Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/26046
Title: Investigação do cross-talk genómico na neuropatia ótica hereditária de Leber
Authors: Sousa, Tânia Sofia Silva 
Orientador: Grazina, Manuela
Silva, Filipe
Portugal, António
Keywords: LHON; OPA1; OPA3; Cross-talk bigenómico
Issue Date: 2012
Place of publication or event: Coimbra
Abstract: A neuropatia ótica hereditária de Leber (LHON) é uma doença genética mitocondrial que se caracteriza pela morte de células ganglionares da retina, levando à atrofia do nervo ótico. A LHON afeta predominantemente indivíduos do sexo masculino em idade jovem, sendo a sua principal manifestação clínica a perda súbita de visão central, com evolução rapidamente progressiva. A maioria dos doentes (90 a 95%) possuem uma das três mutações patogénicas primárias do DNA mitocondrial (mtDNA) previamente associadas à doença: m.3460G>A, m.11778G>A e m.14484T>C. Estas variações, localizadas em genes que codificam subunidades do complexo I da cadeia respiratória mitocondrial, afetam a produção de energia. No entanto, as mutações no mtDNA exibem penetrância incompleta, sugerindo que outros fatores genéticos, mitocondriais ou nucleares, poderão estar envolvidos na etiologia da doença. Embora, frequentemente, esta se restrinja a anomalias oftalmológicas, existem casos de LHON-plus, com fenótipos mais graves que são agravados por sintomas neurológicos adicionais. Em 2007, foi publicado um caso de LHON-plus verdadeiramente atípico no que respeita à idade de início dos sintomas, género, gravidade e progressão das anomalias neurológicas. A doente em causa apresenta a mutação pontual m.11778G>A, em diversos tecidos, sendo portadores da mesma alteração outros membros da família da linhagem materna, nomeadamente a mãe, avó, tias e tios. No entanto, nenhum destes familiares desenvolveu a doença até ao momento. A maioria das proteínas mitocondriais é codificada pelo núcleo, sintetizada no citosol e posteriormente importada para a mitocôndria. Assim, existem genes nucleares que podem estar associados a doenças mitocondriais, nomeadamente os genes OPA1 (optic atrophy 1) e OPA3 (optic atrophy 3), ambos relacionados com outros tipos de atrofia ótica. Enquanto a função da proteína OPA3 permanece ainda por esclarecer, a proteína OPA1 sabe-se está envolvida na manutenção das cristas mitocondriais, na fusão mitocondrial, na regulação da apoptose e do processo de fosforilação oxidativa e ainda na manutenção do mtDNA. Um estudo publicado em 2010 revelou que a expressão do gene OPA1 se encontra diminuída em doentes com LHON, sugerindo que este gene poderá constituir um fator com contribuição para a patogénese da doença. Assim, o objetivo deste trabalho consistiu em analisar a sequência dos genes OPA1 e OPA3, na probanda e respetivos familiares, com o intuito de encontrar variações genéticas que possam explicar a penetrância incompleta da doença na família bem como o fenótipo atípico de LHON-plus. Os resultados deste estudo, quanto à sequenciação do gene OPA1, não permitiram a identificação de um fator genético exclusivo da probanda, relativamente aos restantes familiares portadores da mutação m.11778G>A. Deste modo, não há evidências de que variações de sequência no gene OPA1, em sinergia com a mutação no mtDNA, estejam na causa da manifestação da doença na família em estudo. Contudo, foram identificadas na probanda, entre outras, duas variações de sequência em OPA1 que conduzem à alteração de aminoácido na sequência da proteína e uma alteração localizada na região 3’UTR do gene. Estas, devido à sua possível relevância ao nível da função da proteína, foram analisadas em controlos saudáveis e em doentes com suspeita clínica de LHON, da população portuguesa e foi encontrada associação para a alteração c.473G>A (p=0,0156). A análise do gene OPA3 permitiu a identificação de uma variação de sequência presente na probanda e ausente nos restantes portadores da mutação m.11778G>A. Contudo, trata-se de uma deleção intrónica cuja análise in silico efetuada prevê que não tenha como consequência a alteração do processo de splicing. Assim, este estudo não permitiu identificar variantes genéticas que expliquem a penetrância incompleta da mutação m.11778G>A na família em estudo. Porém, não pode ser excluída a hipótese de as variações de sequência identificadas contribuírem para o fenótipo da probanda uma vez que se trata de um caso de LHON-plus atípico e grave para o qual poderão contribuir múltiplos fatores genéticos que se manifestem em sinergia com a mutação no mtDNA. Contudo, não pode ser eliminada a possibilidade do envolvimento dos genes OPA1 e OPA3 e respetivas proteínas devido a fatores extrínsecos à sequência genética analisada no presente estudo.Esta investigação permitiu identificar um possível fator de risco para o desenvolvimento de LHON no sexo masculino, nomeadamente o polimorfismo c.473G>A no gene OPA1. O presente estudo é um contributo relevante para o estudo genético da LHON.
