Screening and functional analysis of thyroglobulin gene mutations de mutações related to congenital goiter and hypothyroidism

Introdução: O hipotireoidismo congênito possui prevalência de 1/4000 crianças nascidas vivas e pode ser causado por disgenesia tireoideana (80% dos casos) ou por defeitos de síntese hormonal (20% restantes). A disormonogênese tem sido associada a mutações nos genes: tireoglobulina, simportador sódio/iodo, tireoperoxidase, dual oxidase 2, e pendrina. A tireoglobulina é uma glicoproteína de 660KDa e funciona como matriz para a síntese dos hormônios tireoideanos. Até o momento 38 mutações inativantes, associadas a bócio e hipotireoidismo, foram identificadas no gene da tireoglobulina. Objetivos: Este estudo visou caracterizar mutações no gene da tireoglobulina em 13 pacientes brasileiros com bócio e hipotireoidismo congênito e verificar o efeito funcional da mutação A2215D identificada neste estudo. Casuística e Métodos: Foram estudados 13 pacientes com hipotireoidismo congênito por possível defeito de síntese de tireoglobulina. Foi utilizado DNA de sangue periférico de todos os pacientes e amostra de tecido da paciente portadora da mutação A2215D. Os métodos utilizados foram: amplificação e sequenciamento dos 48 exons e das junções exon/intron, transfecção de células de mamífero com plasmídeos contendo o cDNA da tireoglobulina mutada e não mutada, eletroforese de proteínas e hibridização com anticorpo específico, dosagem de tireoglobulina por fluoroimunoensaio indireto, quantificação de RNAm por PCR quantitativo em tempo real, imunohistoquímica, microscopia por coloração de hematoxilina/eosina e microscopia eletrônica e imunoeletrónica. Resultados: O defeito de síntese de tireoglobulina nos pacientes foi confirmado pela ausência de elevação do valor da tireoglobulina sérica 24 e 48hs após a aplicação de 0,45mg de TSH humano recombinante. No gene da tireoglobulina foram identificadas cinco mutações, sendo duas novas (Q2142X e IVS46-1G>A) e três já descritas na literatura (R277X, IVS30+1G>T e A2215D); 19 polimorfismos e 13 alterações em introns. Doze dos treze pacientes apresentaram mutações bialélicas (homozigose ou em heterozigose composta). O estudo funcional em células de mamíferos revelou diminuição da secreção da proteína mutada e no tecido do paciente portador da mutação A2215D mostrou: localização intracelular da tireoglobulina com ausência quase total no colóide; retículo endoplasmático rugoso de volume extremamente aumentado, presença de tireoglobulina dentro do retículo endoplasmático rugoso e baixo conteúdo de RNAm de tireoglobulina e da própria proteína. Também foram verificados baixo conteúdo de RNAm de genes tireoideanos (TPO, TTF1, PAX-8, NIS, receptor de TSH). Conclusão: Todas as mutações identificadas neste estudo explicaram o hipotireoidismo congênito diagnosticado nos pacientes. A mutação A2215D promoveu a retenção da proteína mutada dentro do retículo endoplasmático rugoso e diminuiu sua secreção para o colóide, ocasionando grave defeito de síntese hormonal e hipotireoidismo. A tireoglobulina endógena portadora da mutação A2215D poderia atuar como regulador da função tireoideana via supressão da expressão dos fatores de transcrição importantes na fisiologia da tireóide.Introduction: Congenital hypothyroidism is one of the most common hereditary endocrine disorders, which affects 1:4000 newborns. Congenital hypothyroidism is caused by thyroid gland dysgenesis (80%) or inborn errors of thyroid hormone synthesis (20%). Genetic defects in thyroglobulin, pendrin, thyroperoxidase, dual oxidase 2, simporter sodium/iodine have been associated to dyshormonogenesis. Thyroglobulin is a large glycoprotein that functions as the matrix for thyroid hormone synthesis. At least 38 mutations in the TG gene have been identified in patients with thyroid dyshormonogenesis. Objectives: The aims of this study were to identify thyroglobulin gene mutations associated with congenital hypothyroidism in 13 Brazilian patients, and to determine the functional effect of the mutation A2215D identified in this study. Patients and methods: Thirteen patients with congenital hypothyroidism due to defective thyroglobulin synthesis were included. Peripheral blood DNA from all the patients and one thyroid tissue sample from a patient with the A2215D mutation were collected. Thyroglobulin exons and exons/introns borders were amplified by PCR and sequenced. Mammalian cells were transfected with expression vectors encoding mutated and non-mutated thyroglobulin cDNA. Immunoblots, determination of thyroglobulin concentrations, real time PCR to quantify mRNA expression, immunohistochemical analysis, hematoxilyn-eosin staining and electronic and immunogold microscopy were performed. Results Abnormal thyroglobulin synthesis and secretion was confirmed by the absence of a serum thyroglobulin elevation 24 and 48 hours after the stimulation with recombinant human TSH (0.45 mg). Molecular analysis revealed five mutations in the thyroglobulin gene, 2 novel (Q2142X and IVS46-1G>A) and three previously described mutations (R277X, IVS30+1G>T and A2215D); 19 polymorphisms and 13 intronic alterations. Biallelic mutations (homozygous or compound heterozygous) in the thyroglobulin gene were identified in twelve of thirteen patients. Functional studies in mammallian cells showed low secretion of the mutated thyroglobulin (A2215D). The complete analysis of the thyroid tissue from a patient with the A2215D mutation revealed: mutant thyroglobulin in the follicular cell but not in the lumen, marked dilatation of the endoplasmic reticulum, thyroglobulin immunopositivity in the endoplasmic reticulum and low concentration of thyroglobulin protein and mRNA. Furthermore, low mRNA levels of thyroid genes (TPO, TTF1, PAX-8, NIS, receptor de TSH) were detected. Conclusions: All the identified thyroglobulin gene mutations explained the congenital goiter hypothyroidism of the patients. The mutation A2215D promoted the retention of the mutant thyroglobulin in the endoplasmic reticulum, decreased the thyroglobulin secretion to the colloid resulting in an impairment of thyroid hormone synthesis and congenital hypothyroidism. The endogenous A2215D mutant thyroglobulin could be considered a regulator of follicular function mediated by the transcriptional suppression of thyroid genes