Characterization of alpha thalassemic genotypes by MLPA (Multiplex Ligation-Dependent Probe Amplification)

A talassemia alfa (α) constitui um grupo de doenças hereditárias causadas pela redução ou ausência da síntese das cadeias α da hemoglobina. Os genes responsáveis pela codificação dessas cadeias são duplicados (α 2 e α1) e estão localizados em um agrupamento gênico ou cluster, situado próximo ao telômero do cromossomo 16 (16p13.3). As deleções são as principais causas da doença, podendo afetar um ou ambos os genes α do cromossomo (formas α + e α 0, respectivamente). Nos últimos anos, várias técnicas foram desenvolvidas para identificar as deleções envolvendo o cluster dos genes a no cromossomo 16. A gap- PCR, o Southern blot e o FISH são comumente aplicados com esta finalidade; entretanto, muitas deleções ainda não são detectadas utilizando-se essas estratégias metodológicas. Em 2005, uma técnica simples e adequada a análises quantitativas rápidas, o Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification (MLPA), foi adaptada ao diagnóstico das hemoglobinopatias. Esta técnica é baseada na ligação e na amplificação, em reação de PCR, de dois oligonucleotídeos (sondas) que se hibridizam de forma adjacente ao DNA alvo. Cada oligonucleotídeo é projetado para gerar um produto de comprimento único e, por possuírem terminações comuns, todas as sondas podem ser amplificadas utilizando um único par de iniciadores. Por fim, o uso de fluorocromos permite a separação dos fragmentos, que foram gerados pela amplificação das sondas, em sistema de seqüenciamento por capilaridade. No presente estudo nós utilizamos o MLPA para investigar as bases moleculares da talassemia alfa em nove pacientes não relacionados, cinco deles com Doença da Hb H, cujos diagnósticos moleculares não puderam ser esclarecidos pelas técnicas usuais, incluindo o seqüenciamento de DNA. No total, foram utilizadas 44 sondas, distribuídas desde o telômero ao gene MSLN, cobrindo uma região de cerca de 800 kb, na região 16p13.3. Oito diferentes deleções foram detectadas. Enquanto quatro delas comprometem uma região de grande extensão que inclui todo o locus a e seu elemento regulatório, com tamanhos mínimos de 240 kb, 470 kb, 500 kb e 720 kb, respectivamente (posições 97000-334571, 97000-570532, 97000-602492 and 97000- 816477 do UCSC Genome Browser, Fevereiro, 2009, respectivamente), quatro outras encontram-se limitadas às regiões que contém o elemento regulatório, deixando os genes a intactos, porém sem expressão. Essas últimas apresentam tamanhos mínimos de 0.4 kb, em um dos casos, e de 95 kb a 100 kb nos demais (posições entre 163464-163904, 97000- 193847, 97000-202417 e 97000-202417 do UCSC Genome Browser, Fevereiro, 2009, respectivamente). Em um dos pacientes com fenótipo talassêmico heterozigótico foi demonstrada a presença de uma quadruplicação de cerca de 230 kb de DNA, incluindo todo o cluster a e seu elemento regulatório (97000 a 231370 do UCSC Genome Browser, Fevereiro, 2009). Este estudo representa o primeiro no Brasil a empregar o método de MLPA na caracterização das bases moleculares da talassemia a. A ampla diversidade de alterações identificadas enfatiza a necessidade de se investigar todos os casos cujos valores hematológicos revelem hipocromia e microcitose, na ausência de deficiência de ferro e níveis normais de HbA2Alpha (α) thalassemia is an inherited hemoglobin disorder characterized by reduction or absence of the a-globin chain synthesis. These chains are encoded by duplicated genes (α 2 and α 1) that lie in a gene cluster near the telomeric end of the short arm of chromosome 16 (16p13.3). Deletions are the major molecular cause of the disease and may affect one or both α genes in the chromosome (the α + and α 0 forms, respectively). In recent years several techniques have been developed to identify deletions involving the α -globin cluster in chromosome 16. The molecular tests commonly used to identify these deletions are gap- PCR, Southern Blot analysis and FISH. However, several thalassemia deletions remain uncharacterized by these methods. In 2005 a simple technique suitable for rapid quantitative analysis ¾ multiplex ligationdependent probe amplification (MLPA) ¾ was adapted for the diagnosis of thalassemias. The approach is based on the ligation and PCR amplification of two adjacently hybridizing oligonucleotides (probes). Each oligonucleotide pair is designed to give a product of unique length, and by using common ends all the probes can be amplified with one primer pair. Finally, the use of a fluorescent label allows the probe to be separated in a capillary sequencing system. In this study we used MLPA to investigate the molecular basis of thalassemia in nine unrelated patients (five with Hb H disease) in whom the molecular causes of the disease could not be detected by sequence analysis or other conventional techniques. In total, 44 probe pairs were used, covering approximately 800 kb from the telomere to the MSLN gene in the 16p13.3 region. Eight different deletions were detected. While four of them affect a large region including the entire α -globin gene locus and its upstream regulatory element, spanning genomic regions of at least 240 kb, 470 kb, 500 kb and 720 kb (positions 97000-334571, 97000-570532, 97000-602492 and 97000-816477 of the UCSC Genome Browser, February, 2009, respectively). The other four deletions were limited to a region that contains the upstream regulatory element; the α -globin genes, although intact, are therefore not expressed. These deletions span a region of at least 0.4 kb in one case and from 95 kb to 100 kb in the other cases (positions 163464-163904, 97000- 193847, 97000-202417 and 97000-202417 of the UCSC Genome Browser, February, 2009, respectively). One carrier who was suspected of having heterozygous α -thalassemia showed a segmental quadruplication spanning about 230 kb and including the a cluster and upstream regulatory element (97000-231370 do UCSC Genome Browser, February, 2009). This study is the first in Brazil to use the MLPA method to characterize thalassemias. The variety of rearrangements identified highlights the need to investigate all cases presenting with microcytosis and hypochromia without iron deficiency or elevated Hb A2 level