CNV doença associações
O efeito de CNVs, na expressão do gene, e seus potencialmente perturbadores efeitos no gene de estrutura e função, sugere que eles são propensos a fazer uma contribuição considerável para doenças humanas. No entanto, devido à descoberta relativamente recente de CNVs e às limitações actuais das técnicas de elevado rendimento, a extensão total das associações de doenças do CNV ainda não é clara. No entanto, a partir do número crescente de casos em que essas associações foram demonstradas, é provável que dêem um contributo substancial para a doença humana.
dado o grande número de genes que são sobrepostos pelos CNVs (Quadro 1),1), é provável que uma proporção significativa de genes biomedicamente relevantes seja afectada. Em nosso estudo de descoberta CNV, por exemplo, quase metade dos genes que cruzam variantes foram representados no banco de dados OMIM, incluindo genes associados com doenças mendelianas, distúrbios genômicos e doenças comuns (de Smith et al., 2007). Na verdade, muitas mudanças no número de cópias de genes contribuem diretamente para doenças monogênicas. Em doenças recessivas, hemizigosidade devido à eliminação de um gene, ou parte de um gene, poderia desmascarar uma mutação na outra cópia do gene. Inversamente, a duplicação de uma cópia de um gene saudável num cromossoma poderia, teoricamente, mascarar os efeitos de uma mutação causadora de doença no gene no outro cromossoma, salvando assim o fenótipo. Com efeito, previu-se que uma parte da penetração variável demonstrada por muitas perturbações genéticas dominantes poderia ser explicada pelos CNVs (Beckmann et al., 2007).
a doença de Alzheimer de início precoce (ADEOAD) autossómica dominante é conhecida por ser causada por mutações de missense nos genes do app no cromossoma 21, mas a duplicação do app locus também foi encontrada em pacientes com esta doença (Rovelet-Lecrux et al., 2006). Pensa-se que este ganho de número de cópias leva a uma abundância de depósitos amilóides no cérebro. Da mesma forma, a triplicação do gene SNCA, que leva a uma profusão de corpos de Lewy, tem sido associada em doentes com doença de Parkinson autossómica dominante (Singleton et al., 2003). Nenhum destes genes é conhecido por ser sobreposto por variantes em indivíduos saudáveis, e estes ganhos de número de cópias são, portanto, pensado para subjacente doença: tais características são denominadas mutações de número de cópias (CNMs). A perda ou ganho de material exônico também pode resultar em mutações de missense ou de frameshifts: na verdade, distrofia muscular de Duchenne (DMD) é geralmente causada por deleções de novo e duplicações resultando em frameshifts. Se estes fossem descobertos pela primeira vez hoje, seriam conhecidos como CNMs. O que é importante é que a maioria das estratégias de sequenciamento para a identificação de mutações que causam a doença monogênica perderia tais variantes, o que poderia, portanto, ser responsável por uma proporção significativa de mutações “desaparecidas”, e complicaria o aconselhamento genético.
assim Como monogênica doenças, variações no número de cópias de grandes regiões genômicas são a causa subjacente de muitos genômica transtornos, e tais aberrações podem afetar a copiar números de vários genes. Em alguns casos, pensa-se que as alterações de dosagem de muitos genes contribuem para o fenótipo, por exemplo com o ∼1.Eliminação de 6 Mb no cromossoma 7q11. 23 que leva à síndrome de Williams-Beuren (Peoples et al., 2000). Em outros transtornos, como CMT1A e SMS, alterações de dosagem em apenas um gene são pensadas para a doença subjacente (Roa et al., 1991; Slager et al., 2003). A interpretação dos dados derivados de Investigações clínicas sobre a causa subjacente de suspeitas de perturbações genómicas é frequentemente complicada pela presença de CNVs. Ainda não temos uma apreciação completa do espectro normal de variação do número de cópias, particularmente em grupos de população não-HapMap (o Consórcio Internacional HapMap, 2003), e por isso pode ser muito difícil distinguir entre CNV benignos e variantes causadoras de doenças. Outras complicações podem ser causadas por CNVs que sobrepõem maiores aberrações, de modo que diferentes combinações de variantes mitigam ou agravam fenótipos. Isto pode ajudar a explicar, por exemplo, as diferentes manifestações de fenotipos observadas em trissomia 21 doentes.: por exemplo, 40% dos pacientes têm defeitos cardíacos congênitos (Freeman et al., 1998) e 1% desenvolvem leucemia (Zipursky et al., 1992).
