Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A Deficiência Intelectual (DI) é uma condição complexa, que acomete 2-3% da população mundial, constituindo um importante problema de saúde pública. No entanto, uma parcela significativa dos casos de DI permanece sem um diagnóstico definitivo, o que demonstra que muitos fatores etiológicos associados a esta condição ainda precisam ser elucidados. Há um consenso de que o número de homens com DI supera em 30% o número de mulheres, um achado atribuído à presença de mutações em genes localizados no cromossomo X. Dentre os genes presentes neste cromossomo que são expressos no cérebro, o Jumonji AT-rich interactive domain 1C (JARID1C) foi identificado como um potencial candidato a estar relacionado à DI ligada ao X (DILX). O gene JARID1C codifica uma desmetilase da lisina 4 da histona H3 (H3K4), imprescindível para a regulação epigenética. Tão importante quanto o estudo do gene JARID1C em pacientes com DI é a busca por variações no número de cópias gênicas (VNCs) em regiões cromossômicas subteloméricas. Genes relacionados ao desenvolvimento cerebral são enriquecidos em VNCs e as regiões subteloméricas são mais susceptíveis à formação destes rearranjos. Diante do exposto, neste estudo, investigamos mutações no gene JARID1C (exons 3, 4, 5, 8, 10, 14 e 23) em 148 homens portadores de DI pertencentes a famílias com padrão de segregação sugestivo de DILX. Paralelamente, analisamos VNCs subteloméricas em 174 homens com DI familiar de etiologia idiopática, independente do padrão de segregação. Para todos os indivíduos selecionados, amostras de DNA genômico foram extraídas a partir de sangue periférico e alterações genéticas frequentemente relacionadas à DI foram previamente excluídas (expansões trinucleotídicas nos loci FRAXA e FRAXE e mutações nos genes MECP2 e ARX). A análise do gene JARID1C foi realizada pela técnica de PCR, seguida da análise dos produtos amplificados por sequenciamento. Foram identificadas quatro variantes silenciosas (c.564G>A, c.633G>C, c.1884G>A, c.1902C>A). Através da análise in silico de sequências exônicas acentuadoras de splicing (ESEs) localizadas nas posições das variantes encontradas, foi possível classificar a variante c.1884G>A como neutra e as três variantes restantes como possíveis criadoras de ESEs. Já para a investigação das VNCs subteloméricas, foi utilizada a metodologia de Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification (MLPA), capaz de identificar microdeleções e microduplicações nas 46 regiões subteloméricas. Para este fim, inicialmente, os indivíduos foram investigados pelo kit de MLPA P036, enquanto que para aqueles que exibiram alterações também foi utilizado o kit P070. A validação das VNCs encontradas foi realizada por PCR quantitativo em Tempo Real. A análise por MLPA revelou um indivíduo apresentando duas deleções (9p e 13q), um indivíduo apresentando duas amplificações (1p e 2p), dois indivíduos apresentando uma deleção e uma amplificação (18p e 18q; 4p e 8p), quatro indivíduos portadores de uma deleção cada (10p, 20p, 3q e 22q) e dois indivíduos com uma amplificação cada (7q e 20p). Algumas das alterações subteloméricas encontradas (2,87%) representam VNCs de relevância clínica para o estudo da DI, reforçando a importância do rastreamento de rotina de VNCs subteloméricas na DI familiar. Consideramos que a elucidação de novos genes ou mecanismos moleculares diretamente relacionados à DI é um caminho promissor e urgente para o estabelecimento de novas estratégias terapêuticas possíveis. / Intellectual Disability (ID) is a complex condition, which affects 2-3% of general population, constituting a major public health problem. Nevertheless, a significant number of ID cases remain to have a definitive diagnosis, showing that many etiologic factors associated with this condition need to be elucidated. There is a consensus that the number of ID males exceeds by 30% the number of females, a finding that is attributed to the presence of mutations in genes located on chromosome X. Among the X-linked brain-expressed genes, the Jumonji AT-rich interactive domain 1C (JARID1C) was identified as a potential candidate to be related to X-Linked ID (XLID). The JARID1C gene encodes a histone demethylase specific for histone 3 lysine 4 (H3K4), which is indispensable for the epigenetic regulation. As important as the study of JARID1C gene in ID patients is the search for subtelomeric copy number variations (CNVs). Genes related to brain development are enriched in CNVs and subtelomeric regions are particularly susceptible to these rearrangements. In view of this evidence, in this study we investigated JARID1C mutations (exons 3, 4, 5, 8, 10, 14 and 23) among 148 males with ID from families with a segregation pattern suggestive of XLID. In parallel, we analyzed subtelomeric CNVs among 174 males with idiopathic familial ID, regardless of the segregation pattern. For all selected individuals, genomic DNA was extracted from peripheral blood and other frequent genetic causes related to ID were previously excluded (trinucleotide expansions at FRAXA and FRAXE loci and mutations in MECP2 and ARX genes). The JARID1C gene analysis was performed by PCR followed by sequencing analysis of the amplified products. We identified four silent mutations (c.564G>A, c.633G>C, c.1884G>A and c.1902C>A). In silico analysis of exonic splicing enhancers (ESEs) located in the variants positions made possible to classify the variant c.1884G>A as neutral and the remaining variants as potential creators of new ESEs. For the investigation of subtelomeric CNVs, Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification (MLPA) methodology was applied to identify microdeletions and microduplications in the 46 subtelomeric regions. For this purpose, individuals were initially investigated by P036 MLPA kit, whereas for those who exhibited abnormalities, the P070 kit was also used. The CNVs validation was performed by quantitative Real Time PCR. The MLPA analysis revealed an individual with two deletions (9p and 13q), an individual with two amplifications (1p and 2p), two individuals with a deletion and amplification (18q and 18p; 4p and 8p), four individuals with a deletion (10p, 20p, 3q and 22q) and two individuals with an amplification (7q and 20p). Some of the changes found (2,87%) represent subtelomeric CNVs of clinical relevance for the study of ID, reinforcing the importance of routine screening of subtelomeric CVNs in cases of familial ID. We believe that the elucidation of novel genes or molecular mechanisms directly related to ID is a promising and urgent way for establishing new possible therapeutic strategies.