Efeito de variantes gênicas na rota da insulina como potenciais modificadores da idade de início em pacientes com doença de Machado-Joseph

Abstract

A Ataxia Espinocerebelar tipo 3 (SCA3), conhecida também como Doença de Machado-Joseph (MJD), é uma doença genética neurodegenerativa, com padrão de herança autossômica dominante. É causada por uma expansão de repetição nucleotídica CAG no gene ATXN3, o qual codifica para a proteína ataxina-3 e está localizado no cromossomo 14 (14q32.1). Nesta região do gene, o número do trinucleotídeo CAG (que codifica para o aminoácido glutamina) é repetido e polimórfico, o que caracteriza a SCA3/MJD como uma desordem de poliglutamina (poliQ). A idade de início da doença (AO) é dada pelo surgimento do primeiro sintoma, sendo a marcha atáxica o mais comumente observado, e ocorre por volta da terceira e quarta década de vida. Em casos extremos, a doença pode se manifestar mais precoce ou tardiamente. Alguns fatores modulam a AO, dentre eles, o número de repetições CAG no alelo expandido e alterações na via de sinalização da insulina. Nesse contexto, foi demonstrado que o aumento da expressão da proteína FOXO1 (Forkhead box O1), um fator de transcrição que atua na rota da insulina, está associado a diminuição da formação de agregados proteicos em doenças poliQ, característica marcante da patogênese da SCA3/MJD. Além disso, variantes de nucleotídeo único (SNVs) próximas ao gene FOXO1 (rs9532809 e rs4509910) foram anteriormente associadas a alteração na AO da doença de Parkinson, outro distúrbio neurodegenerativo. Isso posto, o objetivo do trabalho foi avaliar o efeito dessas mesmas variantes como potenciais modificadores da AO em pacientes com SCA3/MJD. Para tal, foram utilizadas amostras do biorrepositório do Laboratório de Neurogenética Translacional, provenientes de pacientes do ambulatório do Serviço de Genética Médica do Hospital de Clínicas de Porto Alegre. As amostras foram selecionadas com base na disponibilidade dos dados de AO e tamanho da expansão CAG (CAGexp). No total, foram incluídas no estudo 151 amostras de casos de indivíduos com SCA3/MJD e 54 amostras controle. A genotipagem das variantes foi feita por PCR qualitativa em tempo real, baseada em Ensaios Taqman. As análises estatísticas foram realizadas através do programa SPSS 18 (Statistical Package for Social Sciences, versão 18), com significância de 5% (p<0,05). Os resultados obtidos da nossa população foram comparados com dados dos bancos 1000 Genome Project e gnomAD. Para ambas as SNVs analisadas, não houve diferença entre casos e controles com relação às frequências alélicas e genotípicas. Um dos genótipos da variante rs9532809 (CC) apresentou uma tendência de associação com aumento da AO. Com relação a variante rs4509910, foi observada associação estatisticamente significativa entre um dos genótipos (GG) e o aumento da AO e, quando considerado um efeito recessivo do alelo G, o atraso da AO foi de aproximadamente 7,78 anos. Por fim, uma análise de haplótipo combinando os genótipos das duas SNVs demonstrou que a presença de pelo menos um alelo C em rs9532809 junto do genótipo GG em rs4509910 foi associada a AO tardia (p<0,05).

Spinocerebellar Ataxia type 3 (SCA3), also known as Machado-Joseph Disease (MJD), is a genetic neurodegenerative disease with an autosomal dominant inheritance pattern. It is caused by a CAG nucleotide repeat expansion in the ATXN3 gene, which codes for the protein ataxin-3 and is located on chromosome 14 (14q32.1). In this region of the gene, the number of the trinucleotide CAG (which codes for the amino acid glutamine) is repeating and polymorphic, which characterizes SCA3/MJD as a polyglutamine (polyQ) disorder. The age at onset of the disease (AO) is given by the development of the first symptom, with ataxic gait being the most commonly observed, and it occurs in the third and fourth decade of life. In extreme cases, the disease may manifest earlier or later. Some factors modulate AO, including the number of CAG repeats in the expanded allele and changes in the insulin signaling pathway. In this context, it was shown that increased expression of the protein FOXO1 (Forkhead box O1), a transcription factor that acts on the insulin pathway, is associated with a decline in the formation of protein aggregates in polyQ diseases, a hallmark of the pathogenesis of SCA3/ MJD. Furthermore, single nucleotide variants (SNVs) close to the FOXO1 gene (rs9532809 and rs4509910) were previously associated with alteration in AO of Parkinson's disease, another neurodegenerative disorder. Therefore, the aim of this study was to evaluate the effect of these same variants as potential AO modifiers in patients with SCA3/MJD. For this purpose, samples from the Laboratory of Translational Neurogenetics biorepository were used, from patients at the outpatient clinic of the Medical Genetics Service at Hospital de Clínicas de Porto Alegre. Samples were selected based on the availability of AO data and CAG expansion size (CAGexp). In total, 151 case samples from individuals with SCA3/MJD and 54 control samples were included in the study. Genotyping of variants was performed by qualitative real-time PCR, based on Taqman Assays. Statistical analyzes were performed using the SPSS 18 program (Statistical Package for Social Sciences, version 18), with a significance of 5% (p<0.05). The results obtained from our population were compared with data from the 1000 Genome Project and gnomAD databases. For both analyzed SNVs, there was no difference between cases and controls regarding allele and genotype frequencies. One of the variant rs9532809 (CC) genotypes showed a trend of association with increased AO. Regarding the rs4509910 variant, a statistically significant association was observed between one of the genotypes (GG) and the increase in AO and, when considered a recessive effect of the G allele, the delay in AO was approximately 7.78 years. Finally, a haplotype analysis combining the genotypes of the two SNVs demonstrated that the presence of at least one C allele in rs9532809 together with the GG genotype in rs4509910 was associated with late AO (p<0.05).