Efectos fenotípicos de variantes génicas en genes asociados a cardiopatías congénitas - Kolomenski, Jorge Emilio (2019)
Las cardiopatías congénitas (CC) abarcan un amplio espectro de anomalías en la estructura del corazón y los grandes vasos. Tienen una prevalencia mundial que oscila entre 6 y 9 de cada 1000 nacimientos y se destacan como causa de muerte prenatal, neonatal e infantil y de morbilidad en edad pediátrica. El gen NKX2-5 codifica para un factor de transcripción crucial para el desarrollo del corazón. Es el primer factor de transcripción para el cual se observó una asociación entre sus variantes génicas (VGs) y el desarrollo de CC. Desde entonces, se han descrito múltiples variantes en NKX2-5 potencialmente causales de CC. En este trabajo nos propusimos desarrollar un flujo de trabajo para VGs de NKX2-5 que permita el estudio predictivo de su patogenicidad y su interacción con otras proteínas que se asocien funcionalmente en el desarrollo del corazón. Se recopilaron todas las VGs de NKX2-5 de bases de datos, publicaciones científicas y trabajos previos incluyendo variantes de pacientes del Centro Nacional de Genética Médica. También se caracterizaron todas las variantes de cambio de sentido posibles de la región estructurada de NKX2-5 (el homeodominio, HD). Por último, se caracterizaron todos los sitios de unión de NKX2-5 en el genoma humano y de ratón, así como los sitios de unión cercanos de 6 factores de transcripción relacionados, y se estudiaron los Gene Ontology terms (GO-terms) de genes cercanos. De esta forma, se recopilaron 1389 VGs de NKX2-5, de las cuales 144 fueron clasificadas como patogénicas. Estudiando su distribución, observamos una concentración de variantes clasificadas como patogénicas en la tercera alfa hélice del HD, la cual está en contacto con el ADN. Haciendo foco en fenotipos específicos, analizamos los fenotipos más comúnmente asociados a VGs patogénicas de NKX2-5 y su distribución a lo largo del gen. Observamos una abundancia de fenotipos asociados con comunicación interauricular, comunicación interventricular y bloqueo atrioventricular. Otros fenotipos presentaron frecuencias menores al 20%. En particular, se destacó la sobrerrepresentación de bloqueo atrioventricular en VGs de gran efecto en NKX2-5 y la distribución de VGs asociadas a Tetralogía de Fallot principalmente fuera del homeodominio. Se complementó el estudio realizado con el análisis de las 337 VGs de cambio de sentido posibles en el HD, para las cuales definimos una jerarquía de potenciales efectos en la funcionalidad de NKX2-5. Con estos resultados, estimamos una explicación funcional para 29 de las 36 VGs patogénicas de cambio de sentido del HD, y propusimos los potenciales efectos para 186 de las 301 VGs restantes, basándonos en predicciones in silico. Por otro lado, se recopilaron sitios de unión de NKX2-5 a partir de estudios de ChIP-seq. Para el genoma humano se obtuvieron 7730 potenciales sitios y 3130 en ratón, con 1021 y 1257 genes cercanos probablemente regulados por NKX2-5, respectivamente. Para cada uno de estos sitios, se analizó también la co-ocurrencia de sitios de unión de otros 6 factores de transcripción (TBX20, MEIS1, TGIF1, GATA4, TAL1, MAF) y se registraron GO-terms de genes cercanos. De este análisis se seleccionaron 21 genes de interés para los cuales se investigó su asociación a CC. Con el estudio de VGs patogénicas, los distintos genes seleccionados y sus fenotipos patogénicos asociados, se sugirieron genes y vías funcionales de interés para estudios a futuro, entre ellos, TBX5 para el estudio de fenotipos relacionados a bloqueo atrioventricular y ZIC3 para el estudio de fenotipos relacionados a heterotaxia. Por último, se creó un flujo de trabajo con la potencialidad de ser aplicado a otros genes y se definió una lista de genes sugeridos para estudiar de esta manera. En resumen, mediante un análisis exhaustivo de sitios de unión al genoma, genes potencialmente regulados, así como la contribución biológica de todas las posibles variantes de cambio de sentido en el HD, nuestros resultados contribuyen a reducir la brecha en el entendimiento de la relación genotipo-fenotipo entre VGs en NKX2-5 y CC. Asimismo, fue posible definir posibles mecanismos implicados en el desarrollo de CC a partir de interacciones con otros factores de transcripción y proponer un flujo de trabajo y genes de interés para aplicarlo y direccionar futuros estudios in vitro, así como de casos clínicos.