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A Deficiência Intelectual (DI) é uma condição complexa, que acomete 2-3% da população mundial, constituindo um importante problema de saúde pública. No entanto, uma parcela significativa dos casos de DI permanece sem um diagnóstico definitivo, o que demonstra que muitos fatores etiológicos associados a esta condição ainda precisam ser elucidados. Há um consenso de que o número de homens com DI supera em 30% o número de mulheres, um achado atribuído à presença de mutações em genes localizados no cromossomo X. Dentre os genes presentes neste cromossomo que são expressos no cérebro, o Jumonji AT-rich interactive domain 1C (JARID1C) foi identificado como um potencial candidato a estar relacionado à DI ligada ao X (DILX). O gene JARID1C codifica uma desmetilase da lisina 4 da histona H3 (H3K4), imprescindível para a regulação epigenética. Tão importante quanto o estudo do gene JARID1C em pacientes com DI é a busca por variações no número de cópias gênicas (VNCs) em regiões cromossômicas subteloméricas. Genes relacionados ao desenvolvimento cerebral são enriquecidos em VNCs e as regiões subteloméricas são mais susceptíveis à formação destes rearranjos. Diante do exposto, neste estudo, investigamos mutações no gene JARID1C (exons 3, 4, 5, 8, 10, 14 e 23) em 148 homens portadores de DI pertencentes a famílias com padrão de segregação sugestivo de DILX. Paralelamente, analisamos VNCs subteloméricas em 174 homens com DI familiar de etiologia idiopática, independente do padrão de segregação. Para todos os indivíduos selecionados, amostras de DNA genômico foram extraídas a partir de sangue periférico e alterações genéticas frequentemente relacionadas à DI foram previamente excluídas (expansões trinucleotídicas nos loci FRAXA e FRAXE e mutações nos genes MECP2 e ARX). A análise do gene JARID1C foi realizada pela técnica de PCR, seguida da análise dos produtos amplificados por sequenciamento. Foram identificadas quatro variantes silenciosas (c.564G>A, c.633G>C, c.1884G>A, c.1902C>A). Através da análise in silico de sequências exônicas acentuadoras de splicing (ESEs) localizadas nas posições das variantes encontradas, foi possível classificar a variante c.1884G>A como neutra e as três variantes restantes como possíveis criadoras de ESEs. Já para a investigação das VNCs subteloméricas, foi utilizada a metodologia de Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification (MLPA), capaz de identificar microdeleções e microduplicações nas 46 regiões subteloméricas. Para este fim, inicialmente, os indivíduos foram investigados pelo kit de MLPA P036, enquanto que para aqueles que exibiram alterações também foi utilizado o kit P070. A validação das VNCs encontradas foi realizada por PCR quantitativo em Tempo Real. A análise por MLPA revelou um indivíduo apresentando duas deleções (9p e 13q), um indivíduo apresentando duas amplificações (1p e 2p), dois indivíduos apresentando uma deleção e uma amplificação (18p e 18q; 4p e 8p), quatro indivíduos portadores de uma deleção cada (10p, 20p, 3q e 22q) e dois indivíduos com uma amplificação cada (7q e 20p). Algumas das alterações subteloméricas encontradas (2,87%) representam VNCs de relevância clínica para o estudo da DI, reforçando a importância do rastreamento de rotina de VNCs subteloméricas na DI familiar. Consideramos que a elucidação de novos genes ou mecanismos moleculares diretamente relacionados à DI é um caminho promissor e urgente para o estabelecimento de novas estratégias terapêuticas possíveis. / Intellectual Disability (ID) is a complex condition, which affects 2-3% of general population, constituting a major public health problem. Nevertheless, a significant number of ID cases remain to have a definitive diagnosis, showing that many etiologic factors associated with this condition need to be elucidated. There is a consensus that the number of ID males exceeds by 30% the number of females, a finding that is attributed to the presence of mutations in genes located on chromosome X. Among the X-linked brain-expressed genes, the Jumonji AT-rich interactive domain 1C (JARID1C) was identified as a potential candidate to be related to X-Linked ID (XLID). The JARID1C gene encodes a histone demethylase specific for histone 3 lysine 4 (H3K4), which is indispensable for the epigenetic regulation. As important as the study of JARID1C gene in ID patients is the search for subtelomeric copy number variations (CNVs). Genes related to brain development are enriched in CNVs and subtelomeric regions are particularly susceptible to these rearrangements. In view of this evidence, in this study we investigated JARID1C mutations (exons 3, 4, 5, 8, 10, 14 and 23) among 148 males with ID from families with a segregation pattern suggestive of XLID. In parallel, we analyzed subtelomeric CNVs among 174 males with idiopathic familial ID, regardless of the segregation pattern. For all selected individuals, genomic DNA was extracted from peripheral blood and