Avaliação de modificadores do fenótipo na doença de Machado-Joseph

Abstract

A ataxia espinocerebelar tipo 3/ doença de Machado-Joseph (DMJ/SCA3) é uma condição neurodegenerativa devida à expansão de um trato CAG (CAGexp) no gene ATXN3, resultando em uma proteína anormal com uma sequência de poliglutaminas (poliQ) expandida. O CAGexp determina apenas parcialmente a idade de início dos sintomas (AO, age at onset) e evidências crescentes apontam para a modulação da AO por fatores adicionais. Diferentes estudos também sugerem que a velocidade de progressão da doença (VPD) é modificada pelo CAGexp e/ou fatores adicionais. O objetivo do presente trabalho foi identificar novos modificadores genéticos da DMJ/SCA3, com foco em dois fenótipos: AO e VPD. Inicialmente, uma revisão sistemática avaliou o atual “estado da arte” sobre modificadores da AO. Uma metanálise avaliou 140 estudos originais selecionados, incluindo dez coortes de pacientes com dados individuais (n=2.099) e duas coortes com dados agregados. Os dados gerados por essa metanálise direcionaram os estudos sobre os modificadores genéticos da AO. Em seguida, potenciais moduladores descritos anteriormente foram validados e um importante efeito população-específico do CAGexp sobre a AO foi descoberto, sugerindo a existência de modificadores da AO distintos em diferentes populações com DMJ/SCA3. Essa hipótese foi testada e validada e, como resultado, desenvolvemos fórmulas população-específicas para a predição da AO em indivíduos assintomáticos com DMJ/SCA3 de diferentes origens geográficas. A revisão sistemática permitiu-nos priorizar a análise de alguns candidatos a modificadores fenotípicos da DMJ/SCA3. O potencial efeito do gene para a apolipoproteína E (apoE), que é o maior fator de risco genético conhecido para o desenvolvimento da doença de Alzheimer, sobre a AO foi testado. Foi demonstrado que pacientes com DMJ/SCA3 homozigotos para apoE ε4/ε4 apresentaram AO significativamente mais precoce do que aqueles com outros genótipos de apoE, sugerindo que o controle dos níveis de apoE pode contribuir para o atraso do início da DMJ/SCA3. Além disso, o papel das chaperonas moleculares como modificadores fenotípicos da DMJ/SCA3 foi também investigado. Diversas chaperonas inibem a agregação e toxicidade de proteínas poliQ, mas a co-chaperona DNAJB6 tem sido demonstrada como um dos melhores agentes anti-amiloidogênicos. Esse tópico foi revisado como parte desse trabalho 12 e testamos a hipótese de que diversas chaperonas, e especialmente a DNAJB6, poderiam atuar como modificadores da AO e/ou VPD na DMJ/SCA3. Utilizando uma estratégia de amostragem de fenótipos extremos com foco na AO, níveis proteicos mais elevados de diferentes chaperonas, incluindo a DNAJB6, foram detectados em pacientes holandeses com DMJ/SCA3 de início significativamente mais tardia do que o esperado, em comparação a pacientes da mesma coorte com AO na média ou mais precoce do que o esperado. Além disso, níveis proteicos mais elevados da DNAJB6 foram fortemente associados a VPD mais lenta em uma coorte de pacientes brasileiros com DMJ/SCA3. No conjunto, esses resultados corroboram a noção de que chaperonas - especialmente a DNAJB6 - são potenciais alvos terapêuticos para se retardar o início e/ou atrasar a neurodegeneração na DMJ/SCA3, assim como em outras poliglutaminopatias. Portanto, foi demonstrado que fatores familiais e populacionais, o comprimento do trato CAG no gene ATXN2, o gene apoE e algumas chaperonas moleculares (especialmente a DNAJB6) são moduladores fenotípicos da DMJ/SCA3.

Spinocerebellar ataxia type 3/Machado-Joseph disease (SCA3/MJD) is a neurodegenerative condition due to an expanded CAG tract (CAGexp) at ATXN3, resulting in an abnormally long polyglutamine (polyQ)-containing protein. CAGexp determines only partially age at onset (AO), and growing evidence supports a role for AO modulation in SCA3/MJD by additional factors. Different studies have also suggested that the velocity of disease progression (VDP) in SCA3/MJD is modulated by CAGexp and/or additional factors. The aim of the present work was to identify new genetic modifiers of SCA3/MJD, focusing on two phenotypes: AO and VDP. Initially, a systematic review assessed the current “state of the art” on genetic modifiers of AO. A meta-analysis was based on 140 selected original studies, including 10 individual participant cohorts (n=2,099) and 2 aggregated data cohorts. Data generated by this meta-analysis directed further analyses on genetic modifiers of AO. Then, candidate modifiers published previously were validated and an important population-specific effect of CAGexp on AO was uncovered, suggesting the occurrence of distinct AO modifiers in different SCA3/MJD populations. This hypothesis was tested and validated, and as an outcome we developed population-specific formulas for AO prediction in asymptomatic SCA3/MJD subjects from different geographical origins. The systematic review also indicated candidate modifiers of SCA3/MJD phenotypes to be prioritized. The potential effect of the apolipoprotein E gene (apoE), which is the strongest known genetic risk factor for developing Alzheimer’s disease, on AO was tested. We then described that SCA3/MJD patients homozygous for apoE ε4/ε4 presented with significantly earlier AO than those with other apoE genotypes, suggesting that control of ApoE levels could prove beneficial for delaying disease initiation in SCA3/MJD. In addition, the role of molecular chaperones as phenotypic modifiers of SCA3/MJD was also investigated. Several chaperones suppress aggregation and toxicity of polyQ proteins, but DNAJB6 has been demonstrated as a superior antiamyloidogenic agent. This topic was reviewed as part of this work and we tested the hypothesis that several chaperones, and especially DNAJB6, could act as modifiers of AO and VDP in SCA3/MJD. Using an extreme phenotype sampling approach focused on AO, increased protein levels of different chaperones, including DNAJB6, were detected in Dutch SCA3/MJD patients with AO significantly later than expected when compared to individuals with early or average AO from the same cohort. Moreover, higher DNAJB6 protein levels were strongly associated to slower VDP in a cohort of Brazilian SCA3/MJD patients. Together, these data argue in favor of the therapeutic potential of chaperones – especially DNAJB6 – in delaying onset and/or slowing neurodegeneration in SCA3/MJD, as well as in other polyQ diseases. Therefore, we were able to show that familial and populational factors, CAG repeat length at ATXN2, apoE and some molecular chaperones (especially DNAJB6) are phenotypic modulators of SCA3/MJD.