Genomic imprinting and human chromosome 15

GABRIELA M. REPETTO

Department of Pediatrics, Faculdade de Medicina, P. Universidade Católica do Chile, Santiago

Corresponding Author: Gabriela Repetto. Dept. of Pediatrics, Faculdade de Medicina, P. Universidade Católica do Chile. Marcoleta 367, Santiago, Chile. FAX: (56-2) 638-4307. Phone: (56-2) 354-3753. Email: [email protected]

Received: May 20, 2001. Accepted: 10 de julho de 2001 a impressão genômica é um fenômeno reversível que afeta a expressão de genes dependendo de sua origem parental. Os distúrbios humanos mais caracterizados resultantes de uma alteração do processo de impressão são síndromes de Angelman e Prader-Willi. São devidos à falta de genes maternos ou paternos activos, respectivamente, da região do cromossoma 15q11q13. A maioria dos casos surgem através de supressões intersticiais. Fazemos a revisão de evidências de que outras comum citogenética alterações desta região, intersticial e supranumerário duplicações, poderia ser recíproco produtos das exclusões e também são afetados pelo fenômeno de imprinting, dada a predominância de einstein derivada de duplicações em pacientes apurado devido a atrasos de desenvolvimento ou autista recursos. termos chave: cromossoma 15; cromossomas 15 supressões/duplicações; a impressão genômica é um fenômeno epigenético que resulta na expressão diferencial de alelos, dependendo de sua origem parental. Embora esse recurso tem sido bem conhecido para os biólogos há anos em diferentes modelos animais e, particularmente, através de pronuclear transplante de experiências, as suas consequências clínicas em seres humanos só recentemente começou a ser elucidado (Hoppe e Illmensee 1977, Sapienza e Hall, 1995). Estima-se que menos de 1% do genoma humano esteja sujeito a impressão, e vários aglomerados de genes impressos foram identificados. Há evidências de que o processo de silenciamento preferencial de alelos ocorre durante a meiose, é mediado através da metilação de DNA, bem como diferenças de tempo de replicação específicas alelo e é “reset” em cada geração (Nicholls 1994, Knoll et al 1994, Ledbetter e Engel 1995). Sabe-se que o processo de imprinting e as suas alterações estão agora envolvidos em vários distúrbios humanos, incluindo certos tipos de cancro.; esta revisão incidirá apenas na região do cromossoma 15q11q13 impressa.

cromossoma humano 15q11q13 região

uma das regiões mais bem caracterizadas com impressão humana está localizada no braço proximal longo do cromossoma 15. Vários genes têm sido identificados nesta região, e, pelo menos, sete genes e transcrições são conhecidos como ativos apenas a partir paterna cópia: ZNF127, NDN, SNURF, SNRPN, IPW, PAR1 e PAR5 (Robinson et al., 1997, Cassidy et al., 2000). Apenas um gene na região, UBE3A, tem sido mostrado para ser expressa exclusivamente a partir do alelo materno (Kishino et al., 1997, Matsuura et al., 1997), e essa expressão diferencial é particularmente evidente no cérebro (Rougeulle C et al., 1997, Vu e Hoffman, 1997). Estudos murinos têm mostrado a expressão materna apenas do UBE3A em porções específicas do cérebro, tais como células de Purkinje, regiões do hipocampo e do nervo olfativo (Albrecht et al 1997). Além disso, estudos de doentes com pequenas delecções ou translocações demonstraram a presença de um centro de impressão com acção cis (Ohta et al 1999). Um gene não impresso desta região, o gene P, envolvido na biossíntese da melanina, vale a pena mencionar devido às anomalias pigmentárias observadas em alguns pacientes com alterações citogenéticas desta região (ver abaixo) (Lee et al 1994). doenças humanas devido aos efeitos de impressão do cromossoma 15″genes activos em falta”: Síndromes Angelman e Prader-Willi