other frequent genetic causes related to ID were previously excluded (trinucleotide expansions at FRAXA and FRAXE loci and mutations in MECP2 and ARX genes). The JARID1C gene analysis was performed by PCR followed by sequencing analysis of the amplified products. We identified four silent mutations (c.564G>A, c.633G>C, c.1884G>A and c.1902C>A). In silico analysis of exonic splicing enhancers (ESEs) located in the variants positions made possible to classify the variant c.1884G>A as neutral and the remaining variants as potential creators of new ESEs. For the investigation of subtelomeric CNVs, Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification (MLPA) methodology was applied to identify microdeletions and microduplications in the 46 subtelomeric regions. For this purpose, individuals were initially investigated by P036 MLPA kit, whereas for those who exhibited abnormalities, the P070 kit was also used. The CNVs validation was performed by quantitative Real Time PCR. The MLPA analysis revealed an individual with two deletions (9p and 13q), an individual with two amplifications (1p and 2p), two individuals with a deletion and amplification (18q and 18p; 4p and 8p), four individuals with a deletion (10p, 20p, 3q and 22q) and two individuals with an amplification (7q and 20p). Some of the changes found (2,87%) represent subtelomeric CNVs of clinical relevance for the study of ID, reinforcing the importance of routine screening of subtelomeric CVNs in cases of familial ID. We believe that the elucidation of novel genes or molecular mechanisms directly related to ID is a promising and urgent way for establishing new possible therapeutic strategies.

O Transtorno do Espectro Autista (TEA) é uma doença do neurodesenvolvimento. É caracterizado por déficits significativos e persistentes na comunicação e na interação social e por padrões restritos e repetitivos de comportamento, interesses ou atividades. O TEA é considerado uma doença comum, afetando 1 a cada 68 crianças e com uma proporção de 4,2 meninos afetados para cada menina (.A etiologia do autismo apresenta um forte componente genético. Neste contexto, as metodologias genômicas de larga escala (Sequenciamento de nova geração, microarray) contribuíram para o conhecimento sobre a genética do TEA. No entanto, em aproximadamente 70% dos pacientes, o transtorno permanece com etiologia não identificada. Com base nisso, para o presente trabalho, elaborou-se a hipótese de que pequenas CNVs (entre 1 e 50 Kb), que se encontram abaixo da resolução da maioria dos microarrays comerciais, e cuja detecção ainda apresenta limitações para a sua detecção através de sequenciamento de nova geração, poderiam contribuir para o fenótipo em uma proporção significativa dos casos. Como primeira etapa para abordar essa questão, realizou-se a metodologia de aCGH customizado 60K cobrindo um total de 269 genes candidatos ao TEA, a fim de selecionar CNVs potencialmente patogênicas entre 98 pacientes brasileiros com TEA idiopático. Com esta triagem inicial, a prevalência de CNVs potencialmente patogênicas obtida foi de 9%, com 20% delas caracterizadas como pequenas. A análise subsequente foi realizada com a metodologia de aCGH customizado 180K, o qual cobriu um total de 1527 genes candidatos ao TEA. Um total de 63 pacientes com autismo foram analisados com este novo array. A partir destas hibridações, a prevalência de CNVs potencialmente patogênicas obtida foi de 12,7%, com 62,5 % delas classificadas como pequenas. Esta taxa de detecção é bastante expressiva, particularmente se considerarmos que a amostra de pacientes utilizada foi submetida a uma pré-triagem, com a finalidade de excluir os pacientes com as CNVs mais prevalentes no TEA, nas regiões 15q11-q13, 16p11.2 e 22q13.3. A última abordagem utilizada neste trabalho foi comparar a detecção de CNVs pela metodologia de aCGH, referência padrão ouro para detecção de CNVs, com a de sequenciamento de nova geração (NGS). Os dados de 9 pacientes obtidos por NGS foram analisados através dos softwares NextGene e XHMM. Os softwares, no entanto, apresentaram resultados discrepantes entre si e pouca sobreposição com os dados de aCGH 180K, de 38,9% e 50%, considerando o NextGene e o XHMM respectivamente. Os resultados obtidos sugerem que o aCGH customizado é promissor para a detecção de CNVs pequenas e que essas, por sua vez, podem contribuir para o risco de TEA em pelo menos 6,3 %, dos casos / Autism Spectrum Disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder. It is characterized by significant and persistent deficits in communication and social interaction, and by restricted and repetitive patterns of behavior, interests or activities. ASD is considered a common disease, affecting 1 in 68 children and a proportion of 4.2 boys affected for each girl.The etiology of autism has a strong genetic component. In this context, genomic methodologies of high-throughput (new generation sequencing, microarray) contributed to the knowledge about the genetics of ASD. However, in approximately 70% of patients with ASD, the disorder remains with unidentified etiology. Therefore, foi this work, it was hypothesized that small CNVs (between 1 and 50 Kb), which are below the resolution of most commercial microarrays and and whose detection still has limitations for its detection detection through NGS, could contribute to the phenotype in a proportion of cases. As a first step to address this hypothesis, it was performed the methodology of custom aCGH 60K, covering a total of 269 ASD candidate genes, in order to select potentially pathogenic CNVs among 98 Brazilian patients with idiopathic ASD. With this initial screening, the prevalence of potentially pathogenic CNVs obtained was 9%, with 20% of them characterized as small. The subsequent analysis was performed using the 180K custom aCGH