a situação em relação a doenças complexas é ainda menos simples. Os recentes avanços na análise complexa de doenças, utilizando abordagens de associação SNP à escala do genoma, destacaram novos genes e potenciais vias patogénicas (Frayling et al., 2007; Sladek et al., 2007), mas os marcadores SNP encontrados ainda não contabilizam a hereditariedade estimada destes transtornos. É provável, portanto, que outros fatores genéticos contribuam para distúrbios complexos comuns, incluindo variantes raras, modificações epigenéticas e variação do número de cópias. Embora o CNVs sobreponha muitos genes biologicamente importantes, vários dos quais já estavam associados à doença, isso não é por si só evidência de que eles desempenham um papel na doença. Por conseguinte, estão actualmente em curso estudos para identificar os CNV associados a doenças específicas. Isto já levou à notificação de associações de doenças com variantes que são relativamente comuns em populações aparentemente saudáveis. Uma parte substancial destas associações foi encontrada com genes envolvidos no sistema imunológico e na defesa contra a doença. O primeiro exemplo disso foi a descoberta de que o baixo número de cópias de um CNV frequente, incluindo o gene FCGR3B, está associado à glomerulonefrite em ratos e humanos (Aitman et al., 2006). Este gene desempenha um papel-chave na regulação do inflamatórias e respostas imunes, especialmente na fixação de neutrófilos para os complexos imunes e o apuramento destes complexos, e desde então tem sido associado com lúpus eritematoso sistêmico (LES) e outras doenças auto-imunes sistêmicas, tais como a ANCA associada a vasculite (Fanciulli et al., 2007).
conforme descrito anteriormente, variações no número de cópias de outro gene, componente de complemento C4, têm sido associadas com LES. Este gene também desempenha um papel na depuração de complexos imunes, bem como na ativação de vias complementares que atuam contra micróbios invasores, e na redução do limiar para a ativação de linfócitos B. Foi recentemente confirmado que o baixo número de cópias de C4 aumenta o risco de Les, enquanto o elevado número de cópias deste gene tem um papel protetor contra a doença (Yang et al., 2007).
outro gene envolvido na defesa contra a doença é o CCL3L1, que também está incorporado dentro de um CNV extremamente comum e altamente polimórfico. Este gene tem sido implicado na susceptibilidade e progressão da doença no VIH, uma vez que o CCL3L1 é o ligante mais eficaz para o receptor 5 da quimioquina CC (CCR5), que é o principal co-receptor do VIH, sendo assim um importante quimioquina supressora do VIH (Menten et al., 2002). A posse de baixo número de cópias CCL3L1 é um importante fator de risco para o HIV, associado com maiores cargas virais e maior perda subsequente de células T (Gonzalez et al., 2005).
possivelmente o exemplo mais intrigante de um CNV associado à doença que se sobrepõe aos genes relacionados com o sistema imunitário é o dos genes de defensina beta, que são candidatos à variação da susceptibilidade a doenças auto-imunes e inflamatórias, devido aos seus papéis anti-microbianos e pró-inflamatórios. Estes genes variam muito em número de cópias tanto em seres humanos (Armour et al., 2007) and also macaques, suggesting this is an ancient hotspot for copy number variation (Lee et al., 2008). Uma grande unidade de repetição no cromossoma 8p23.1, incluindo DEFB4, SPAG11, DEFB103, DEFB104 e DEFB105, entre outros, é altamente variável em número de cópias, com indivíduos Carregando entre 2 e 12 cópias por genoma diplóide. Números elevados de cópias desta unidade aumentam a susceptibilidade à psoríase inflamatória comum da pele, consistente com uma resposta imunitária exagerada que leva a uma doença inflamatória (Hollox et al., 2008). Por outro lado, a baixa copiar números do DEFB4 gene têm sido associados com doença de Crohn do cólon, que é pensado para ser devido a um enfraquecimento da barreira antibacteriana na mucosa do cólon devido a deficiência relativa de beta-defensinas (Fellermann et al., 2006). Este é o primeiro exemplo de um CNV comum que em números de cópias baixas pode levar a uma doença, e em números de cópias altas pode levar a outra doença fenotipicamente distinta.As variantes de