Leber’s hereditary optic neuropathy (LHON) is a mitochondrial genetic disease characterized by retinal ganglion cells death, leading to optic nerve atrophy. LHON predominantly affects young males and its main clinical manifestation is the lost of central vision with rapid and progressive evolution. Most of the patients (90 to 95%) have one of the three mitochondrial DNA (mtDNA) mutations previously associated with the disease: m.3460G>A, m.11778G>A and m.14484T>C. These variations, located in genes that codifying complex I subunits of the mitochondrial respiratory chain, affect energy production. However, mtDNA mutations have incomplete penetrance, suggesting that other genetic factors, mitochondrial or nuclear, may be involved in the disease’s aetiology. Although visual failure is the main clinical feature of the disease, other neurological abnormalities leading to the development of more severe phenotypes called LHON-plus have also been reported. In 2007 it was reported a LHON-plus case, atypical for age of onset, gender, severity and progression of the associated neurological findings. The female patient has the m.11778G>A mutation, in various tissues, and other maternal relatives are carriers for the same genetic alteration, namely her mother, grandmother, aunts and uncles. However, none of the relatives have the disease so far. The majority of mitochondrial proteins is nuclear-encoded, synthesized in the cytosol and then imported to the mitochondria. Thus, there are nuclear genes that could be associated to mitochondrial diseases, such as OPA1 (optic atrophy 1) and OPA3 (optic atrophy 3), both related to other optic atrophies. While OPA3 function remains poorly understood, the role of OPA1 is well known in mitochondrial cristae maintenance, mitochondrial fusion, apoptosis and oxidative phosphorylation regulation and mtDNA maintenance. A paper published in 2010 demonstrated that OPA1 expression is reduced in LHON patients, suggesting that this gene could contribute to disease pathogenesis. Thus, the aim of this work was to analyze the sequence of OPA1 and OPA3 genes, in the proband and relatives, in order to find genetic variations that could explain both the incomplete penetrance of the disease in the family and the atypical LHON-plus phenotype. The results of OPA1 gene sequencing did not allow the identification of a genetic factor present only in the proband and absent in the relatives carrying the same mtDNA mutation. Accordingly, there is no evidence that sequence variations in OPA1 gene, acting synergistically with the mtDNA mutation, are the cause of disease in the family. Nevertheless we identified, among others, two sequence variations which lead to amino-acid alteration in protein sequence and one other alteration located in the 3’UTR region of the OPA1 gene. These were analyzed in healthy controls and LHON patients from the Portuguese population and a positive association was found for c.473G>A (p=0,0156). OPA3 gene analysis allowed the identification of a sequence variation in the proband that is absent in the relatives with the m.11778G>A mutation. However, this is an intronic deletion and in silico analysis indicates that it does not change splicing process. In this study, we have not identified genetic variations that could explain the incomplete penetrance related to the m.11778G>A mutation in the family under study. However, we cannot exclude the possibility that these variations contribute to the proband’s phenotype because it is an atypical and severe LHON-plus case, which may have the contribution of multiple genetic variations acting in synergy with the mtDNA mutation. However, we cannot exclude the possibility of OPA1 and OPA3 genes and corresponding proteins involvement due to factors extrinsic to the gene sequence analyzed in this study. This investigation allowed the identification of a possible risk factor for the development of LHON in males, the polymorphism c.473G>A. The present study is a relevant contribution for the genetic study in LHON.
Description: Dissertação de mestrado em Biologia Celular e Molecular, apresentada ao Departamento de Ciências da Vida da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.
URI: http://hdl.handle.net/10316/26046
Rights: openAccess
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