methodology, which covered a total of 1527 TEA candidate genes. A total of 63 patients with autism were analyzed with this new array. From these hybridizations, the prevalence of potentially pathogenic CNVs obtained was 12.7%, with 62.5% of them classified as small. This detection rate is quite significant, particularly considering that the sample of patients used was pre-screened, in order to exclude patients with the most prevalent CNVs in ASD in the regions 15q11-q13, 16p11.2 and 22q13.3. The last approach used in this work was to compare the detection of CNVs by the methodology of aCGH, gold standard reference for CNVs detection, with the next generation sequencing (NGS).Data from 9 patients obtained by NGS were analyzed using NextGene and XHMM software. The softwares, however, presented discrepant results among themselves and little overlap with the data of aCGH 180K, of 38.9% and 50%, considering NextGene and XHMM respectively. These results suggest that the customized aCGH represents a promising approach for the detection of small CNVs and that these, in turn, can contribute to the risk of ASD in at least 6,3 % of cases

Autism Spectrum Disorder (ASD) is a heterogeneous group of neurodevelopmental disorders that affects about 1% of the worldwide population and has a strong genetic component. Stereotyped behavior and restricted interests, as well as problems of social interaction and communication characterize ASD. Moreover, in 10% of cases, ASD occurs as a secondary condition in addition to a syndrome, such as Phelan-McDermid syndrome (PMS), which is associated with a great clinical variability. Among genetic factors, copy number variations (CNVs) are one of the most important. However, the clinical significance of many CNVs remains nuclear and there is an underrepresentation of small CNVs associated with ASD in the literature. In this context, this project aimed to 1) characterize large and small CNVs in Brazilian patients with ASD using an array-CGH previously customized in our laboratory. 2) Clinically and genetically describe a cohort of Brazilian patients with PMS, as well as to determine the frequency of this syndrome among Brazilian patients with ASD and other neurodevelopmental disorders. In result, we 1) further validated the customized array-CGH, 2) provided additional evidence of association with ASD for 27 candidate genes, 3) described 15 CNVs never reported in the literature in association with this disorder, 4) presented evidence that around 70% of CNVs found in our cohort are not polymorphism of our population and 5) reinforced the idea of shared molecular pathways among different neurodevelopmental disorders. In addition, we described for the first time a Brazilian cohort of patients with PMS and contributed to the molecular and clinical characterization of this syndrome. We also provided additional evidence of genotype-phenotype association with regard to the presence of renal problems and speech status in patients with PMS and estimated the frequency of this syndrome among Brazilian patients with ASD and intellectual disability (syndromic or not). With these results, we hope to contribute to better understand the ASD and PMS etiology, especially in our population / O Transtorno do Espectro Autista (TEA) corresponde ao um grupo heterogêneo de alterações no neurodesenvolvimento que afeta cerca de 1% da população mundial e apresenta um forte componente genético. O TEA é caracterizado pela presença de comportamento estereotipado e interesses restritos, além de problemas de interação social e comunicação. Além disso, em 10% dos casos, o TEA ocorre como uma condição secundária somada a uma síndrome. Um exemplo é a síndrome de Phelan-McDermid (PMS), associada a uma grande variabilidade clínica. Dentre os fatores genéticos, as variações no número de cópias (CNVs) são um dos mais importantes. No entanto, o significado clínico de muitas CNVs permanece incerto, além de haver juma sub-representação de CNVs pequenas associadas ao TEA na literatura. Dentro deste contexto, este projeto teve como objetivos 1) caracterizar CNVs grandes e pequenas em pacientes brasileiros com TEA utilizando uma lâmina de array-CGH previamente customizada no Laboratório de Genética do Desenvolvimento - USP. 2) descrever clínica e geneticamente uma casuística de pacientes brasileiros com PMS, bem como determinar a frequência desta síndrome em pacientes com TEA e com outras alterações de neurodesenvolvimento. Como resultados, nós 1) validamos a lâmina customizada, 2) fornecemos evidencia adicional de associação com o TEA para 27 genes, 3) descrevemos 15 CNVs nunca reportadas em associação com o transtorno 4) apresentamos evidências de que cerca de 70% das CNVs encontradas em nossa coorte não são polimorfismo de nossa população e 5) reforçamos a ideia de vias moleculares compartilhadas entre diferentes alterações do neurodesenvolvimento. Além disso, descrevemos pela primeira vez uma casuística brasileira de pacientes com PMS e contribuímos para a síndrome. Fornecemos evidência adicional de associação genótipo-fenótipo no que diz respeito à presença de problemas renais e status de fala em pacientes com PMS e estimamos a frequência da síndrome entre pacientes brasileiros com TEA e com deficiência intelectual (sindrômica ou não). Com estes resultados, esperamos ter contribuído para o entendimento da etiologia tanto do TEA, quanto da PMS, sobretudo na nossa população