as consequências clínicas do processo de impressão e seus defeitos foram primeiramente descritos em pacientes com síndromes Angelman (AS) e Prader-Willi (PWS), duas causas fenotipicamente distintas de atraso mental (MR). Pacientes com SA têm grave MR, ausência ou fala mínima, convulsões, marcha atáxica, ataques de riso excessivo, micrognatia, e, em alguns casos, hipopigmentação (Williams et ai, 1995). Em contraste, pacientes com PWS ter neonatal, hipotonia central, comprometimento cognitivo leve, hiperfagia de infância de início, resultando em obesidade, hipogonadismo hipogonadotrófico, as pequenas mãos e pés, característica características faciais e alguns também têm hipopigmentação (Holm et al., 1993). Ambas as síndromes, que diferem claramente em suas características fenotípicas, compartilham etiologias comuns: aproximadamente 70% dos pacientes têm uma deleção de 15q11q13, geralmente detectável com o uso de técnicas como a hibridização fluorescente in situ (FISH) (Cassidy et al 1996, 2000). As supressões envolvem a cópia de herança materna em indivíduos com SA, enquanto aqueles com síndrome de Prader-Willi têm supressões do alelo paterno (Knoll et al 1989). Pensa-se que a eliminação do gene P seja a causa da hipopigmentação. A análise Molecular das exclusões têm mostrado que a maioria dos pacientes têm em comum uma excluídos região de cerca de 4 mb, com proximal pontos de interrupção entre os marcadores D15S18 e D15S541 ou entre D15S541 e D15S543, distal e pontos de interrupção entre D15S12 e D15S24 (Kuwano et al 1992, Christian et al., 1995, Amós-Landgraf et al., 1999). Este agrupamento de pontos de paragem sugere instabilidade na região.

Cerca de 30 % dos pacientes com PWS e 10% das pessoas com COMO ter uniparental disomy (UPD) do cromossomo 15, que é a herança de ambos os homólogos do mesmo pai (Nicholls 1993, Cassidy et al., 2000). Esta anomalia parece resultar do resgate de trissomia ou monossomia e leva à ausência da contribuição biparental normal dos genes nesta região (Ledbetter e Engel 1995). A disomia Uniparental é avaliada rotineiramente em laboratórios clínicos, quer por análise de microssatelite, quer por Avaliação do Estado de metilação, quer por PCR específico de blot meridional ou metilação (Cassidy et al 1996, Kubota et al 1996). ambos os mecanismos, microdelecções e UPD, parecem ser acontecimentos esporádicos de baixo risco de recorrência para irmãos de doentes afectados. Foram notificados alguns casos de síndrome de Prader-Willi recorrente e síndrome de Prader-Willi em famílias. Os mecanismos subjacentes foram imprinting centro de mutações ou deleções no PWS (Buiting et al., 1994 e Ohta et al., 1999) e, na verdade, as mutações do maternal cópia de UBE3A em casos COMO (Kishino et al., 1997, Matsuura et al., 1997) consistente com a noção de que o último é um monogênica condição. Quando a mãe é uma portadora de mutação, o risco para a sua descendência de ter como é de 50%. Como mencionado acima, UBE3A, que codifica uma proteína envolvida na ubiquitinação, é o único gene conhecido da região que é expresso apenas a partir da cópia materna. Não está claro se o fenótipo PWS é devido à falta de um ou vários genes; o pensamento atual é que ele corresponde a uma síndrome do gene contíguo. Em resumo, uma ausência de Contribuição de genes paternos na região resulta em síndrome de Prader-Willi, uma ausência de genes maternalmente ativos resulta no fenótipo AS, e vários mecanismos poderiam explicar estes fenômenos.

