Fibrose cística : nova abordagem de diagnóstico molecular e estudos in silico dos mecanismos moleculares da doença

Abstract

A fibrose cística (FC) é uma doença genética autossômica recessiva com grande espectro de variabilidade clínica e mais de 2.000 variantes descritas. Afeta células epiteliais de diversos órgãos como pulmões, intestino, pâncreas, fígado, sistema reprodutivo e glândulas sudoríparas exócrinas. Este distúrbio é causado pelo funcionamento anormal da proteína Regulador da Condutância Transmembrana da Fibrose Cística (CFTR). Abordagens multifatoriais vêm aumentando a sobrevida de pacientes com FC, e nos recentes anos, o desenvolvimento de modernos medicamentos moduladores da CFTR tem realizado a transição da abordagem terapêutica profilática e sintomática para uma nova era da medicina de precisão, em que o medicamento visa a alteração básica da proteína CFTR de acordo com o genótipo do paciente, corrigindo a síntese, o tráfego ou a função da proteína que está sendo afetada. Com o tempo, estes fármacos tornam-se custo acessíveis, e para tornar viável a sua prescrição, além da aplicação de outras abordagens precisas conforme o genótipo do indivíduo, é fundamental que o paciente tenha o conhecimento da variante causadora da sua doença. Esta informação valiosa o acompanhará ao longo de sua vida, melhorando seu prognóstico. Em complemento, é necessário identificar e estudar as variantes e seus mecanismos moleculares. Modelos in silico são ferramentas úteis para prever o grau de patogenicidade de variantes incertas, auxiliando a elucidar a alteração da proteína a nível estrutural. Além disso, ferramentas de biologia de sistemas são essenciais para compreensão dos impactos das variantes em nível sistêmico. Três estudos foram realizados visando contribuir nesta temática. Em um primeiro estudo, objetivou-se padronizar um método custo- efetivo de extensão de base única para ampliação da cobertura de detecção do sistema de saúde pública do estado do Rio Grande do Sul, das atuais 12 para 37 variantes no gene CFTR. Em um segundo estudo, identificou-se uma nova variante causadora de defeito no gene CFTR, e previu-se sua patogenicidade empregando análise computacional. Por último, uma análise in silico, por biologia de sistemas, avaliou o perfil da expressão gênica em tecido brônquico e retal de indivíduos com FC (p.Phe508del homozigoto) e indivíduos controle. Os resultados do método de extensão de base única foram a ampliação da cobertura no diagnóstico molecular, com detecção de 93,01% dos alelos mutados conhecidos para FC na população brasileira. A nova variante encontrada (S511Lfs*2) é do tipo frameshift, e de acordo com o modelo in silico, de alta patogenicidade, associada a nenhuma síntese da proteína CFTR. Por fim, os estudos de biologia de sistemas nos epitélios brônquico e retal evidenciaram mecanismos que conduzem ao fenótipo da doença, por ontologias em comum entre os dois tecidos, mas também ontologias específicas. Todos estes estudos visam contribuir para uma melhor abordagem terapêutica, melhor qualidade de vida e um melhor prognóstico dos pacientes fibrocísticos.

Cystic fibrosis (CF) is an autosomal recessive genetic disease with a wide spectrum of clinical variation and more than 2,000 different variants. It affects epithelial cells of several organs such as lungs, intestines, pancreas, liver, reproductive system and exocrine sweat glands. This disorder is characterized by the abnormal functioning of the Cystic Fibrosis Conductance Transmembrane Regulator (CFTR) protein. Multifactorial approaches have increased the longevity of CF patients, and in recent years, the development of modern CFTR-modulating drugs has made a transition from the prophylactic and symptomatic therapeutic approach to a new era of precision medicine, in which the drug targets the base CFTR defect according to the patient's genotype, correcting the synthesis, traffic or function of the protein being affected. Over time, these drugs become cost-affordable, and to make their prescription viable, in addition to other precise approaches depending on the individual's genotype, it is essential that the patients know the variants that they have. This valuable information will accompany them throughout their life, improving their prognosis. In addition, it is necessary to identify and study variants and its molecular mechanisms. In silico models are useful tools to predict the degree of pathogenicity of uncertain variants, helping to elucidate the protein alteration at a structural level. In addition, systems biology tools are essential for understanding the impacts of variants at the system level. Three studies were carried out to cover up these themes. In a first study, the aim was to standardize a cost- effective minisequencing method to expand the detection coverage of the public health system in the state of Rio Grande do Sul, from the current 12 to 37 variants of the CFTR gene. In a second study, a new variant causing a defect in the CFTR gene was identified, and its pathogenicity was predicted using computational analysis. Lastly, an in silico analysis, by systems biology, evaluated the gene expression profile in bronchial and rectal tissues of FC individuals (p.Phe508del homozygous) and control individuals. The results of the minisequencing method were the expansion of the molecular diagnosis coverage, with detection of 93.01% of the known mutated alleles for CF in the Brazilian population. The new variant found (S511Lfs*2) is a frameshift type, and according to the in silico model, of high pathogenicity, associated with no CFTR protein synthesis. Finally, systems biology studies in the bronchial and rectal epithelia evidenced mechanisms that lead to the disease phenotype, through common ontologies between the two tissues, but also specific ontologies. All these studies aim to contribute to a better therapeutic approach, a better quality of life and a better prognosis for fibrocystic patients.