undergo alternative splicing can result in the TCS phenotype. We continued the characterization of the mutation spectrum for TCOF1 and we investigated the genotype-phenotype correlation in a sample of 58 patients with TCS . The analysis of polymorphisms in the coding region allowed us to make inferences about the selective regime experienced by TCOF1 , and our results suggested that TCOF1 is under purifying selection, which acts upon weakly deleterious mutations. We also inferred the phase for a set of polymorphisms in the coding region, testing whether there was association between any haplotype and the severity of the phenotype or the susceptibility to the disease. Given the observation of no correlation between haplotype/genotype and phenotype, we tested the hypothesis that variation in the levels of expression of the normal allele could be responsible for the clinical variability observed in TCS patients. To do this, we started a functional study of the TCOF1 regulatory regions, including regions distant from the minimal promoter, predicted to be enhancers. We identified polymorphisms in the promoter region, one of which reduced the levels of transcription and affected the binding of the YY1 transcription factor to the TCOF1 promoter. Using an in vitro assay we characterized YY1 as a repressor. We also tested the hypothesis of haploinsufficiency as a mechanism associated to TCS . We quantified the levels of TCOF1 transcripts in normal and affected individuals and found a significant difference. Our study corroborates the haploinsufficiency hypothesis and for the first time shows that patients have transcript degradation. We also investigated the possibility that transcripts levels are correlated to phenotypic variability. We compared the expression data for each patient with the frequency of nine clinical signs of TCS , but no correlation was found. We investigated the pattern of methylation on the CpG island of TCOF1 in patients and controls, in order to test whether different levels of methylation among individuals were associated to the great variation in gene expression. We demonstrated that methylation of the CpG island is not the regulatory mechanisms underlying the broad variation in TCOF1 expression.

A síndrome de Treacher Collins (STC) é um distúrbio do desenvolvimento craniofacial de herança autossômica dominante causada por mutações no gene TCOF1, localizado no cromossomo 5 (5q32). Utilizando as técnicas de SSCP e seqüenciamento, estabelecemos um método eficiente para a detecção de mutações no gene TCOF1, o que permitiu oferecer o teste diagnóstico aos pacientes com suspeita clínica de STC. Identificamos a mutação responsável pela síndrome em 39/43 (90,7%) dos pacientes atendidos pelo Centro de Estudos do Genoma Humano e em 23/48 (48%) dos pacientes encaminhados pelo Johns Hopkins Medical Institute. Desse modo, caracterizamos 43 novas mutações patogênicas e 16 novos polimorfismos no gene TCOF1. A detecção de uma troca de aminoácido de caráter patogênica em uma região conservada da proteína nos levou a propor a existência de um domínio funcional importante nessa região. Realizamos triagem de mutações no gene TCOF1 em 24 pacientes com anomalias faciais em estruturas derivadas do 1o e 2o arcos branquiais, mas sem diagnóstico de STC. Nenhuma mutação patogênica foi encontrada nesses casos, indicando que a STC, apesar de apresentar uma grande variabilidade clínica, é uma entidade circunscrita. Triamos também, pela primeira vez, duas famílias cujo padrão de segregação do quadro clínico sugere um padrão de herança autossômico recessivo. Também nesse caso não encontramos mutação no gene TCOF1, apesar de uma análise de segregação com marcadores da região 5q31-q34 não ter excluído essa região de uma possível relação com a síndrome. Testamos, empregando pela primeria vez ferramentas moleculares, a hipótese que as mutações esporádicas que causam a STC têm origem preferencial na linhagem germinativa de homens mais velhos. Ao contrário do sugerido pela literatura, em dez casos informativos encontramos 70% das mutações no cromossomo herdado do pai e 30% de origem materna e nenhuma correlação com aumento de idade paterna. / Treacher Collins syndrome (TCS) is an autosomal dominant disorder affecting craniofacial development. The syndrome is caused by mutations in the TCOF1 gene, located in chromosome 5 (5q32). Combining SSCP and sequencing, we established an efficient method of screening for mutations in the TCOF1 gene, allowing us to offer diagnostic tests to patients with clinical signs of TCS. We detected a pathogenic mutation in 39/43 (90.7%) of patients ascertained at the Centro de Estudos do Genoma Humano and in 23/48 (48%) of patients referred to Johns Hopkins Medical Institute. We therefore characterized 43 novel pathogenic mutations and 16 novel polymorphisms in the TCOF1 gene. We described a pathogenic missense mutation located in a conserved region of the protein, which led us to propose the existence of a critical function domain in its N-terminus. After screening 24 patients with craniofacial anomalies resembling TCS but without a precise clinical diagnosis for mutations in the TCOF1 gene, we found no pathogenic mutation and concluded that, despite its broad clinical spectrum, TCS is well characterized in clinical grounds. We also screened, for the first time, two families in which the segregation of the phenotype suggested autosomal recessive inheritance. No mutation was detected in these families, despite linkage analysis with markers from 5q31-34 not excluding this region. We used molecular techniques for the first time to test the hypothesis that sporadic mutations in TCS arise preferentially in the male germ line and their frequency increases with age. As opposed to what the literature suggested, in ten informative cases we had 7 mutations of paternal origin and 3 originating in the female germ line, with no detectable age effect.