Mutational screening of X-chromosomal brain-expressed microRNA genes in male patients with X-Linked Intellectual Disability

A Deficiência Intelectual (DI) é uma condição definida como um funcionamento intelectual significativamente prejudicado, expresso juntamente com limitações em pelo menos duas áreas do comportamento adaptativo que se manifestam antes dos 18 anos de idade. A prevalência estimada da DI na população em geral é de 2-3% e um número expressivo de casos permanece sem um diagnóstico definitivo. Há um consenso geral de que a DI é mais comum em indivíduos do sexo masculino em relação aos do sexo feminino. Entre as explicações para este excesso está a concentração de genes específicos para a habilidade cognitiva no cromossomo X. MicroRNAs (miRNAs) são pequenas moléculas de RNA não codificador que modulam a expressão gênica pós-transcricional de RNAs mensageiros alvo. Recentemente, estudos têm demonstrado a importância essencial dos miRNAs para o desenvolvimento e funcionamento cerebrais e sabe-se que o cromossomo X tem uma alta densidade de genes de miRNAs. Neste contexto, os miRNAs são candidatos potenciais como fatores genéticos envolvidos na Deficiência Intelectual Ligada ao X (DILX). Neste estudo, foram analisadas as regiões genômicas de 17 genes de miRNAs expressos no cérebro localizados no cromossomo X, com o objetivo de investigar o possível envolvimento de variantes na sequência destes miRNAs na DILX. Para este fim, selecionamos amostras de DNA genômico (sangue periférico) de 135 indivíduos do sexo masculino portadores de DI sugestiva de DILX de um grupo de mais de 1.100 pacientes com DI encaminhados ao Serviço de Genética Humana da UERJ. O critério de inclusão para este estudo era de que os probandos apresentassem um ou mais parentes do sexo masculino afetados pela DI que fossem interligados por via materna. As amostras de DNA dos pacientes foram amplificadas utilizando a técnica de reação em cadeia da polimerase, seguida por purificação e sequenciamento direto pelo método de Sanger dos fragmentos amplificados. Para avaliar a conservação dos 17 miRNAs foi realizada uma análise filogenética in silico incluindo sequências dos miRNAs selecionados de humanos e de outras 8 espécies de primatas estreitamente relacionadas. Não foram encontradas alterações nas sequências nos genes de 17 miRNAs analisados, mesmo diante do padrão genético altamente heterogêneo da população brasileira. Adicionalmente, a análise filogenética destes miRNAs revelou uma alta conservação entre as espécies comparadas. Considerando o papel dos miRNAs como reguladores da expressão gênica, a ausência de alterações e a alta conservação entre primatas sugerem uma forte pressão seletiva sobre estas moléculas, reforçando a sua importância funcional para o organismo em geral. Apesar de não termos encontrado variantes de sequência nos miRNAs estudados, o envolvimento de miRNAs na DI não pode ser completamente descartado. Alterações fora da molécula de miRNA precursor, nos fatores de processamento, nos sítios alvo e variações no número de cópias de genes de miRNAs podem implicar em alteração na expressão dos miRNAs e, consequentemente, na funcionalidade do miRNA maduro. Sendo assim, uma análise sistemática da expressão de miRNAs em pacientes com DILX é urgentemente necessária, a fim de desvendar novos genes/mecanismos moleculares relacionados a esta condição.Intellectual Disability (ID) is defined as a significantly impaired intellectual functioning, along with limitations in at least two areas of adaptive behavior appearing before 18 years of age. The estimated prevalence of ID in the general population is 2-3% and a significant number of cases remain without a definite diagnosis. There is a general consensus that ID is more common in males compared to females. Among the explanations for this excess it is the concentration of specific genes for cognitive ability on the chromosome X. MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNA molecules that modulate post-transcriptional gene expression of target messenger RNAs. Recently, studies have demonstrated the essential importance of miRNAs for brain development and function and chromosome X has a high density of miRNA genes. In this context, miRNAs are potential candidates as genetic factors involved in X-Linked Intellectual Disability (XLID). In this study, the genomic regions of 17 brain-expressed miRNA genes located on the chromosome X were analyzed, aiming to investigate the possible involvement of sequence variants in these miRNAs in XLID. For this purpose, genomic DNA samples (peripheral blood) were obtained from 135 male patients with ID suggestive of XLID that were selected from a group of over 1,100 patients with ID referred to to the Human Genetics Laboratory of the State University of Rio de Janeiro. Inclusion criteria were at least two affected males in different generations related through maternal lineage. DNA samples from patients were amplified using the polymerase chain reaction technique, followed by purification and direct sequencing by Sanger method. To assess the conservation of the 17 miRNAs, in silico phylogenetic analysis was performed, including sequences of the chosen miRNAs from human and from other 8 closely related primate species. No sequence changes were found for the 17 miRNA genes analyzed, even in light of the highly heterogeneous genetic nature of the Brazilian population. Furthermore, phylogenetic analysis of the selected miRNAs revealed a high conservation among the compared species. Considering the role of miRNAs as regulators of gene expression, the absence of variations and the high conservation among primates suggest a strong selective pressure on these molecules, emphasizing their functional importance for the body in general. Although we have found no sequence variants in the miRNAs studied, the involvement of miRNAs in ID cannot be completely rejected. Alterations outside the precursor miRNA molecules, in the processing factors, in the target sites and changes in copy number of miRNA genes can result in abnormal expression of miRNAs and, consequently, in the functionality of the mature miRNA. Thus, a systematic analysis of miRNAs expression in patients with XLID is urgently needed in order to uncover new genes/molecular mechanisms related to this condition