Introdução: A Holoprosencefalia (HPE) é uma malformação craniofacial decorrente de falhas no processo de formação do sistema nervoso durante o desenvolvimento embrionário. Sua etiologia é heterogênea e complexa, envolvendo fatores ambientais e genéticos. Estudos recentes sugerem que alterações subteloméricas possam ser um dos fatores etiológicos para o aparecimento da HPE. Objetivos: Investigar possíveis alterações (microdeleções/duplicações) nas regiões subteloméricas em indivíduos com diagnóstico de HPE. Metodologia: Avaliação genética de 25 amostras de DNA de indivíduos matriculados no HRAC-USP, com diagnóstico de HPE através da técnica de MLPA (Multiplex ligation-dependent probe amplification), segundo protocolo proposto por Schouten et al. (2002). Estes indivíduos já foram previamente triados para mutações/deleções nos genes candidatos à HPE (SHH, ZIC2, TGIF, GLI2 e PTCH1) através do sequenciamento direto de Sanger e da técnica de MLPA, sem resultado positivo para qualquer alteração. Resultados: Dentre os 25 indivíduos analisados, o fenótipo predominante foi a microforma da doença. Os principais achados clínicos da amostra estudada foram: hipotelorismo, microcefalia e fissura de lábio e palato (100%), nariz achatado (84%), presença de um incisivo central único (24%) e ponte nasal baixa (64%). Quatro pacientes apresentaram comprometimento no SNC (16%). Nenhum indivíduo apresentou quaisquer alterações, como microdeleções e/ou duplicações nos genes contidos nas regiões subteloméricas, através da análise pela técnica de MLPA. Dessa forma, estes permanecem sem diagnóstico genético definido. Discussão: A não detecção de alterações subteloméricas sugere que o fenótipo predominante na amostra, microforma, possa não apresentar alterações subteloméricas relacionadas ao aparecimento da doença. Entretanto, deve-se salientar que o universo amostral é relativamente pequeno, de forma que este possa não ser um exemplo fiel dos casos de microforma da HPE. Reforça-se, ainda, a grande variedade de fatores envolvidos no surgimento desta patologia, bem como o envolvimento de outros genes ainda não estabelecidos, além das causas ambientais, ainda não completamente elucidadas. Conclusões: Não foram encontradas alterações subteloméricas nos pacientes com diagnóstico de HPE estudados. A técnica de MLPA consiste em uma metodologia rápida, sensível, eficaz e de baixo custo, quando comparada a outras técnicas, sendo indicada para o uso em laboratórios de diagnóstico genético, uma vez que diversos estudos já mostraram que consiste em um método confiável de diagnóstico. Devido ao tamanho relativamente pequeno da amostra utilizada neste estudo, e os dados ainda inconsistentes da literatura atual, estudos adicionais são necessários para que seja possível a realização de um diagnóstico diferencial, explicando o amplo espectro fenotípico observado nesta doença, conforme sugerido pela hipótese dos múltiplos fatores. / Introduction: Holoprosencephaly (HPE), a craniofacial malformation, results from flaws in formation process of the nervous system during embryonic development. The etiology is heterogeneous and complex, involving environmental and genetic factors. Recent studies suggest that subtelomeric aberrations could be an etiological factor to the onset of HPE. Objectives: Investigate possible changes (microdeletions/duplications) in subtelomeric regions in individuals diagnosed with HPE. Methodology: Genetic evaluation of 25 DNA samples from individuals enrolled at HRAC-USP, diagnosed with HPE (performed by Syndromology Division HRAC/USP) by MLPA technique, as proposed by Schouten et al (2002). Patients were previously screened for mutations/deletions in HPE candidate genes (SHH ZIC2, TGIF, GLI2 and PTCH1) by direct Sanger sequencing and MLPA technique, without any match. Analyses were performed at the Laboratory of Molecular Genetics, Hospital for Rehabilitation of Craniofacial Anomalies, HRAC-USP. Results: Among the 25 individuals analyzed, the predominant phenotype was HPE microform. The main clinical findings of the study sample were: hypotelorism, microcephaly, and cleft lip/palate (100%); flat nose (84%); presence of a single central incisor (24%) and low nasal bridge (64%). Four patients had CNS commitment (16%). No subtelomeric mutations were found in our sample, such as microdeletions/duplications of genes analyzed by MLPA technique. Thus, they remain without defined genetic diagnosis. Discussion: Subtelomeric changes were not found, suggesting that the predominant sample phenotype, microform HPE, could not be related with subtelomeric changes associated to the disease outbreak. However, it should be noted that the sample universe is relatively small, so this may not be a true example of HPE microform cases. It should also be reinforced the wide variety of factors involved in the onset of this pathology, as well as the involvement of other genes not yet established and environmental causes, not completely understood. Conclusions: No subtelomeric mutations were found in the HPE individuals studied. MLPA technique consists in a rapid, sensitive and cost effective methodology, when compared to other techniques being suitable for use in genetic diagnostic laboratories, since several studies have shown that consists of a reliable method of diagnosis. Due to the relatively small sample size used in this study, and even inconsistent data in literature, further studies are needed to make it possible to perform a differential diagnosis, explaining the wide phenotypic spectrum observed in this disease, as suggested by the multiple hit hypothesis.

