Uma ampla abordagem in silico na análise de mutações de sentido trocado (missense) nas hemofilias a e b

Abstract

A hemofilia consiste em uma desordem da coagulação sanguínea de herança recessiva e ligada ao cromossomo X. Existem dois tipos de hemofilia, a hemofilia A e a B, causadas respectivamente por mutações nos genes F8 e F9, que codificam os fatores VIII (FVIII) e IX (FIX) da coagulação sanguínea. Conforme a deficiência do fator correspondente, a hemofilia é classificada em leve (5-40%), moderada (1-5%) e grave (<1%).Ambas as condições possuem heterogeneidade alélica, existindo uma gama de mutações reportadas como suas causas. Existem cerca de 1.451 e 667 mutações de sentido trocado reportadas nos bancos de dados da hemofilia A e B, respectivamente, tendo uma grande contribuição na determinação da desordem. Mutações de sentido trocado são alvos de investigações sobre seu impacto, uma vez que seus efeitos variam conforme a região onde ocorre a troca de aminoácidos e pela troca em si, pelas propriedades que são alteradas na substituição. É crucial, para o bom diagnóstico, acompanhamento e interferência em pacientes, que as variantes sejam corretamente interpretadas entre patogênicas ou não. O presente trabalho investigou mais de 200 variantes para entender a determinação da patogenicidade nas hemofilias. As investigações foram conduzidas através de uma abordagem in silico desenvolvida e que leva em conta as características físico-químicas da estrutura proteica para relacioná-las ao fenótipo e inferir seu efeito.A abordagem é baseada em modelagem molecular seguida da avaliação das propriedades físicoquímicas dos modelos, que são então combinadas em uma análise de clusterização hierárquica. Tal abordagem se mostrou eficiente na identificação de propriedades importantes para domínios proteicos e para determinar que tipo de atributos estão modificados nas variantes patogênicas. Assim, conseguimos acessar dados que ferramentas prévias não revelam. Também foi possível estabelecer parâmetros para variantes polimórficas e hiperativas, identificando clusters com características semelhantes e procurando estabelecer relação com o seu fenótipo. A abordagem elaborada contribui para elucidar efeitos de variantes de sentido trocado e para entender um pouco mais sobre os fatores VIII e IX, suas variantes e propriedades alteradas. Esperamos que essa abordagem possa ser expandida a uma aplicação clínica, e à outras desordens Mendelianas com heterogeneidade alélica.

Hemophilia is an X-linked recessive blood clotting disorder. There are two types of hemophilia, hemophilia A (HA) and B (HB), caused respectively by mutations in the F8 and F9 genes, which encode blood clotting factors VIII and IX. According to factor deficiency, hemophilia is classified as mild (5-40%), moderate (1-5%) and severe (<1%). Both conditions have allelic heterogeneity, with a range of mutations reported as disorders’ cause. There are about 1,451 and 667 missense mutations reported in the HA and HB databases respectively, with a large contribution of such mutations in determining the disorder. Missense mutations lead to wide investigations since their effects vary according to the region where the amino acid exchange occurs and according to the exchange itself, due to the substitutions altered properties. The correct interpretation of which variants are pathogenic, and which are not, is crucial for correct diagnosis and patient interferences. The present work investigated more than 200 variants to understand the determination of pathogenicity in hemophilia. The investigations were conducted using an in silico approach developed by us, that takes into account the physicochemical characteristics of the protein structure, in order to infer and relate these features with substitutions’ effect. The approach is based on molecular modeling followed by the evaluation of physicochemical properties, which are then combined in a hierarchical clustering analysis (HCA). This approach proved to be efficient in identifying important properties for protein domains and in determining which type of attributes are modified in pathogenic variants. Thus, we were able to access from it, data that other tools do not reveal. We were also able to establish parameters for polymorphic and hyperactive variants by identifying clusters with similar characteristics and trying to establish a relationship with their phenotype. The application of the elaborated approach should contribute to elucidate the effects of missense variants and to understand more about the coagulation factors, their variants and altered properties. We hope and believe that this approach can be expanded to a clinical application and to other Mendelian disorders with allelic heterogeneity.