também demonstraram sobrepor genes relevantes para o cancro, por exemplo uma região de eliminação de 630 kb no cromossoma 3p21.3 deletado no câncer de pulmão, incorporando três genes supressores de tumores TUSC2, TUSC4 e NAT6, foi encontrado para sobrepor uma deleção CNV relativamente comum em uma população aparentemente saudável (Wong et al., 2007). Muitos outros oncogenes e supressores de tumores são afetados pela variação do número de cópias, incluindo LPP, MLLT3, MEN1, APC, VAV2, TNFRSF25, BCAS1 e HIC2 (Conrad et al., 2006; de Smith et al., 2007; Wong et al., 2007). Estão em curso estudos para determinar as suas consequências para a susceptibilidade ao cancro, mas já temos pelo menos um exemplo de associação significativa. Uma variante da deleção UGT2B17, encontrada em cerca de 11-12% dos indivíduos saudáveis, exibe uma associação significativa com o risco de câncer de próstata em caucasianos. Níveis aumentados de testosterona sérica e outros andrógenos são um fator de risco para o câncer de próstata, e acredita-se que a exclusão deste gene, que está envolvido no metabolismo androgênico, pode levar ao aumento dos níveis séricos de androgênio (Park et al., 2006). Uma questão interessante, que ainda tem de ser investigada, é se existe alguma relação entre os CNV herdados em regiões genômicas relevantes para o câncer e a incidência das várias perdas e ganhos genômicos que ocorrem durante a progressão do câncer. Uma vez que estas alterações têm um significado prognóstico considerável, tal relação pode ter consequências importantes para decisões precoces sobre a gestão terapêutica.
conforme descrito, os genes envolvidos no desenvolvimento cerebral são enriquecidos em CNVs (de Smith et al., 2007), e uma proporção destas variantes pode, portanto, contribuir para a susceptibilidade a transtornos neurológicos e psiquiátricos, tais como transtorno bipolar (BD) e esquizofrenia. Na verdade, alguns dos mais importantes genes candidatos a BD e esquizofrenia, como PDE4ß, CHRNA7 e DISC1, são sobrepostos por variantes conhecidas. Num grupo de doentes com DB, por exemplo, verificou-se um aumento significativo da presença de um CNV conhecido sobrepondo o GSK3ßgene em comparação com controlos saudáveis (Lachman et al., 2007). Este é um gene candidato credível para BD, uma vez que está envolvido no desenvolvimento de células neuronais, e ratos transgênicos com Gsk3ßoverexpressão tem sido mostrado para imitar atos de mania clínica, com aumento da atividade locomotora e resposta acústica startle (Prickaerts et al., 2006). O GSK3ßvariant só foi documentado em duas amostras de controlo saudáveis até à data, pelo que pode ser descrito como um CNV raro. Alguns estudos destinados a identificar variantes associadas a doenças particulares, no entanto, revelaram variantes do número de cópias genéticas que estão presentes apenas em pacientes com essas doenças, e não na população em geral. Estas variantes devem, portanto, ser adequadamente denominadas mutações do número de cópias( CNMs), uma vez que não estão presentes com uma frequência apreciável (>1%) na população em geral e podem ser a causa directa da doença, em vez de actuarem como loci de susceptibilidade.
para além dos CNV comuns que desempenham um papel em distúrbios neurológicos, alguns CNM de novo também têm sido associados a tais doenças. Num estudo (Wilson et al., 2006). Especula-se que estes genes são expressos diferencialmente durante o desenvolvimento embrionário humano precoce, e que o desenvolvimento de um sistema nervoso central normal depende da regulação complexa destes genes (Wilson et al., 2006). Um estudo recente também indica que variantes raras de novo com alta penetração podem estar subjacentes à esquizofrenia em alguns casos. Xu et al. (2008) encontrou uma frequência de 10% de novas variantes em pacientes com esquizofrenia esporádica, que foi oito vezes maior do que nos controles. O número de genes sobrepostos por estas variantes era relativamente pequeno, mas a análise GO mostrou que as categorias mais enriquecidas eram vias associadas ao desenvolvimento neuronal (Xu et al., 2008). Estes resultados são espelhados por outro relatório recente de uma associação com variantes raras que afectam genes de desenvolvimento neurológico em casos de esquizofrenia (Walsh et al., 2008).