Genome wide studies have uncovered the existence of large-scale copy number variation (CNV) in the human genome. The human genome of different individuals was initially estimated to be 99.9% similar, but population studies on CNV have revealed that it is 12-16% copy number variable. Abnormal genomic CNVs are frequently found in subtelomeres of patients with mental retardation (MR) and other neurological disorders. Rearrangements of chromosome subtelomeric regions represent a high proportion of cytogenetic abnormalities and account for approximately 30% of pathogenic CNVs. Although DNA double strand breaks (DSBs) are implicated as a major factor in chromosomal rearrangements, the causes of chromosome breakage in subtelomeric regions have not been elucidated. But due to the presence of repetitive sequences in subtelomeres, we hypothesized that chromosomal rearrangements in these regions are not stochastic but driven by specific sequence motifs. In a collaborative effort with Dr. Rudd (Department of human genetics at Emory University), we characterized subtelomeric breakpoints on different chromosome ends in search of common motifs that cause double-strand breaks. Using a yeast-based gross chromosomal rearrangement (GCR) system, we have identified a subtelomeric breakage motif from chromosome 2 (2q SBM) with a GCR rate that is 340 fold higher than background levels. To determine if the fragility of 2q SBM was driven by the formation of secondary structures, the helicase activities of Sgs1 and Pif1 were disrupted. These helicases have been shown to destabilize DNA secondary structures such as G-quadruplex structures. Disruption of these helicases augmented chromosomal rearrangements induced by 2q SBM, indicating that these helicases are required for maintenance of this sequence. We also donwregulated replication fork components to determine if 2q SBM was imposing any problems to the replication fork machinery. Downregulation of replication fork components increased chromosomal rearrangements, indicating that intact replication fork was a critical determinant of 2q SBM fragility. Using a yeast-based functional assay, these experiments have linked human subtelomeric repetitive sequences to chromosomal breakage that could give rise to human CNV in subtelomeric regions.

Introdução: A Holoprosencefalia (HPE) é uma malformação craniofacial decorrente de falhas no processo de formação do sistema nervoso durante o desenvolvimento embrionário. Sua etiologia é heterogênea e complexa, envolvendo fatores ambientais e genéticos. Estudos recentes sugerem que alterações subteloméricas possam ser um dos fatores etiológicos para o aparecimento da HPE. Objetivos: Investigar possíveis alterações (microdeleções/duplicações) nas regiões subteloméricas em indivíduos com diagnóstico de HPE. Metodologia: Avaliação genética de 25 amostras de DNA de indivíduos matriculados no HRAC-USP, com diagnóstico de HPE através da técnica de MLPA (Multiplex ligation-dependent probe amplification), segundo protocolo proposto por Schouten et al. (2002). Estes indivíduos já foram previamente triados para mutações/deleções nos genes candidatos à HPE (SHH, ZIC2, TGIF, GLI2 e PTCH1) através do sequenciamento direto de Sanger e da técnica de MLPA, sem resultado positivo para qualquer alteração. Resultados: Dentre os 25 indivíduos analisados, o fenótipo predominante foi a microforma da doença. Os principais achados clínicos da amostra estudada foram: hipotelorismo, microcefalia e fissura de lábio e palato (100%), nariz achatado (84%), presença de um incisivo central único (24%) e ponte nasal baixa (64%). Quatro pacientes apresentaram comprometimento no SNC (16%). Nenhum indivíduo apresentou quaisquer alterações, como microdeleções e/ou duplicações nos genes contidos nas regiões subteloméricas, através da análise pela técnica de MLPA. Dessa forma, estes permanecem sem diagnóstico genético definido. Discussão: A não detecção de alterações