Mapping and regulatory mechanisms study of genes associated with caraniofacial malformations

Neste trabalho, estudamos duas malformações craniofaciais mendelianas, decorrentes de um distúrbio do desenvolvimento dos primeiro e segundo arcos faríngeos: a síndrome de Treacher Collins (STC) e a síndrome Aurículo-condilar (SAC). A identificação de genes e de mecanismos moleculares associados a essas condições, além de contribuir para a compreensão do desenvolvimento das estruturas derivadas desses arcos faríngeos, é fundamental para o desenvolvimento do diagnóstico molecular, uma ferramenta importante para diagnóstico diferencial e aconselhamento genético. Contribuímos para uma melhor caracterização clínica da SAC com a descrição de uma nova família com 11 afetados. Após excluirmos quatro genes/regiões candidatas para síndromes de 1º e 2º arcos faríngeos, realizamos estudos de ligação usando marcadores polimórficos ao longo do genoma. Mapeamos o primeiro lócus associado à SAC, 1p21.1-q23.3 (lod score=3.0), e nossos dados sugerem que há heterogeneidade genética para essa patologia. Com relação ao estudo da STC, realizamos uma extensa revisão da nomenclatura das mutações patogênicas descritas na literatura, além de investigar mecanismos mutacionais atípicos na STC, corroborando a hipótese de que mutações nos exons que sofrem splicing alternativo são capazes de gerar o fenótipo da síndrome. Demos continuidade à caracterização do espectro de mutações no gene TCOF1 e investigamos a correlação genótipo-fenótipo numa amostra de 58 pacientes com STC. A análise dos dados de polimorfismos da região codificadora do gene permitiu que fizéssemos inferências sobre o regime de seleção ao qual o TCOF1 está submetido, e os resultados sugeriram que o gene TCOF1 está sob seleção purificadora, que atua sobre mutações fracamente deletérias. Também inferimos a fase para um conjunto de polimorfismos da região codificadora, verificando se havia associação de algum haplótipo à gravidade do quadro clínico ou à predisposição para a doença. Dada a observação de ausência de correlação haplótipo/genótipo-fenótipo, testamos a hipótese de que variações nos níveis de expressão do alelo normal poderiam ser responsáveis pela variabilidade clínica observada nos pacientes portadores da STC. Para tanto, iniciamos o estudo funcional das regiões regulatórias do gene TCOF1 , inclusive, de regiões distantes do promotor mínimo, preditas como enhancers. Identificamos polimorfismos em sua região promotora, sendo um deles capaz de diminuir os níveis de transcrição e de afetar a ligação do fator de transcrição YY1 ao promotor do TCOF1 . Caracterizamos a ação de YY1 como repressora in vitro. Testamos também a hipótese de haploinsuficiência como mecanismo associado à STC. Quantificamos os níveis de transcritos do TCOF1 em indivíduos afetados e normais e observamos uma diferença significativa. Nosso trabalho corrobora a hipótese de haploinsuficiência e mostra pela primeira vez que pacientes têm degradação de transcritos. Também investigamos a possibilidade de os níveis de transcritos estarem correlacionados à variabilidade fenotípica. Comparamos os dados de expressão de cada paciente à freqüência de nove sinais clínicos principais da STC, mas nenhuma correlação foi observada. Investigamos o padrão de metilação da ilha CpG do gene TCOF1 em pacientes e em controles, com o intuito de verificar se diferentes níveis de metilação inter-individual estariam associados à grande variação na expressão gênica. Demonstramos que a metilação da ilha CpG não é o mecanismo regulatório por trás dessa ampla variação de expressão do TCOF1In the present study, we investigate two craniofacial mendelian disorders, resulting from abnormalities in the development of the first and second pharyngeal arches: the Treacher Collins Syndrome (TCS ) and the auriculo condylar syndrome (ACS). The identification of genes and molecular mechanisms associated to these conditions, in addition to contributing to the understanding of the development of structures derived from these pharyngeal arches, is fundamental for the development of molecular diagnostics, an important tool for differential diagnosis and genetic counseling. We contributed to a better clinical characterization of ACS with a description of a new family with 11 affected individuals. After excluding four candidate genes/regions for syndromes of the 1st and 2nd pharyngeal arches, we carried out linkage studies using polymorphic markers throughout the genome. We mapped the first locus associated to ACS, 1p21.1-q23.3 (lod score=3.0), and our data suggest genetic heterogeneity exists for this pathology. With respect to the study of TCS , we carried out an extensive review of the nomenclature for the pathogenic mutations described in the literature, in addition to investigating atypical mutation mechanisms in TCS , corroborating the hypothesis that mutations in the exons that undergo alternative splicing can result in the TCS phenotype. We continued the characterization of the mutation spectrum for TCOF1 and we investigated the genotype-phenotype correlation in a sample of 58 patients with TCS . The analysis of polymorphisms in the coding region allowed us to make inferences about the selective regime experienced by TCOF1 , and our results suggested that TCOF1 is under purifying selection, which acts upon weakly deleterious mutations. We also inferred the phase for a set of polymorphisms in the coding region, testing whether there was association between any haplotype and the severity of the phenotype or the susceptibility to the disease. Given the observation of no correlation between haplotype/genotype and phenotype, we tested the hypothesis that variation in the levels of expression of the normal allele could be responsible for the clinical variability observed in TCS patients. To do this, we started a functional study of the TCOF1 regulatory regions, including regions distant from the minimal promoter, predicted to be enhancers. We identified polymorphisms in the promoter region, one of which reduced the levels of transcription and affected the binding of the YY1 transcription factor to the TCOF1 promoter. Using an in vitro assay we characterized YY1 as a repressor. We also tested the hypothesis of haploinsufficiency as a mechanism associated to TCS . We quantified the levels of TCOF1 transcripts in normal and affected individuals and found a significant difference. Our study corroborates the haploinsufficiency hypothesis and for the first time shows that patients have transcript degradation. We also investigated the possibility that transcripts levels are correlated to phenotypic variability. We compared the expression data for each patient with the frequency of nine clinical signs of TCS , but no correlation was found. We investigated the pattern of methylation on the CpG island of TCOF1 in patients and controls, in order to test whether different levels of methylation among individuals were associated to the great variation in gene expression. We demonstrated that methylation of the CpG island is not the regulatory mechanisms underlying the broad variation in TCOF1 expression