Similarities between Human and Mouse Transcriptomes Focusing Genes Positioned in Type 1 Diabetes mellitus Susceptibility Regions

O diabetes mellitus do tipo 1 (DM1) é uma doença autoimune que se desenvolve a partir da ação combinada de múltiplos fatores genéticos e ambientais, sendo caracterizada pela perda seletiva das células produtoras de insulina nas ilhotas pancreáticas em indivíduos geneticamente susceptíveis. O HLA de classe II, localizado no cromossomo humano 6p21.3, representa uma das regiões genômicas mais importantes associadas ao DM1, embora evidências apontem para a participação de diversos outros loci na susceptibilidade à doença. Essas regiões cromossômicas poderiam apresentar genes funcionalmente ativos com perfis transcricionais semelhantes ao camundongo Mus musculus, muito utilizado como modelo animal para o estudo de doenças humanas. Para testar esta hipótese, foi realizada análise dos perfis transcricionais de linfócitos periféricos provenientes de pacientes com DM1 e camundongos NOD (Non-obese diabetic) diabéticos, focando os genes situados em regiões de susceptibilidade. Foram utilizados dados de microarrays do genoma funcional completo da plataforma Agilent (Whole genome one-color Agilent 4x44k) de dezenove pacientes e oito controles, e de camundongos NOD pré-diabéticos e diabéticos. A linhagem NOD foi utilizada no estudo, pois representa um modelo experimental para o estudo do diabetes autoimune e desenvolve a doença espontaneamente. Para a análise dos dados de microarrays foi utilizado o software GeneSpring GX e os programas Cluster e TreeView. A modulação transcricional dos genes foi estabelecida comparando-se os pacientes com os controles, e os animais diabéticos com os pré-diabéticos. Os loci de susceptibilidade ao DM1 humano foram definidos utilizando-se uma tabela curada disponível no banco T1DBase (http://t1dbase.org) e seus correspondentes murinos, segundo o banco de dados Homology Maps (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/homology/maps/). Foram considerados para o estudo apenas os pares de homólogos com expressão em linfócitos humanos e murinos conforme os dados disponíveis no banco BioGPS (http://biogps.org). Avaliamos se os genes murinos estavam situados em regiões de susceptibilidade (Idd) ao DM1 do camundongo, utilizando-se o T1DBase. Todos os genes humanos selecionados com homologia com camundongo foram mapeados quanto à localização cromossômica, buscando-se por regiões de sintenia entre as duas espécies por meio da ferramenta Synteny disponível no banco de dados Ensembl Genome Browser (http://www. ensembl.org/). Os pares de homólogos situados em regiões sintênicas foram então verificados quanto à similaridade de sequência de DNA e identidade protéica entre humano e camundongo, utilizando-se dados do HomoloGene (http://www.ncbi.nlm.nih. gov/homologene/). Foram analisados 463 genes humanos, dos quais 73 apresentaram correspondência em camundongo e expressão em linfócitos T. Dos 73 genes identificados, 31 deles apresentaram mesma modulação de fold change entre as duas espécies, com 12 mapeados em regiões de susceptibilidade murinas (Idd). Dos doze genes em regiões Idd, 4 se apresentaram induzidos: APOM (Apom), COL11A2 (Col11a2), HLA-DOB (H2-Ob) e PRR3 (Prr3); e 8 reprimidos: CYP21A2 (Cyp21a1), STK19 (Stk19), PHTF1 (Phtf1), RSBN1 (Rsbn1), CDSN (Cdsn), TRIM39 (Trim39), VARS2 (Vars2) e IL21 (Il21). Foram identificados 59 genes em regiões de sintenia humano-camundongo, com 58 apresentando similaridade na sequência de DNA acima de 70% entre as duas espécies, e identidade de sequência de aminoácidos das respectivas proteínas variando de 61,4 a 99,7%. Esses resultados demonstram que a maioria dos genes estudados apresenta conservação funcional, como indicado pelo alto grau de identidade das proteínas. Além disso, evidenciou-se um compartilhamento de perfis de expressão de genes em regiões de susceptibilidade ao DM1 humano e murino, contribuindo para um melhor conhecimento das semelhanças entre o modelo animal (linhagem NOD) e o diabetes autoimune humano.Type 1 diabetes (T1D) is a common autoimmune disease that arises from multiple genetic and environmental risk factors. It is characterized by selective loss of insulin-producing -cells in the pancreatic islets in genetically susceptible individuals. The HLA class II locus on human chromosome 6p21.3 represents one of the most important genomic regions associated with T1D but there are evidences for the participation of several others along the chromosomes, which also contribute to disease susceptibility. These chromosomal regions may harbor functional genes with transcriptional profiles similar to those presented by the mouse Mus musculus, an animal model highly used in researches of human diseases. To test this hypothesis, it was performed a transcriptome profiling analysis of peripheral lymphocytes from T1D patients and diabetic NOD (Non-obese diabetic) mice focusing those genes positioned in chromosomal susceptibility regions. To perform this analysis, whole genome one-color Agilent 4x44k microarrays were used from 19 patients and 8 controls and from pre-diabetic and diabetic NOD mice. NOD strain was used since It is a well established mouse model for T1D. GeneSpring GX software and Cluster and TreeView programs were applied for microarray data analysis. The transcriptional modulation was established by comparisons of diabetic patients versus controls and diabetic versus pre-diabetic animals. The human T1D susceptibility loci were defined using a curated human dataset available in T1DBase (http://t1dbase.org) and mouse counterparts according to Homology Maps database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/homology/maps/). For the present study we considered only homolog gene pairs with expression in human and mouse lymphocytes taking into account data available in BioGPS database (http://biogps.org). Following these procedures, mouse genes were checked for chromosome location in order to subserve the establishment of syntenic regions. The human-mouse syntenic regions were defined using Synteny tool from Ensembl Genome Browser (http://www.ensembl.org/). The homolog gene pairs located in human-mouse syntenic regions were checked for DNA sequence similarity and protein identity according to HomoloGene data (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/homologene/). The 463 human genes were analyzed with 73 presenting murine counterparts and expression in lymphocytes. From these, 31 genes presented same fold change modulation in both species, with 12 of them mapped in murine diabetes susceptibility regions (Idd). The 12 genes in Idd regions showed different transcriptional modulations, 4 featured up-regulation: APOM (Apom), COL11A2 (Col11a2), HLA-DOB (H2- Ob) e PRR3 (Prr3); and 8 down-regulation: CYP21A2 (Cyp21a1), STK19 (Stk19), PHTF1 (Phtf1), RSBN1 (Rsbn1), CDSN (Cdsn), TRIM39 (Trim39), VARS2 (Vars2) e IL21 (Il21). 51 genes were identified in human-mouse syntenic regions with 58 presenting DNA sequence similarity above 70% and protein identity ranging from 61,4 to 99,7%. These results show that most genes studied present functional conservation, as indicated by the high degree of identity of the proteins. Additionally, it was observed shared expression profiles between human and murine T1D susceptibility regions. These results contribute to a better understanding of similarities between the animal model (NOD mouse strain) and human autoimmune diabetes