subteloméricas sugere que o fenótipo predominante na amostra, microforma, possa não apresentar alterações subteloméricas relacionadas ao aparecimento da doença. Entretanto, deve-se salientar que o universo amostral é relativamente pequeno, de forma que este possa não ser um exemplo fiel dos casos de microforma da HPE. Reforça-se, ainda, a grande variedade de fatores envolvidos no surgimento desta patologia, bem como o envolvimento de outros genes ainda não estabelecidos, além das causas ambientais, ainda não completamente elucidadas. Conclusões: Não foram encontradas alterações subteloméricas nos pacientes com diagnóstico de HPE estudados. A técnica de MLPA consiste em uma metodologia rápida, sensível, eficaz e de baixo custo, quando comparada a outras técnicas, sendo indicada para o uso em laboratórios de diagnóstico genético, uma vez que diversos estudos já mostraram que consiste em um método confiável de diagnóstico. Devido ao tamanho relativamente pequeno da amostra utilizada neste estudo, e os dados ainda inconsistentes da literatura atual, estudos adicionais são necessários para que seja possível a realização de um diagnóstico diferencial, explicando o amplo espectro fenotípico observado nesta doença, conforme sugerido pela hipótese dos múltiplos fatores. / Introduction: Holoprosencephaly (HPE), a craniofacial malformation, results from flaws in formation process of the nervous system during embryonic development. The etiology is heterogeneous and complex, involving environmental and genetic factors. Recent studies suggest that subtelomeric aberrations could be an etiological factor to the onset of HPE. Objectives: Investigate possible changes (microdeletions/duplications) in subtelomeric regions in individuals diagnosed with HPE. Methodology: Genetic evaluation of 25 DNA samples from individuals enrolled at HRAC-USP, diagnosed with HPE (performed by Syndromology Division HRAC/USP) by MLPA technique, as proposed by Schouten et al (2002). Patients were previously screened for mutations/deletions in HPE candidate genes (SHH ZIC2, TGIF, GLI2 and PTCH1) by direct Sanger sequencing and MLPA technique, without any match. Analyses were performed at the Laboratory of Molecular Genetics, Hospital for Rehabilitation of Craniofacial Anomalies, HRAC-USP. Results: Among the 25 individuals analyzed, the predominant phenotype was HPE microform. The main clinical findings of the study sample were: hypotelorism, microcephaly, and cleft lip/palate (100%); flat nose (84%); presence of a single central incisor (24%) and low nasal bridge (64%). Four patients had CNS commitment (16%). No subtelomeric mutations were found in our sample, such as microdeletions/duplications of genes analyzed by MLPA technique. Thus, they remain without defined genetic diagnosis. Discussion: Subtelomeric changes were not found, suggesting that the predominant sample phenotype, microform HPE, could not be related with subtelomeric changes associated to the disease outbreak. However, it should be noted that the sample universe is relatively small, so this may not be a true example of HPE microform cases. It should also be reinforced the wide variety of factors involved in the onset of this pathology, as well as the involvement of other genes not yet established and environmental causes, not completely understood. Conclusions: No subtelomeric mutations were found in the HPE individuals studied. MLPA technique consists in a rapid, sensitive and cost effective methodology, when compared to other techniques being suitable for use in genetic diagnostic laboratories, since several studies have shown that consists of a reliable method of diagnosis. Due to the relatively small sample size used in this study, and even inconsistent data in literature, further studies are needed to make it possible to perform a differential diagnosis, explaining the wide phenotypic spectrum observed in this disease, as suggested by the multiple hit hypothesis.