O Transtorno de Déficit de Atenção e Hiperatividade (TDAH) é a doença do neurodesenvolvimento mais comum na infância, afetando cerca de 5,8% de crianças e adolescentes no mundo. Muitos estudos vêm tentando investigar a suscetibilidade genética em TDAH, mas sem muito sucesso. Este estudo teve como objetivo analisar variantes raras e comuns contribuindo para a arquitetura genética do TDAH. Foram gerados os primeiros dados de exoma de TDAH de 30 trios brasileiros em que o filho foi diagnosticado com TDAH esporádico. Foram analisados tanto variações de único nucleotídeo (ou SNVs, single-nucleotide variants) quanto variações de número de cópias (ou CNVs, copy-number variants), tanto nesses trios quanto em outros conjuntos de dados, incluindo uma amostra brasileira de 503 crianças/adolescentes controles, bem como resultados previamente publicados em quatro estudos com variação de número de cópias e uma meta-análise de estudos de associação ao longo do genoma. Tanto os trios quanto os controles fazem parte da Coorte de Escolares de Alto Risco para o desenvolvimento de Psicopatologia e Resiliência na Infância do Instituto Nacional de Psiquiatria do Desenvolvimento (INPD). Os resultados de trios brasileiros mostraram três padrões marcantes: casos com variações herdadas e somente SNVs de novo ou CNVs de novo, e casos somente com variações herdadas. Embora o tamanho amostral seja pequeno, pudemos ver que diferentes comorbidades são mais frequentes em casos somente com variações herdadas. Após explorarmos a composição de variações nos probandos brasileiros, foram selecionados genes recorrentes entre amostras do nosso estudo ou em bancos de dados públicos. Além disso, usando somente genes expressos no cérebro (amostras pós-mortem dos projetos Brain Atlas e Genotype-Tissue Expression), construímos uma rede de interação proteína-proteína \"in silico\" com interações físicas confirmadas por pelo menos duas fontes. Análises topológicas e funcionais dos genes da rede mostraram genes relacionados a sinapse, adesão celular, vias glutamatérgicas e serotonérgicas, o que confirma achados de trabalhos independentes na literatura indicando ainda novos genes e variantes genéticas nessas vias. / Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is the most common neuro-developmental disorder in children, affecting 5.8% of children and adolescents in the world. Many studies have attempted to investigate the genetic susceptibility of ADHD without much success. The present study aimed to analyze rare and common variants contributing to the genetic architecture of ADHD. We generated exome data from 30 Brazilian trios where the children were diagnosed with sporadic ADHD. We analyzed both single-nucleotide variants (SNVs) and copy-number variants (CNVs) in these trios and across multiple datasets, including a Brazilian sample of 503 children/adolescent controls from the High Risk Cohort Study for the Development of Childhood Psychiatric Disorders, and also previously published results of four CNV studies of ADHD involving children/adolescent Caucasian samples. The results from the Brazilian trios showed 3 major patterns: cases with inherited variations and de novo SNVs or de novo CNVs and cases with only inherited variations. Although the sample size is small, we could see that various comorbidities are more frequent in cases with only inherited variants. After exploring the rare variant composition in our 30 cases we selected genes with variations (SNVs or located in CNV regions) in our trio analysis that are recurrent in the families analyzed or in public data sets. Moreover, using only genes expressed in brain (post-mortem samples from Brain Atlas and The Genotype-Tissue Expression project), we constructed an in silico protein-protein interaction (PPI) network, with physical interactions confirmed by at least two sources. Topological and functional analyses of genes in this network uncovered genes related to synapse, cell adhesion, glutamatergic and serotoninergic pathways, both confirming findings of previous studies and capturing new genes and genetic variants in these pathways.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cintia_Palu.pdf: 5829223 bytes, checksum: e1abfad4d5477f6f672541d62e31cdfe (MD5) Previous issue date: 2010-07-12 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / O uso de ferramentas de análise e visualização de dados é essencial para a pesquisa de CNVs, porém nem sempre está ao alcance de todo o meio científico devido a restrições de acesso ou por requerer conhecimento avançado de informática. Portanto o desenvolvimento de interfaces amigáveis e acessíveis é essencial para a pesquisa. Esta dissertação visou explorar o ambiente dos navegadores Web para desenvolver soluções para os problemas de acessibilidade, portabilidade e visualização, comumente encontrados nas ferramentas de bioinformática. Foi desenvolvido um aplicativo para análise exploratória, denominado CNViewer, o qual oferece recursos para comparação de perfis moleculares, além de representar graficamente diversas amostras simultaneamente. Através de uma interface dinâmica, o usuário pode delimitar quaisquer regiões genômicas para a análise, e pode também exibir dados complementares às CNVs. Foi também disponibilizado acesso direto a anotações genômicas, tornando o CNViewer um ambiente para estudo de CNVs e dados correlacionados. Utilizando somente os recursos oferecidos pelos navegadores Web (JavaScript e HTML), o CNViewer é capaz de processar dados e executar tarefas rapidamente, com independência de servidor, pois mantêm os dados em memória durante seu uso, aperfeiçoando a interatividade com o usuário. Foi também criado um módulo de exportação, que permite ao usuário salvar e recuperar suas análises, servindo também para compartilhamento de dados. O CNViewer é um aplicativo que supera os limites dos programas baseados em Web clássicos, comportando-se como um aplicativo desktop, mas com a vantagem de ser acessado diretamente, sem requerer instalação ou atualização. O crescente uso dos navegadores Web como ambiente de trabalho, e mais recentemente até mesmo como sistema operativo, sugere que aplicativos nativos a esse ambiente poderão tornar-se a norma em informática biomédica.

