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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.41.2020.tde-30112020-001426
Documento
Autor
Nome completo
André Luiz Teles e Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Santos, Andrea Laurato Sertie (Presidente)
Krepischi, Ana Cristina Victorino
Nascimento, Caroline Serrano do
Yan, Chao Yun Irene
Título em português
Estudo funcional de variantes raras nos genes CACNA1H e RELN: um modelo oligogênico de herança no Transtorno do Espectro Autista
Palavras-chave em português
1. Transtorno do Espectro Autista
2. Modelo oligogênico de herança
3. Gene CACNA1H
4. Gene RELN
5. Sinalização mTORC1.
Resumo em português
Os estudos de análise genômica em larga escala em pacientes com Transtorno do Espectro Autista (TEA) têm revelado, em uma fração dos pacientes, evidências do modo oligogênico de herança, no qual dois ou mais genes mutados, individualmente insuficientes para causar TEA, podem atuar de forma aditiva ou sinérgica para resultar no fenótipo clínico. No entanto, até o momento pouco se sabe sobre como essas variantes de risco ao TEA interagem e convergem em vias neurobiológicas específicas que levam ao transtorno. No presente trabalho, descrevemos a caracterização funcional de uma variante de novo em um sítio de splicing do gene CACNA1H, o qual codifica o canal de cálcio (Ca²+) dependente de voltagem Cav3.2, identificado em um paciente com TEA que também é portador de variantes missense deletérias no gene RELN (Relina). Usando células progenitoras neurais (NPCs) derivadas de células-tronco pluripotentes induzidas desse paciente e de indivíduos controles, bem como um sistema de expressão heteróloga, mostramos que a variante em CACNA1H é deletéria e leva ao aumento do influxo de Ca²+ nas células, o que hiperativa a via de sinalização do mTORC1 e, consequentemente, exacerba o mal funcionamento da via de sinalização da Relina. Além disso, mostramos que a hiperativação da via mTORC1 induzida pelo influxo elevado de Ca²+ por meio do canal Cav3.2 mutado atua individualmente para induzir proliferação aumentada das NPCs derivadas do paciente, ou em conjunto com a sinalização deficiente da Relina para causar migração anormal dessas células. Por fim, analisando dados de sequenciamento do exoma completo de um grupo diferente de 100 pacientes com TEA e seus genitores (100 trios), descrevemos em outro paciente com TEA variantes raras e potencialmente deletérias nos genes VLDLR e CACNA2D4, que codificam o receptor da Relina e a subunidade ?2?4 de canais Ca²+ respectivamente. Em conjunto, nossos resultados sugerem uma interação funcional anormal entre os genes CACNA1H e RELN mutados, e a co-ocorrência não aleatória de variantes raras e potencialmente patogênicas em genes da via da Relina e de canais de Ca²+, que parecem atuar de forma aditiva para aumentar o risco de TEA.
Título em inglês
Functional study of rare variants in the CACNA1H and RELN genes: an oligogenic model of inheritance for Autism Spectrum Disorder
Palavras-chave em inglês
1. Autism Spectrum Disorder
2. Oligogenic mode of inheritance
3. CACNA1H gene
4. RELN gene
5. mTORC1 signaling
Resumo em inglês
Analysis of rare genetic variants in autism spectrum disorder (ASD) cohorts has found in a fraction of patients evidence of an oligogenic mode of inheritance, in which two or more mutated genes, individually not sufficient to cause ASD, may act additively or synergistically to produce the clinical phenotype. However, currently little is known about how these ASD-risk variants interact with each other and converge on specific neurobiological pathways underlying ASD. Here, we describe the molecular characterization of a de novo splice site variant in the CACNA1H gene, which encodes the voltage-gated calcium (Ca2+) channel CaV3.2, identified in an ASD patient who also carries previously characterized disruptive missense variants in the Reelin (RELN) gene. Using induced pluripotent stem cells (iPSC)-derived neural progenitor cells (NPCs) from this patient and from control individuals as well as a heterologous expression system, we show that the variant in CACNA1H is deleterious and leads to increased Ca2+ influx into the cells, which overactivates mTORC1 signaling pathway and, consequently, further exacerbates the impairment of Reelin signaling. Also, we showed that overactivation of mTORC1 signaling induced by elevated Ca2+ influx through mutant Cav3.2 acts individually to induce enhanced proliferation of patient's NPCs and in concert with impaired Reelin signaling to cause abnormal migration of these cells. Finally, using whole exome sequencing data from a new cohort of 100 ASD proband-parent trios, we describe potentially damaging variants in the VLDLR and CACNA2D4 genes, which encode for the Reelin receptor and the Ca2+ channel auxiliary ?2?4 subunit respectively, in one patient with ASD. Altogether, our results suggest an abnormal functional connectivity between mutated CACNA1H and RELN genes, and also the nonrandom co-occurrence of rare and potentially damaging variants in genes for the Reelin pathway and Ca2+ channels, which may act additively to increase the risk for ASD.
 
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Data de Publicação
2021-02-15
 
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