Rearranjos subteloméricos submicroscópicos são uma causa importante de malformações congênitas múltiplas e retardo mental. Recentemente, os mecanismos de origem de rearranjos subteloméricos começaram a ser investigados. O seqüenciamento dos pontos de quebra de rearranjos cromossômicos em 1p36 revelou predomínio por mecanismos de reparo não exclusivos. Rearranjos constitucionais em 1p36 são as alterações subteloméricas mais comuns e incluem deleções terminais simples, cromossomos derivados, deleções intersticiais e rearranjos complexos. Estes rearranjos resultam em um padrão específico de malformações e distúrbios do desenvolvimento neuropsicomotor que caracterizam a síndrome de monossomia 1p36. Os genes causativos ainda não foram identificados e a expressão fenotípica pode ser em função da haploinsuficiência de genes contíguos ou pelo mecanismo de efeito de posição. Obesidade e hiperfagia são características descritas em ~15% dos casos. Investigamos por MLPA (Multiplex ligation-dependent probe amplification) a presença de rearranjos no segmento cromossômico 1p36 em um grupo de 154 pacientes com obesidade e hiperfagia e testes genéticos negativos para a síndrome de Prader-Willi (PWS), e outro grupo de 83 pacientes encaminhados para estudos cromossômicos por diversos motivos. A estratégia de MLPA utilizada permitiu identificar em nove pacientes diferentes tipos de rearranjos na região subtelomérica 1p36. Para investigar os mecanismos de quebra, reparo e estabilização cromossômica envolvidos em rearranjos subteloméricos, linhagens celulares de seis pacientes contendo rearranjos constitucionais em 1p36 foram desenvolvidas. A clonagem e seqüenciamento das junções dos pontos de quebra de um rearranjo complexo e três translocações não recíprocas identificaram similaridades nas junções que sugerem o reparo por NHEJ (Nonhomologous end-joining) como o mais provável mecanismo de origem destes rearranjos. Duas deleções terminais aparentemente simples também foram investigadas e o refinamento dos pontos de quebra identificou dois intervalos genômicos distintos contendo duplicações segmentares específicas de 1p36 com 90-98% de homologia. Estas duplicações segmentares podem ter estimulado ou sido usadas como substratos no mecanismo de reparo do DNA. Nossos achados reforçam a associação da monossomia 1p36 com obesidade e hiperfagia e sugerem que estas características estejam freqüentemente associadas com fenótipos atípicos/leves e deleções submicroscópicas com 2-3 Mb de extensão. Sugerimos o uso de MLPA como um método alternativo rápido de diagnóstico para detectar e caracterizar rearranjos em 1p36. / Subtelomeric abnormalities are an important cause of mental retardation and birth defects. The mechanisms involved in the formation of subtelomeric rearrangements are now beginning to be elucidated. Breakpoint sequencing analysis of 1p36 rearrangements has revealed prevalence of different nonexclusive recombination-repair mechanisms. Rearrangements of 1p36 are the most frequently detected subtelomeric abnormalities and include different-sized simple terminal deletions, derivative chromosomes, interstitial deletions and complex rearrangements. These rearrangements have been reported to result in the specific pattern of malformation and neurodevelopmental disabilities that characterizes monosomy 1p36 syndrome. Thus far, no genes have been conclusively determined to be causative. Besides, it is still not known if a mechanism of haploinsufficiency or position effect that influences phenotype expression in this commonest terminal deletion syndrome. Obesity and hyperphagia have been reported to occur in ~15% of cases. We have used multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) to screen for monosomy 1p36 in a group of 154 hyperphagic and obese, PWS negative patients and in a separate group of 83 patients sent to investigate a variety of other conditions. The MLPA strategy used allowed the identification of a diversity of rearrangements in nine subjects. In order to gain further insights into the mechanisms of chromosome breakage, repair, and stabilization mediating subtelomeric rearrangements in humans, we have used cell lines containing constitutional rearrangements of 1p36 of six patients. Cloning of the breakpoint junctions in a complex rearrangement and three non-reciprocal translocations revealed similarities at the junctions that suggest NHEJ as the most likely mechanism of DNA repair that generated these rearrangements. Additionally, two apparently pure terminal deletions were also investigated and the refinement of the breakpoint regions identified two distinct genomic intervals ~25-kb apart, each containing a series of 1p36 specific segmental duplications with 90-98% identity. These segmental duplications might have been stimulated or used as substrate for a recombination-repair mechanism. Our work reinforces the association between monosomy 1p36 and obesity and hyperphagia, and further suggests that these features might be usually associated with an atypical/mild phenotype in addition to a submicroscopic deletion of ~2 to 3 Mb in size. We suggest the use of MLPA as an alternative method for high-throughput detection and delineation of rearrangements at 1p36.