O lúpus eritematoso sistêmico (LES) é uma doença autoimune com forte componente genético, caracterizada por inflamação crônica e produção de autoanticorpos. O objetivo deste trabalho foi determinar o perfil de variação no número de cópias (CNVs) e de regiões de perda de heterozigose (LOH) na patogênese do LES. A detecção de CNVs e LOH foi feita pela metodologia Cytoscan HD array em pacientes com LES (n = 23) e indivíduos saudáveis (n = 110). Devido à formação tri-híbrida da população brasileira, foi desenvolvido e validado um painel de 345 marcadores informativos de ancestralidade, a partir dados provenientes do próprio array, para estimar as proporções de ancestralidade individual e, em última instância, inseri-las nos modelos de regressão logística como variável de controle nas análises de distribuição de CNVs e LOH. O perfil de CNVs evidenciou que o número e o tamanho de duplicações são maiores nos indivíduos saudáveis do que nos pacientes com LES. Duplicações nos genes FCGR3B e ADAM3A foram descritas como fator de proteção ao LES, quando tais genes foram avaliados por PCR quantitativa em maior grupo amostral de pacientes (n = 135) e controles (n = 200). Além disso, mostrou-se o efeito sinérgico da presença da deleção em ambos os loci FCGR3B e ADAM3A no aumento do risco para desenvolver a doença. Deleções em pacientes com LES envolvendo os genes CFHR4, CFHR5 e HLA-DPB2, previamente descritos em associação com o LES na literatura, foram identificadas por array e confirmadas por PCR digital. O protocolo desenvolvido para identificação de variantes raras, resultou em um conjunto de 21 CNVs raras em pacientes com LES. Em relação às regiões de perda de heterozigose, não foram encontradas evidências de que o número médio e a extensão dos segmentos LOH seja diferente entre pacientes e indivíduos saudáveis. No entanto, os cromossomos 6 e 12 em pacientes exibem regiões de perda de heterozigose em maior quantidade e tamanho do que os de indivíduos saudáveis, além de apresentarem 17 segmentos LOH restritos ao grupo de pacientes com LES. Os resultados aqui descritos evidenciam que novos loci de susceptibilidade ao LES podem ser encontrados quando a distribuição de CNVs é analisada em todo o genoma, em que a investigação de sua relação com a patogênese pode contribuir para a compreensão da base genética da doença. / Systemic lupus erythematosus (SLE) is an autoimmune disease with a strong genetic background characterized by chronic inflammation and autoantibody production. The purpose of this study was to determine the copy number variation (CNV) and loss of heterozygosity (LOH) profiles in the susceptibility to SLE. The detection of CNVs and LOH was performed by the Cytoscan HD array methodology in SLE patients (n = 23) and healthy subjects (n = 110). Due to the tri-hybrid composition of the Brazilian population, a panel of 345 ancestral informative markers was developed and validated, based on data from the array itself, to estimate the proportions of individual ancestry and, ultimately, to insert them into the logistic regression models as a control variable in the analysis of CNV and LOH distribution. The CNVs profile showed that the burden and the size of duplications are higher in healthy individuals than in SLE patients. Duplications in FCGR3B and ADAM3A genes were described as a protective factor for SLE, when these genes were evaluated by quantitative PCR in a larger SLE (n = 135) and control (n = 200) groups. In addition, the synergistic effect of the presence of deletion in both FCGR3B and ADAM3A loci increase the risk of developing the disease. Deletions in SLE patients encompassing the CFHR4, CFHR5 and HLA-DPB2 genes, previously described in the literature in association to SLE, were identified by the array and confirmed by droplet digital PCR. The pipeline developed here for the identification of rare variants resulted in a set of 21 rare CNVs in SLE patients. Regarding the loss of heterozygosity regions, no evidence was found that the mean number and extent of LOH segments is different between patients and healthy individuals. However, the chromosomes 6 and 12 in SLE patients exhibit greater quantity and size of LOH than those of healthy individuals, besides showing 17 LOH segments restricted to the group of SLE. The results described here show that novel susceptibility loci to SLE can be found once the distribution of variants is analyzed throughout the genome, in which the investigation of its relation to the pathogenesis may contribute to the understanding of the genetic basis of the disease.