“genes Extra”: duplicações Supranumerárias e intersticiais

outros rearranjos podem afetar esta região cromossômica, sendo as mais comuns duplicações, que podem ser supernumerárias ou intersticiais. As duplicações supranumerárias são frequentemente encontradas como cromossomo dicêntrico bisatelitado 15 (dic (15)). Estes são um dos marcadores supernumerários mais comuns, representando 50% dos encontrados durante a cariotipagem de rotina (Webb 1994). Com base na presença ou ausência de genes da região comum as/PWS, estes marcadores podem ser classificados em dic (15)S pequenos e grandes, que também diferem em suas consequências clínicas (Webb 1994). Pequeno dic (15)s pode ser familiar, e na maioria dos casos estão associados a uma normal fenótipos, mas grande dic (15)s são geralmente vistos em pacientes com atrasos de desenvolvimento e autismo ou autistas, como recursos, geralmente acompanhado por outros achados, tais como hipotonia, convulsões e característica de aparência facial. Análises moleculares destes marcadores mostraram que o pequeno Cid (15) tem pontos de ruptura semelhantes ao ponto de ruptura da deleção proximal, como descrito acima, entre D15S18 e D15S541 ou D15S541 e D15S543. Eles geralmente não contêm cópias extras dos genes impressos, e podem ser de origem materna ou paterna. Em contraste, há uma variação maior no tamanho de dic (15)s grandes, com alguns estendendo-se ao ponto de ruptura distal comum entre D15S12 e D15S24, mas com alguns marcadores de extensão ainda maior (Cheng et al 1994). Isto implica que estes pacientes têm tetrasomia para genes da região impressa. Surpreendentemente, a maioria dos pacientes relatados tem dic (15)s derivados dos cromossomos maternos, a maioria derivada de ambos os homólogos, sugerindo que eles se originaram na meiose I (Wolpert et al 2000). Faltam estudos de expressão genética, provavelmente devido à ausência de genes exclusivamente activos maternos que possam ser avaliados no sangue ou noutras amostras. Um estudo recente usando RT-PCR mostrou um excesso aparente de transcrição de SNRPN em um indivíduo com um grande dic (15) e características autistas em comparação com sequências de controle, sugerindo que os genes em excesso podem ser capazes de escapar do processo de impressão (Muralidhar et al 1999). A relação deste achado com o fenótipo cognitivo não é clara. estudos de indivíduos com duplicações intersticiais que resultam em trissomia para os genes na região também mostram pontos de ruptura que são semelhantes às supressões. Os doentes com duplicações de origem materna foram identificados no decurso da avaliação dos atrasos no desenvolvimento, e parece que as duplicações paternas são assintomáticas (Cook et al 1997, Repetto et al 1998).

A predominância de einstein-herdadas duplicações sugere que os eventos que levam para as duplicações são mais comuns durante o sexo feminino a meiose ou que há um viés de prevalência, o que pode ser devido a um ou mais leves fenótipo ou para o início de letalidade paternal derivada de duplicações. Estudos de pacientes apurados de forma imparcial, por exemplo, durante o diagnóstico pré-natal, ajudarão a esclarecer o significado das observações.a Imprinting é um fenômeno complexo que modifica a simples herança mendeliana. Suas implicações para os seres humanos só recentemente estão sendo reconhecidas, particularmente através dos estudos de doenças que resultam de anormalidades no processo normal de herança biparental. Vale ressaltar que as alterações descritas na região do cromossomo 15q11t13 compartilham pontos de ruptura comuns, o que sugere que pode haver um mecanismo comum para essas anormalidades. É possível que as alterações resultem de eventos de cruzamento desigual na meiose, e que as supressões e duplicações sejam produtos recíprocos. Esta situação foi descrita para outras doenças, tais como a Charcot-Marie-Tooth tipo IA e neuropatia hereditária com responsabilidade para a paralisia da pressão no cromossoma 22 (Chance et ai, 1994). Clusters of repeat sequences have been described in the common breakpoints in chromosome 15, making this a plausible hypothesis (Amos-Landgraf et al 1999).

também é evidente que estes distúrbios partilham a presença de vários graus de disfunção cognitiva, embora os fenótipos específicos sejam bastante diferentes. Isto pode ser devido ao agrupamento de genes que codificam receptores neurotransmissores como subunidades de receptores gama amino butíricos (Greger et al 1995, Cassidy et al 2000). As anomalias citogenéticas do cromossoma 15 são a causa mais comum conhecida de transtorno autista. Além disso, estudos de ligação em indivíduos com esta e outras doenças relacionadas sem anomalias citogenéticas mostraram resultados positivos para marcadores nesta região, sugerindo a presença de genes de susceptibilidade (Cook et al 1998). Claramente, muito mais deve ser aprendido sobre o processo de impressão, suas implicações para a doença humana e particularmente as desordens descritas aqui que representam uma proporção significativa de causas de deficiências cognitivas.

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