Explorando o papel de fatores genéticos na suscetibilidade à Síndrome Congênita associada à infecção pelo vírus Zika

Abstract

A infecção pelo vírus Zika (ZIKV) durante a gestação pode causar a síndrome congênita do Zika (SCZ) em 5-14% dos embriões ou fetos expostos. Essa condição se manifesta como um espectro de anomalias funcionais e estruturais desencadeadas por danos ao sistema nervoso central, incluindo sequência disruptiva cérebro-fetal, alterações cerebrais, alterações oculares, contraturas congênitas e comprometimento do neurodesenvolvimento. Embora a exposição ao ZIKV seja necessária, ela não é suficiente para o desenvolvimento desses fenótipos, e não explica completamente os desfechos clínicos heterogêneos. Evidências crescentes sugerem que fatores genéticos humanos desempenham um papel importante na modulação do risco e da gravidade da SCZ. Portanto, o objetivo deste trabalho foi investigar fatores genéticos associados à suscetibilidade à SCZ por meio de uma abordagem gene-candidato e genômica. A abordagem genética envolveu um estudo caso-controle baseado na investigação do gene IL1B, que codifica a IL-1β, uma citocina pró-inflamatória envolvida na neuroinflamação, observada durante a infecção pelo ZIKV. Este estudo incluiu 39 casos (crianças com SCZ) e 48 controles (crianças expostas ao ZIKV durante a gravidez, nascidas sem anomalias congênitas). Avaliamos o papel de variantes funcionais no promotor de IL1B (-3737G>A, -1464C>G, -511A>G, -31G>A) na suscetibilidade à SCZ. Não foram observadas diferenças significativas nas frequências alélicas ou genotípicas entre os grupos. No entanto, o haplótipo -3737G/- 1464C/-511A/-31G, associado a uma maior atividade do promotor de IL1B, foi mais frequente nos controles (p = 0,02), sugerindo um papel protetor através da indução de uma resposta imune precoce robusta, que poderia controlar a infecção pelo ZIKV enquanto minimiza os danos induzidos pela inflamação. Além disso, identificamos que os casos foram mais frequentemente expostos durante o primeiro trimestre (p < 0,0001), e os controles apresentaram um nível socioeconômico mais alto (p < 0,0001 para escolaridade materna; p = 0,001 para renda). A abordagem genômica baseou-se na análise do sequenciamento do exoma completo de oito crianças com fenótipo sugestivo de SCZ – quatro com exposição confirmada ao ZIKV e quatro com suspeita de exposição ao ZIKV – para identificar fatores genéticos que influenciam a suscetibilidade à SCZ. Para garantir uma investigação mais confiável, realizamos primeiramente o diagnóstico diferencial para excluir pacientes com síndromes genéticas que apresentam fenótipos sobrepostos à SCZ. Nesta etapa, identificamos três pacientes cujos fenótipos podem ser explicados por variantes monogênicas: o paciente SE1 carrega uma variante frameshift provavelmente patogênica em heterozigose no gene SON, consistente com a síndrome de Zhu-Tokita-Takenouchi- Kim (ZTTK); o paciente SE3 possui duas variantes stop-gain patogênicas em ASPM, consistentes com microcefalia primária autossômica recessiva 5 (MCPH5); e o paciente SE4 possui uma variante frameshift patogênica em heterozigose em FOXG1, confirmando o diagnóstico da síndrome FOXG1. Esses pacientes foram excluídos da investigação de suscetibilidade, que foi realizada para os pacientes restantes. Identificamos variantes patogênicas e provavelmente patogênicas em genes envolvidos em mecanismos conhecidos de teratogênese pela infecção por ZIKV, incluindo progressão do ciclo celular, excitotoxicidade, autofagia e resposta antiviral, sugerindo que variantes funcionais em genes dessas vias poderiam contribuir para a suscetibilidade à SCZ. Além disso, devido à distribuição geográfica heterogênea das nossas amostras, realizamos uma análise de ancestralidade, que revelou um perfil genético miscigenado, com variações regionais nas proporções dos componentes de ancestralidade. De maneira geral, os trabalhos desenvolvidos conseguiram alcançar o objetivo principal desta dissertação e contribuem para a compreensão da interação entre o ZIKV e fatores genéticos na suscetibilidade à SCZ.

Zika virus (ZIKV) infection during pregnancy can lead to congenital Zika syndrome (CZS) in 5-14% of exposed embryos or fetuses. This condition manifests as a spectrum of functional and structural anomalies triggered by central nervous system damage, including fetal brain disruption sequence, brain abnormalities, ocular abnormalities, congenital contractures, and neurodevelopmental impairment. While ZIKV exposure is necessary, it is not sufficient for the development of these phenotypes and does not fully explain the heterogeneous clinical outcomes. Emerging evidence suggests that host genetic factors play an important role in modulating the risk and severity of CZS. Therefore, the aim of this study was to investigate genetic factors associated with CZS susceptibility through a candidate gene and a genomic approach. The genetic approach encompassed a case-control study based on the investigation of the IL1B gene, which encodes IL-1β, a pro-inflammatory cytokine involved in neuroinflammation observed during ZIKV infection. This study included 39 cases (children with CZS) and 48 controls (children exposed to ZIKV during pregnancy, born without congenital anomalies). We evaluated the role of functional IL1B promoter variants (-3737G>A, -1464C>G, -511A>G, -31G>A) in CZS susceptibility. No significant differences were observed in allelic or genotypic frequencies between the groups. However, the haplotype -3737G/-1464C/-511A/-31G, associated with higher activity of the IL1B promoter, was more frequent in controls (p = 0.02), suggesting a protective role through the induction of a robust early immune response, which may control ZIKV infection while minimizing inflammation-induced damage. Additionally, we identify that cases were more frequently exposed during the first trimester (p < 0.0001), and controls had higher socioeconomic status (p < 0.0001 for maternal education; p = 0.001 for income). The genomic approach was based on the analysis of the whole- exome sequencing of eight children with suggestive phenotype of CZS - four with confirmed ZIKV exposure and four with suspect ZIKV exposure – to identify genetic factors influencing CZS susceptibility. To ensure a more reliable investigation, we first conducted a differential diagnosis to exclude patients with genetic syndromes that present overlapping phenotypes with CZS. At this stage, we identified three patients whose phenotypes could be explained by monogenic variants: patient SE1 carries a likely pathogenic heterozygous frameshift variant in the SON gene, consistent with Zhu-Tokita-Takenouchi-Kim (ZTTK) syndrome; patient SE3 has two pathogenic stop-gain variants in ASPM, consistent with autosomal recessive primary microcephaly 5 (MCPH5); and, patient SE4 carries a pathogenic frameshift heterozygous variant in FOXG1, confirming the diagnosis of FOXG1 syndrome. These patients were excluded from the susceptibility investigation, which was performed for the remaining patients. We identified pathogenic and likely pathogenic variants in genes involved in known mechanisms of ZIKV teratogenesis, including cell cycle progression, excitotoxicity, autophagy, and antiviral response, suggesting that functional variants in genes within these pathways could contribute to CZS susceptibility. Additionally, due to the heterogeneous geographic distribution of our samples, we performed an ancestry analysis, which revealed an admixture genetic profile, with regional variations in the proportions of ancestry components. Overall, the studies conducted achieved the main goal of this dissertation and contributed to the understanding of the interplay between ZIKV and genetic factors in CZS susceptibility.