O genoma humano varia entre os indivíduos não somente na forma de sequência, mas também estruturalmente. Originalmente, organismos diploides possuem duas cópias de cada região autossômica, uma por cromossomo. Entretanto, com o avanço das técnicas moleculares de identificação do DNA, foram descritas sequências que se repetem em diferentes regiões do genoma em número maior ou menor do que as duas cópias esperadas. Essas variantes são denominadas copy number variants (CNVs) e definidas como segmentos genômicos, geralmente maiores do que 1 kilobase (kb), que variam em número de cópias em comparação com o genoma de referência. As CNVs podem contribuir para a variabilidade do risco entre os indivíduos na etiologia de doenças complexas. Nesse contexto, o Lúpus Eritematoso Sistêmico (LES) é uma doença autoimune com forte componente genético, caracterizada por inflamação crônica e produção de autoanticorpos. Estudos de associação genômica em larga escala (GWAS) identificaram vários loci associados ao LES que contribuem para a susceptibilidade à patogênese. Entretanto, as pesquisas atuais com CNVs e LES focalizam apenas a análise individual de algumas variantes. O objetivo do presente trabalho foi conduzir o primeiro estudo de CNVs em larga escala em pacientes com LES. A detecção de CNVs foi feita por ensaio de Hibridação Genômica em arrays, utilizando a plataforma Affymetrix GeneChip® CytoScan HD em amostra de 23 pacientes com LES. Foram identificadas 406 CNVs distribuídas em todos os cromossomos, exceto no Y. A média foi de 18 CNVs por paciente. As deleções foram mais frequentes do que as duplicações, 311 e 95, respectivamente. O perfil de CNVs revelou 269 CNVs envolvendo genes, 152 CNVs únicas e 59 regiões de CNVs (CNVRs). Nove CNVs identificadas não haviam sido descritas em bancos de dados de variantes estruturais. Adicionalmente, encontramos CNVs em cinco genes previamente associados com LES: CFHR4, CFHR5, STAT4, MECP2 e HLA-DPB2. CNVs nestes genes foram reportadas em pacientes com LES pela primeira vez. O conhecimento das CNVs associadas com LES e autoimunidade podem contribuir para o entendimento da etiologia da doença. Em conclusão, o presente estudo foi o primeiro delineamento em larga escala de CNVs do genoma completo em pacientes com LES. / The human genome varies between individuals not only at the sequence level but also structurally. Originally, diploid organisms have two copies of each autosomal region, one per chromosome. Advances in molecular-based techniques for DNA identification enabled the description of many repeated sequences with higher or lower copy number than that two copies expected. Those sequences are termed copy number variants (CNVs) and are defined as genomic segments, usually greater than 1 kilobase (kb) in size, ranging in copy number when compared to reference genome. CNVs can contribute to risk variability among individuals in complex diseases etiology. In this context, Systemic Lupus Erythematosus (SLE) is an autoimmune disease with strong genetic component and is characterized by chronic inflammation and autoantibodies production. To date, genome-wide association studies (GWAS) have identified several loci associated with SLE that contribute to pathogenesis susceptibility. However, current CNVs studies associated with SLE focus only in few variants analysis. The aim of the present study was to conduct the first genome-wide CNVs study in SLE patients. CNVs detection was performed by high-resolution array Genomic Hybridization Assay, using the Affymetrix GeneChip® CytoScan HD platform, in 23 SLE patients samples. We identified 406 CNVs distributed in all chromosomes, except Y. The average was 18 CNVs per patient. Deletions were more frequent than duplications, 311 and 95, respectively. CNV profile showed 269 CNVs overlapped by genes, 152 unique CNVs and 59 CNV regions (CNVRs). Nine CNVs were never described in structural variants databases. We found CNVs in five genes previously associated with SLE: CFHR4, CFHR5, STAT4, MECP2 and HLA-DPB2. CNVs in these genes were reported in SLE patients for the first time. Knowledge of CNVs associated with SLE risk and autoimmunity could also improve our understanding of disease etiology. In conclusion, the present study was the first effort to search for CNVs in whole genome of SLE patients.

A doença de Alzheimer (DA) é a causa mais comum de demência na população, sendo responsável por cerca de 50 a 60% dos casos. Embora o diagnóstico clínico da doença na maioria das vezes seja acurado, a confirmação da DA só é feita post mortem através principalmente da caracterização dos dois tipos principais de lesões neurais: depósitos extracelulares de placas de β amiloide e emaranhados de proteína tau hiperfosforilada. Até o momento, o envolvimento de apenas quatro genes foi confirmado na etiologia da DA, três deles (APP, PSEN1 e PSEN2) associados à forma familial de herança mendeliana, que corresponde a um tipo raro e grave. No entanto, apesar de inúmeros trabalhos de associação genômica, (Genome wide association studies- GWAS) sugerirem uma possível participação de vários outros genes na suscetibilidade à manifestação da forma multifatorial da DA, o gene APOE, ainda é o único consistente e reproduzivelmente associado à doença. As descobertas derivadas dos GWAS investigando o papel de SNPs coletivamente explicam somente uma pequena porcentagem da variação herdada que contribui para o risco de desenvolver a DA. Atualmente, há novas abordagens para investigar a base genética do restante da variabilidade fenotípica herdada e que pode influenciar a suscetibilidade ao desenvolvimento de doenças complexas. O papel da variação do número de cópias de segmentos de DNA (Copy Number Variation - CNV) na genética de doenças complexas foi demonstrado por diversos estudos nos últimos anos e evidencia que desequilíbrios genômicos também podem contribuir significantemente para a resistência ou susceptibilidade a várias patologias. Outro aspecto que vem assumindo crescente importância é a análise de modificações epigenéticas que podem constituir um mecanismo molecular básico e contribuir diretamente para a patogênese da DA. Logo, este trabalho