os resultados destes estudos sobre a esquizofrenia têm paralelos em investigações recentes sobre a genética do autismo, uma vez que associações de variantes de novo também foram determinadas com esta doença do desenvolvimento neurológico (Sebat et al., 2007; Marshall et al., 2008). Sebat et al. (2007), por exemplo, encontraram uma freqüência de mutações espontâneas a ser de 10% em casos esporádicos de autismo, em comparação com apenas 1% em controles não afetados, e um número de genes, incluindo SHANK3, NLGN4 e NRXN1, têm sido implicados na etiologia do autismo, através de estudos de variação de número de cópia. A interpretação destes dados é um pouco complicada, no entanto, pelas dificuldades inerentes a (a) provar que uma determinada variação do número de cópias é realmente de novo (a maioria das metodologias atuais sofrem de falsos negativos, bem como resultados falsos positivos) e (B) estabelecer a taxa “normal” de geração de alterações no número de cópias de novo.
a distinção entre variantes do número comum de cópias de genes e CNMs raros nem sempre é clara. Um exemplo particular disso são os ganhos e Perdas de número de cópias comuns da região no cromossomo 7 que incorpora os genes PRSS1 e PRSS2, mutações de falta de sentido em que são conhecidos por causar pancreatite hereditária. Esta é uma doença autodigestiva, em que uma cascata de ativação de enzimas digestivas pancreáticas é causada pela ativação prematura de tripsin (Le Marechal et al., 2006). Os CNVs que sobrepõem os dois genes foram encontrados em indivíduos saudáveis, mas uma triplicação desta região está associada à doença. Pensa-se que o aumento da dosagem dos genes PRSS1 e PRSS2 triplicados pode perturbar o equilíbrio entre a activação e a inibição da tripsina no pâncreas (Le Marechal et al., 2006), o que sugere que uma duplicação do mesmo locus em ambos os cromossomas poderia ter o mesmo efeito. A região triplicada é, portanto, uma mutação do número de cópias que está subjacente à doença, enquanto um ganho de cópia único em um cromossomo (ou seja, duplicação CNV) pode ser descrito como um CNV pré-cálculo para o fenótipo adverso. A situação é ainda mais complicada, no entanto, pela recente identificação de uma duplicação deste locus em quatro doentes com pancreatite hereditária, que não foi encontrada nos controlos (Masson et al., 2008b): é possível, portanto, que a duplicação deste locus possa, em alguns indivíduos, causar doenças, mas em outros agir como um CNV benigno.
a mesma doença também demonstrou recentemente resultar de outro mecanismo genético. Como mencionado anteriormente, Masson et al. (2008a) identificou um gene híbrido PRSS2/PRSS1, que descrevem como tendo um efeito “duplo ganho de função”, com consequências qualitativas e quantitativas, numa família francesa com pancreatite hereditária. Este gene de fusão consiste essencialmente numa duplicação de metade de cada gene, actuando assim como um CNM “quantitativo”, para além de uma mutação missense “qualitativa”, que resultou num fenótipo altamente penetrante nesta família. Esta parece ser uma nova relação genótipo-fenótipo.
até à data, foram efectuados poucos inquéritos para examinar os efeitos duplos dos receptores de televisão a cores e dos receptores de televisão a cores. Um exemplo, no entanto, é a análise do fator complementar H e do gene cofactor membrana (CFH), que contém uma variante de aminoácidos que predispõe à degeneração macular relacionada com a idade (Klein et al., 2005). Este gene está contido dentro de uma região CNV; assim, é possível que variações no número de cópias deste gene, ou sua região genômica circundante, poderia modificar o risco de doença. Em apoio a isso, um haplótipo que transporta deleções dos genes cphr1 e CPHR3 próximos mostrou ser protetor contra a doença (Hughes et al., 2006). Este exemplo destaca a necessidade de avaliar a contribuição de ambos os tipos de variantes para fenótipos complexos e doenças, já que casos como estes podem ser apenas a ponta do iceberg (Masson et al., 2008a).
é provável, portanto, que variações no gene do número de cópia desempenham um papel importante na saúde humana, com alguns pontos em comum gene CNVs aumentando a susceptibilidade a certas doenças complexas, enquanto que os chamados CNMs são a causa direta da Mendeliana-como doenças. Estimativas atuais indicam que as variantes do número de cópias sobrepõem mais do genoma humano do que SNPs (estimativas atuais de 29 29% BP cf. 0, 4% (http://projects.tcag.ca/variation)); no entanto, resta provar se os CNVs são a principal fonte de diferenças inter-individuais no fenótipo fisiológico, bem como a aptidão geral e susceptibilidade à doença. A interacção entre SNPs e CNV funcionalmente relevantes acrescenta um novo nível de complexidade aos inquéritos.