INTRODUÇÃO: A obesidade sindrômica é definida pela associação de obesidade com uma ou mais das seguintes características: atraso de desenvolvimento, deficiência intelectual, traços dismórficos e malformações congênitas. A maior parte dos casos não tem sua origem genética elucidada, o que impacta o aconselhamento genético da família e o desenvolvimento de métodos terapêuticos havendo, portanto, a necessidade de se ampliar estudos clínicos e genéticos. Nesta tese, a obesidade sindrômica foi o tema de estudo, inicialmente com a investigação genética de uma casuística dessa condição. Posteriormente, identificamos nessa casuística, entre outros, um paciente afetado pela síndrome de Xia-Gibbs, uma forma sindrômica de deficiência intelectual causada por mutações em heterozigose em AHDC1 que tem mecanismos fisiopatológicos pouco conhecidos e para a qual ainda não há associação reconhecida com obesidade. Decidimos então desenvolver modelos biológicos para seu estudo. OBJETIVOS: (1) Identificar variantes genéticas causais em uma coorte de 20 pacientes afetados por obesidade sindrômica que testaram negativo para as síndromes de Prader-Willi e X-Frágil, além de para os testes MLPA SALSA P064, P036 e P070; (2) desenvolver modelos biológicos (celular e animal) para estudo da síndrome de Xia-Gibbs. MÉTODOS: (1) Para casos com resultado negativo prévio em análise cromossômica por microarranjos (CMA), realizamos o sequenciamento de exomas (Agilent V5) dos pacientes e seus genitores (cinco trios). Para os demais, foi realizado sequenciamento de exomas dos trios (15 no total) com captura por sondas tanto para regiões codificadoras quanto para um backbone otimizado para avaliação de número de cópias de DNA (CNVs - copy number variation; OneSeq Agilent). (2) Além do paciente com mutação de perda de função em AHDC1 identificado na coorte de obesidade sindrômica, outros dois pacientes com síndrome de Xia-Gibbs foram recrutados. Para desenvolvimento de linhagens de células-tronco pluripotentes induzidas (iPSC - induced pluripotent stem cells), reprogramamos células dos três pacientes. Para desenvolvimento do modelo animal (zebrafish), editamos o gene ahdc1 utilizando CRISPR-Cas9. RESULTADOS: (1) No grupo em que analisamos apenas SNVs e indels (por já ter diagnóstico negativo de CMA), tivemos uma taxa diagnóstica de 40% (2/5 genes MYT1L e GRIA3); no grupo em que combinamos as análises de CNVs, SNVs e indels, a taxa diagnóstica foi de 47% (7/15 genes MED13L, AHDC1, EHTM1, STAG2, KIAA0442, MEIS2 e SETD1A). Dois desses pacientes (com variantes causais em MYT1L e MED13L) foram reportados também como relatos de casos, além do artigo referente à casuística total. (2) Obtivemos três linhagens de iPSC com diferentes mutações de perda de função em AHDC1. Essas células têm morfologia típica de iPSC humanas, apresentaram expressão de fatores de pluripotência (SOX2, SSEA-4, OCT3/4 e NANOG) e capacidade de diferenciação nos três folhetos germinativos evidenciada pela expressão de PAX6, HAND1 e SOX17 nos corpos embrioides derivados in vitro. A linhagem de zebrafish obtida tem uma inserção de quatro pares de bases na região codificadora de ahdc1, é fértil e as frequências genotípicas de sua prole seguem proporções mendelianas. CONCLUSÕES: (1) As nove variantes causais identificadas em pacientes da coorte de obesidade sindrômica envolvem genes conhecidos de deficiência intelectual sindrômica; apenas dois desses genes (MYT1L e EHMT1) estão relacionados com síndromes em que a associação com obesidade é bem definida. Em investigações de casos de obesidade sindrômica, não se deve descartar a possibilidade de que a etiologia do quadro sindrômico possa ser independente da obesidade. Métodos de investigação abrangente do genoma (como microarranjos e sequenciamento de exoma/genoma) devem ser priorizados em detrimento de painéis de genes de obesidade sindrômica. (2) Os modelos biológicos que desenvolvemos são os primeiros para a síndrome de Xia-Gibbs e pretendemos futuramente utilizá-los para estudar sua ainda mal compreendida fisiopatologia, bem como para avaliar a nossa hipótese de que mecanismos neurais de fome e saciedade possam estar alterados nos pacientes. CONTRIBUIÇÕES DESTA TESE: Por meio do estudo genético de uma casuística de obesidade sindrômica, da apresentação de relatos de casos e de uma revisão abrangente sobre esse tema, esta tese contribuiu para a o diagnóstico e aconselhamento dos pacientes e suas famílias. Com o desenvolvimento de modelos para a síndrome de Xia-Gibbs, pretendemos investigar os mecanismos subjacentes às mutações em AHDC1, inclusive vislumbrando a proposição de alvos terapêuticos. Por fim, esta tese também envolve produções de divulgação científica que poderão ser utilizadas em ensino de genética, contribuindo para levar a ciência para além dos muros da nossa Universidade.

