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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.41.2020.tde-15022021-164456
Document
Author
Full name
Juliana Santana Borsoi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Pereira, Lygia da Veiga (President)
Haddad, Luciana Amaral
Pereira, Alexandre da Costa
Raskin, Salmo
Title in Portuguese
Geração de um modelo de células-tronco pluripotentes humanas para estudar os mecanismos moleculares de haploinsuficiência e dominância negativa da Síndrome de Marfan
Keywords in Portuguese
1. hiPSCs
2. Síndrome de Marfan
3. FBN1
4. Edição gênica
5. Cardiomiócito
Abstract in Portuguese
O gene FBN1 codifica a proteína de matriz extracelular (MEC) fibrilina-1, principal componente estrutural das microfibrilas que compõem as fibras elásticas. Mutações neste gene foram relacionadas à ocorrência da Síndrome de Marfan (SMF), uma condição genética de caráter autossômico dominante, em que os sistemas cardiovascular, ósseo e ocular são afetados. Apesar de mais de 3.000 variantes patogênicas em FBN1 já terem sido descritas, não existem ainda muitas correlações genótipo-fenótipo bem estabelecidas para a síndrome, e dois mecanismos moleculares foram propostos e validados para explicar sua ocorrência: a haploinsuficiência (HI - i.e. baixa produção de fibrilina-1 selvagem) e a dominância negativa (DN - i.e. secreção e incorporação de uma proteína aberrante à MEC comprometendo a função da proteína normal) de fibrilina-1. Diferenças fenotípicas entre pacientes portadores de variantes HI ou DN foram reportadas, mas devido a diferenças de background genético entre os indivíduos e possível contribuição de genes modificadores na variabilidade fenotípica da síndrome, ainda não está claro o mecanismo de patogênese de cada classe de mutações. Diante disso, no presente trabalho geramos um modelo isogênico de células-tronco pluripotentes induzidas (hiPSCs) portando alterações em FBN1 do tipo HI ou DN e avaliamos suas consequências fenotípicas em cardiomiócitos diferenciados (iCMs). Conseguimos demonstrar que as alterações classificadas como HI levam ao decaimento do mRNA mutante e à ausência de produção de proteína, enquanto a alteração DN acarreta a produção e secreção de uma forma mutante da fibrilina-1, corroborando nossas expectativas. Apesar de não termos observado diferenças entre iCMs selvagens e mutantes provavelmente devido à imaturidade destas células, as linhagens geradas no presente trabalho podem ser utilizadas para que as consequências fenotípicas das diferentes classes de mutações em FBN1 em múltiplos tipos celulares possam ser investigadas
Title in English
A human pluripotent stem cell model to study the haploinsufficiency and dominant negative molecular mechanisms of Marfan Syndrome
Keywords in English
1. hiPSCs
2. Marfan Syndrome
3. FBN1
4. Gene editing
5. Cardiomyocytes
Abstract in English
The FBN1 gene encodes the extracellular matrix (ECM) protein fibrillin-1, the major structural component of the microfibrils that form the elastic fibers. Mutations in this gene were related to the occurrence of Marfan Syndrome (MFS), a pleiotropic autosomal dominant connective tissue disorder whose clinical manifestations affect the cardiovascular, skeletal and ocular systems. Although more than 3,000 pathogenic variants in FBN1 have been described, there are no well-established genotype-phenotype correlations for the syndrome, with few exceptions, and two molecular mechanisms have been proposed and validated to explain its development: haploinsufficiency (HI - i.e. the lack of the regular amount of wild-type fibrillin-1) and dominant-negativity (DN - i.e. the disturbance of the ECM by an incorporated aberrant protein), and differences between groups of patients classified as HI or DN have been reported. Because patients have different genetic backgrounds and gene modifiers may play a role in the pathogenesis of the syndrome, the specific consequences of each group of mutations are not clear. To overcome these issues, we have successfully edited a hiPSC line from a healthy donor using CRISPR/Cas9 to generate isogenic HI and DN mutants for FBN1. We showed that the predicted HI mutations lead to mRNA decay and no protein production and that the DN variant result in the secretion of an aberrant fibrillin-1, as expected. Although we did not observe any distinct phenotypes when we compared hiPSC-derived cardiomyocytes from the different groups, possibly due to their immaturity, we can now take advantage of the plasticity of these stem cell lines to better understand the pathogenesis of Marfan Syndrome in different cell types
 
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Publishing Date
2021-02-16
 
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