Rearranjos subteloméricos submicroscópicos são uma causa importante de malformações congênitas múltiplas e retardo mental. Recentemente, os mecanismos de origem de rearranjos subteloméricos começaram a ser investigados. O seqüenciamento dos pontos de quebra de rearranjos cromossômicos em 1p36 revelou predomínio por mecanismos de reparo não exclusivos. Rearranjos constitucionais em 1p36 são as alterações subteloméricas mais comuns e incluem deleções terminais simples, cromossomos derivados, deleções intersticiais e rearranjos complexos. Estes rearranjos resultam em um padrão específico de malformações e distúrbios do desenvolvimento neuropsicomotor que caracterizam a síndrome de monossomia 1p36. Os genes causativos ainda não foram identificados e a expressão fenotípica pode ser em função da haploinsuficiência de genes contíguos ou pelo mecanismo de efeito de posição. Obesidade e hiperfagia são características descritas em ~15% dos casos. Investigamos por MLPA (Multiplex ligation-dependent probe amplification) a presença de rearranjos no segmento cromossômico 1p36 em um grupo de 154 pacientes com obesidade e hiperfagia e testes genéticos negativos para a síndrome de Prader-Willi (PWS), e outro grupo de 83 pacientes encaminhados para estudos cromossômicos por diversos motivos. A estratégia de MLPA utilizada permitiu identificar em nove pacientes diferentes tipos de rearranjos na região subtelomérica 1p36. Para investigar os mecanismos de quebra, reparo e estabilização cromossômica envolvidos em rearranjos subteloméricos, linhagens celulares de seis pacientes contendo rearranjos constitucionais em 1p36 foram desenvolvidas. A clonagem e seqüenciamento das junções dos pontos de quebra de um rearranjo complexo e três translocações não recíprocas identificaram similaridades nas junções que sugerem o reparo por NHEJ (Nonhomologous end-joining) como o mais provável mecanismo de origem destes rearranjos. Duas deleções terminais aparentemente simples também foram investigadas e o refinamento dos pontos de quebra identificou dois intervalos genômicos distintos contendo duplicações segmentares específicas de 1p36 com 90-98% de homologia. Estas duplicações segmentares podem ter estimulado ou sido usadas como substratos no mecanismo de reparo do DNA. Nossos achados reforçam a associação da monossomia 1p36 com obesidade e hiperfagia e sugerem que estas características estejam freqüentemente associadas com fenótipos atípicos/leves e deleções submicroscópicas com 2-3 Mb de extensão. Sugerimos o uso de MLPA como um método alternativo rápido de diagnóstico para detectar e caracterizar rearranjos em 1p36. / Subtelomeric abnormalities are an important cause of mental retardation and birth defects. The mechanisms involved in the formation of subtelomeric rearrangements are now beginning to be elucidated. Breakpoint sequencing analysis of 1p36 rearrangements has revealed prevalence of different nonexclusive recombination-repair mechanisms. Rearrangements of 1p36 are the most frequently detected subtelomeric abnormalities and include different-sized simple terminal deletions, derivative chromosomes, interstitial deletions and complex rearrangements. These rearrangements have been reported to result in the specific pattern of malformation and neurodevelopmental disabilities that characterizes monosomy 1p36 syndrome. Thus far, no genes have been conclusively determined to be causative. Besides, it is still not known if a mechanism of haploinsufficiency or position effect that influences phenotype expression in this commonest terminal deletion syndrome. Obesity and hyperphagia have been reported to occur in ~15% of cases. We have used multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) to screen for monosomy 1p36 in a group of 154 hyperphagic and obese, PWS negative patients and in a separate group of 83 patients sent to investigate a variety of other conditions. The MLPA strategy used allowed the identification of a diversity of rearrangements in nine subjects. In order to gain further insights into the mechanisms of chromosome breakage, repair, and stabilization mediating subtelomeric rearrangements in humans, we have used cell lines containing constitutional rearrangements of 1p36 of six patients. Cloning of the breakpoint junctions in a complex rearrangement and three non-reciprocal translocations revealed similarities at the junctions that suggest NHEJ as the most likely mechanism of DNA repair that generated these rearrangements. Additionally, two apparently pure terminal deletions were also investigated and the refinement of the breakpoint regions identified two distinct genomic intervals ~25-kb apart, each containing a series of 1p36 specific segmental duplications with 90-98% identity. These segmental duplications might have been stimulated or used as substrate for a recombination-repair mechanism. Our work reinforces the association between monosomy 1p36 and obesity and hyperphagia, and further suggests that these features might be usually associated with an atypical/mild phenotype in addition to a submicroscopic deletion of ~2 to 3 Mb in size. We suggest the use of MLPA as an alternative method for high-throughput detection and delineation of rearrangements at 1p36.

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