INTRODUCTION: Syndromic obesity is defined by the association of obesity with one or more of the following features: developmental delay, intellectual disability, dysmorphic traits, and congenital malformations. Most cases of syndromic obesity do not have their genetic origin elucidated, which impairs genetic counseling of the families and precludes the development of therapeutic methods; therefore, further clinical and genetic studies are required. In this thesis, syndromic obesity was the topic of study, with the initial genetic investigation of a cohort with this condition. We identify in this cohort a case of Xia-Gibbs syndrome, a syndromic form of intellectual disability caused by AHDC1 heterozygous mutations, that has poorly understood pathophysiological mechanisms, and for which there is still no recognized association with obesity; we then decided to develop biological models for its study. OBJECTIVES: (1) To identify causal genetic variants in a cohort of 20 patients with syndromic obesity who were negative for Prader-Willi, Fragile X syndromes, and MLPA SALSA P064, P036 and P070 tests; (2) to develop biological models (cellular and animal) to study the Xia-Gibbs syndrome. METHODS: (1) For those cases with a previous negative result in chromosome microarray analyses (CMA), we performed exome sequencing (Agilent V5) of the patients and their parents (five trios). For the others, exome sequencing of the trios (total of 15) was performed with probe capture for coding regions and for an optimized backbone for evaluation of copy number variation (CNVs; OneSeq Agilent). (2) In addition to the patient with the loss-of-function AHDC1 variant identified in the syndromic obesity cohort, two other Xia-Gibbs patients were recruited. For the development of induced pluripotent stem cells (iPSC) lines, we used the reprogramming method of cells from the three patients. To develop the animal model (zebrafish), we edited the ahdc1 gene using CRISPR-Cas9. RESULTS: (1) In the group in which we analyzed only SNVs and indels (because they were already negative for CMA), we had a diagnostic rate of 40% (2/5 MYT1L and GRIA3 genes); in the group in which we combined the analysis of CNVs, SNVs and indels, the diagnostic rate was 47% (7/15 MED13L, AHDC1, EHTM1, STAG2, KIAA0442, MEIS2 and SETD1A genes). Two of these patients (with MYT1L and MED13L causal variants) were also described as case reports, in addition to the paper referring to the complete cohort. (2) We obtained three iPSC lines with different loss-of-function AHDC1 variants. These cells have a human iPSC typical morphology, show expression of pluripotency factors (SOX2, SSEA-4, OCT3/4 and NANOG) and have the ability to differentiate into the three germ layers which is evidenced by the expression of PAX6, HAND1 and SOX17 by the in vitro derived embryoid bodies. The zebrafish line obtained has an insertion of four base pairs in the ahdc1 coding region, it is fertile, and the genotypic frequencies of its offspring follow Mendelian proportions. CONCLUSIONS: (1) The nine causal variants identified involve known syndromic intellectual disability genes; only two of these genes (MYT1L and EHMT1) are related to syndromes in which the association with obesity is well defined. In syndromic obesity investigations, the possibility that the etiology of the syndromic condition may be independent of obesity should not be ruled out. Genome-wide investigation approaches (such as microarray and exome/genome sequencing) should be prioritized rather than gene panels focused on syndromic obesity. (2) We have developed the first biological models for Xia-Gibbs syndrome, which we will use to study its yet poorly understood pathophysiology, as well as to evaluate the hypothesis that the neural mechanisms for hunger and satiety are altered in patients. CONTRIBUTIONS OF THIS THESIS: The genetic study of a syndromic obesity cohort, the presentation of case reports and a comprehensive review about this topic presented in this thesis contributed to the diagnosis and genetic counseling of patients and their families. The development of biological models of Xia-Gibbs syndrome, should lead to the understanding of the mechanisms underlying AHDC1 mutations and emerging therapeutic targets. Finally, this thesis also comprises articles meant to support genetic education, helping to take science beyond the walls of our University.