teve como objetivo principal investigar dois aspectos relacionados à DA: (1) a identificação de CNVs que podem estar contribuindo para o desenvolvimento da forma multifatorial da DA, usando a técnica de array-CGH, e (2) a análise de alterações do padrão global de metilação do DNA no córtex frontal de indivíduos com a forma multifatorial da DA, usando um microarranjo que interroga o status de metilação de 450.000 sítios CpGs. Em nossa investigação sobre desequilíbrios genômicos na DA, identificamos 6 CNVs raras com conteúdo gênico relevante para o fenótipo investigado. Dois indivíduos distintos do grupo DA apresentam microduplicações em genes que codificam diferentes subunidades do mesmo tipo de canal de Ca2+ dependente de voltagem, o tipo L. Além disso, dos outros genes selecionados como especialmente interessantes, 4 estão envolvidos em diferentes processos inflamatórios e 1 é responsável por codificar a enzima nicotinamida fosforibosiltransferase, participante importante da via de biossíntese da molécula nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD). A implicação de um possível envolvimento de mediadores da sinalização celular do Ca2+ e da via de biossíntese da NAD na etiologia da DA também foi reforçada pelos nossos resultados sobre o padrão de metilação do DNA na DA. Dois genes importantes para a homeostasia intracelular do Ca2+ e via de biossíntese da NAD apresentaram sítios CpGs diferenciamente metilados nos sujeitos com DA / Alzheimer\'s disease (AD) is the most common form of dementia in the population, corresponding to 50-60% of all cases. Although clinical diagnosis seems to be accurate, the definitive diagnosis of the disease can only be made by a post mortem neuropathological exam that certifies the presence of the two hallmarks of AD: the accumulation of extracellular senile plaques containing β-amyloid (Aβ) and the intracellular neurofibrillary tangles containing hyperphosphorylated tau protein. Four genes are known to be involved in the etiology of AD, three of them (APP, PSEN1 and PSEN2) are associated to the familial form of the disease, which show autosomal dominant inheritance and correspond to the more severe and rare type of AD. Despite many genome wide association studies (GWAS), APOE still remains the only unequivocal genetic risk factor associated to the multifactorial form of AD. The discoveries from GWAS using SNPs collectively explain only a small percentage of heritable variation that may contribute in AD risk. Currently, new approaches have been used to investigate the genetic basis of the phenotypical variability inheritance that can influence the susceptibility of complex diseases. The important role of DNA copy number variation (CNV) has been demonstrated by several studies over the last years and shows that genomic imbalances may also significantly contribute to resistance or susceptibility to various complex diseases. Additionally, there is now increasing interest in exploring how epigenetic modifications, in particular DNA methylation, could influence complex diseases etiology. Thus, the major aim of this work were to investigate two aspects related to the multifactorial form of AD: (1) identification of rare CNVs, using array-CGH, that could contribute to the development of the disease, and (2) analysis of the DNA methylation pattern in frontal cortex of individuals with AD. In our study, we identified 6 rare CNVs with relevant gene content to the investigated phenotype. Two distinct subjects with AD from our casuistic presented microduplications in genes that encode different subunits of the same type of Ca2+ voltage channel, the L-type. Furthermore, among the other selected genes, four are involved in different inflammatory process and one encodes the nicotinamide phosphoribosyltransferase enzyme, important mediator of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) biosynthesis. The implication of a possible involvement of Ca2+ intracellular signaling mediators and NAD biosynthesis pathway in the etiology of AD was also reinforced by our analysis of DNA methylation pattern. Interestingly, two important genes, one to intracellular Ca2+ homeostasis and the other to NAD biosynthesis pathway presented CpGs sites differently methylated in the AD subjects

O uso de ferramentas de análise e visualização de dados é essencial para a pesquisa de CNVs, porém nem sempre está ao alcance de todo o meio científico devido a restrições de acesso ou por requerer conhecimento avançado de informática. Portanto o desenvolvimento de interfaces amigáveis e acessíveis é essencial para a pesquisa. Esta dissertação visou explorar o ambiente dos navegadores Web para desenvolver soluções para os problemas de acessibilidade, portabilidade e visualização, comumente encontrados nas ferramentas de bioinformática. Foi desenvolvido um aplicativo para análise exploratória, denominado CNViewer, o qual oferece recursos para comparação de perfis moleculares, além de representar graficamente diversas amostras simultaneamente. Através de uma interface dinâmica, o usuário pode delimitar quaisquer regiões genômicas para a análise, e pode também exibir dados complementares às CNVs. Foi também disponibilizado acesso direto a anotações genômicas, tornando o CNViewer um ambiente para estudo de CNVs e dados correlacionados. Utilizando somente os recursos oferecidos pelos navegadores Web (JavaScript e HTML), o CNViewer é capaz de processar dados e executar tarefas rapidamente, com independência de servidor, pois mantêm os dados em memória durante seu uso, aperfeiçoando a interatividade com o usuário. Foi também criado um módulo de exportação, que permite ao usuário salvar e recuperar suas análises, servindo também para compartilhamento de dados. O CNViewer é um aplicativo que supera os limites dos programas baseados em Web clássicos, comportando-se como um aplicativo desktop, mas com a vantagem de ser acessado diretamente, sem requerer instalação ou atualização. O crescente uso dos navegadores Web como ambiente de trabalho, e mais recentemente até mesmo como sistema operativo, sugere que aplicativos nativos a esse ambiente poderão tornar-se a norma em informática biomédica.