Cerebral vasculopathy in children with sickle cell disease: a study of genetic modulators of the disease

Dissertação de mestrado em Genética Molecular e Biomedicina apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade Nova de Lisboa em setembro de 2015 e defendida em 26 de novembro de 2015.Orientadora Paula Kjöllerström - Médica Pediatra no Hospital de D. Estefânia.Co-Orientadora Paula Faustino, PhD - Grupo de I&D em hemoglobinopatias, metabolismo do ferro e patologias associadas, Unidade de Investigação e Desenvolvimento do Departamento de Genética Humana, INSA, IP.[EN] Sickle cell disease (SCD) is a genetic disorder with recessive transmission, caused by the mutation HBB:c.20A>T. It originates hemoglobin S that forms polymers inside the erythrocyte, upon deoxygenation, deforming it and ultimately leading to premature hemolysis. The disease presents with high heterogeneity of clinical manifestations, the most devastating of which, ischemic stroke, occurs in 11% of patients until 20 years of age. In this study, we tried to identify genetic modifiers of risk and episodes of stroke by studying 66 children with SCD, grouped according to the degree of cerebral vasculopathy (Stroke, Risk and Control). Association studies were performed between the three phenotypic groups and hematological and biochemical parameters of patients, as well as with 23 polymorphic regions in genes related to vascular cell adhesion (VCAM-1, THBS-1 and CD36), vascular tonus (NOS3 and ET-1) and inflammation (TNF-α and HMOX-1). Relevant data was collected from patient’s medical records. Known genetic modulators of SCD (beta-globin cluster haplotype and HBA and BCL11A genotypes) and putative genetic modifiers of cerebral vasculopathy were characterized. Differences in their distribution among groups were assessed. VCAM-1 rs1409419 allele C and NOS3 rs207044 allele C were associated to stroke events, while VCAM-1 rs1409419 allele T was found to be protective. Alleles 4a and 4b of NOS3 27 bp VNTR appeared to be respectively associated to stroke risk and protection. HMOX-1 longer STRs seemed to predispose to stroke. Higher hemoglobin F levels were found in Control group, as a result of Senegal haplotype or of BCL11A rs11886868 allele T, and higher lactate dehydrogenase levels, marker of hemolysis, were found in Risk group. Molecular mechanisms underlying the modifier functions of the relevant genetic variants are discussed.[PT] A anemia de células falciformes (ACF) é uma doença genética de transmissão autossómica recessiva, causada pela mutação HBB:c.20A>T. Origina a hemoglobina S que forma polímeros no interior do eritrócito, aquando da desoxigenação, deformando-o e causando hemólise precoce. As manifestações clínicas da ACF são heterogéneas, sendo que uma das mais graves, o AVC isquémico, ocorre em 11% dos doentes até aos 20 anos. Neste trabalho, foram estudadas 66 crianças com ACF, agrupadas quanto ao grau de vasculopatia cerebral (AVC, Risco e Controlo) numa tentativa de identificar modificadores genéticos do risco e ocorrência de AVC. Foram feitos estudos de associação entre os três grupos fenotípicos e parâmetros hematológicos e bioquímicos dos doentes, bem como 23 regiões polimórficas em genes relacionados com aderência celular (VCAM-1, THBS-1, CD36), tónus vascular (NOS3, ET-1) e inflamação (TNF-α, HMOX). Os referidos parâmetros dos doentes foram recolhidos dos seus registos hospitalares. Os moduladores genéticos conhecidos da ACF (haplotipo no agrupamento da beta-globina, genótipo em HBA e BCL11A) e as variantes genéticas putativamente modificadoras da vasculopatia cerebral foram caracterizados e avaliados quanto a diferenças nas distribuições entre os referidos grupos. O alelo C do rs1409419 em VCAM-1 e o alelo C do rs2070744 em NOS3 foram observados em associação com o AVC, enquanto o alelo T do rs1409419 foi associado a proteção. Os alelos 4a e 4b do VNTR de 27 bp em NOS3 parecem estar associados, respetivamente, a risco e a proteção do AVC. Os STRs mais longos no promotor de HMOX-1 parecem predispor para AVC. Verificaram-se níveis mais elevados de hemoglobina fetal no grupo Controlo, como resultado da presença do haplotipo Senegal ou do alelo T de rs11886868 em BCL11A, e níveis mais elevados de lactato desidrogenase, marcador de hemólise, no grupo de Risco. São discutidos os mecanismos moleculares subjacentes à função modificadora das variantes relevantes.This work was partially funded by FCT: PEst-OE/SAU/UI0009/201