DEVELOPMENT AND VALIDATION OF VASO-OCCLUSION EARLY PREDICTORS IN A MENDELIAN MODEL OF VASCULAR DISEASE

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Haemolysis in sickle cell anaemia: a genotype/phenotype association study

Publication . Coelho, Andreia; Dias, Alexandra; Morais, Anabela; Nunes, Baltazar; Ferreira, Emanuel; Picanço, Isabel; Faustino, Paula; Lavinha, João

Introduction: Sickle cell anaemia (SCA) is a clinically heterogeneous autosomal recessive monogenic anaemia characterised by chronic haemolysis and recurrent episodes of severe vaso-occlusion and infection. Several environmental and genetic determinants have been suggested to modulate the onset, course and outcome of SCA. The level of chronic haemolysis has been considered a critical measure of SCA severity and a possible proximate cause of some disease complications such as stroke, pulmonary hypertension, priapism, leg ulceration and cholelithiasis. Thus, we proposed to search for genetic modifiers of this sub-phenotype and gain insights into the underlying mechanisms. Patients and Methods: We studied the association between commonly measured haemolysis biomarkers (LDH, total bilirubin and reticulocyte count) and the inheritance of 41 genetic variants (34 SNP, 6 indel, 1 STR) of 10 candidate genes in a longitudinally observed series of 99 paediatric homozygous SCA patients (median current age of 9.9 yr) followed up in two general hospitals in Greater Lisboa area (median follow-up per patient of 5.0 yr). Candidate gene genotyping was performed by PCR-RFLP, Sanger sequencing, Gene Scan or Gap-PCR. All genotype distributions were tested for adherence to the Hardy-Weinberg equilibrium. When appropriate, haplotypes were inferred by software PHASE, version 2.1.1 Results: Although in a large number of tests seemingly significant association was observed only the following ones were confirmed upon correction for multiple comparisons: i) an increased serum LDH level was associated with haplotype 7 within VCAM1 gene; ii) a lower total bilirubin was associated with the 3.7-kb deletion at HBA gene, rs2070744_T allele at NOS3 gene, and haplotype 9 within VCAM1 promoter; and iii) a diminished reticulocyte count was associated with the 3.7-kb deletion at HBA, whereas an increased count was associated with rs1984112_G allele at CD36 gene. Conclusion: On the whole, our findings suggest a complex genetic architecture for the SCA haemolysis process involving multiple pathways, namely control of vascular cell adhesion, NO synthesis and erythrocyte volume and haemoglobinisation.

2014-11Conference object

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A desregulação da homeostase do ferro: base molecular e patologias associadas

Publication . Faustino, Paula

A homeostase do ferro requer um rigoroso processo de regulação, uma vez que este é um elemento essencial para alguns dos mecanismos celulares básicos mas, quando se encontra em excesso, origina profundos danos celulares e falha de órgãos. Dado que o organismo humano não possui um mecanismo ativo de excreção de ferro, é essencial que a sua homeostase seja estabelecida através de uma estreita comunicação entre os locais de absorção, utilização e armazenamento. Esta interligação é conseguida, essencialmente, através da ação de uma hormona circulante, a hepcidina. A hepcidina é sintetizada ao nível dos hepatócitos do fígado, sendo a sua expressão aumentada pelos níveis de ferro e inflamação e suprimida pela eritropoiese e hipoxia. A hepcidina regula negativamente a absorção duodenal do ferro proveniente da alimentação, a libertação pelos macrófagos do ferro resultante da fagocitose dos glóbulos vermelhos senescentes, assim como a libertação do ferro armazenado nos hepatócitos. A hemocromatose hereditátria (HH) do tipo 1 é uma doença de transmissão autossómica recessiva associada a mutações no gene HFE (p.Cys282Tyr e p.His63Asp). É a patologia humana mais comum de sobrecarga primária em ferro, apresenta penetrância incompleta, e é um dos distúrbios genéticos mais frequentes em caucasianos de ascendência Norte-Europeia. Na hemocromatose, apesar de haver um excesso de ferro no organismo, este facto não é refletido no nível de expressão da hormona hepcidina (cujos níveis deveriam aumentar). Pelo contrário, o nível de expressão da hepcidina encontra-se diminuído o que perpetua a constante absorção do ferro a nível duodenal. Os sintomas associados à doença iniciam-se geralmente na meia-idade e começam por consistir em sintomas gerais de fadiga e dores articulares. No entanto, a progressiva acumulação do ferro em vários órgãos (tais como fígado, coração e pâncreas) provoca aí graves danos, tais como cirrose, carcinoma hepatocelular, cardiomiopatias e diabetes. Para além da HH do tipo 1, podem ocorrer outros tipos de hemocromatose por mutações noutros genes relacionados com o metabolismo do ferro (tais como TFR2, HJV, HAMP, SLC40A1, etc). Mutações em genes como HAMP e HJV associam-se a hemocromatoses mais graves, de início ainda na juventude (hemocromatose juvenil). A implementação no nosso laboratório da nova metodologia de Next-Generation Sequencing permitiu-nos realizar a pesquisa de variantes simultaneamente em 6 genes relacionados com o metabolismo do ferro, em 88 doentes com fenótipo de hemocromatose hereditária não-clássica. Foram identificadas 54 variantes diferentes sendo algumas delas novas. Estudos in silico e estudos funcionais in vitro (em linhas celulares) permitiram-nos comprovar a patogenicidade de algumas das variantes novas e compreender os mecanismos moleculares subjacentes ao desenvolvimento da sobrecarga em ferro. Pelo contrário, no lado oposto do espetro das patologias relacionadas com o ferro, encontram-se as anemias por falta de ferro (anemias ferropénicas). A Organização Mundial de Saúde define anemia quando os níveis de hemoglobina no sangue são menores do que 12 g/dL na Mulher e 13 g/dL no Homem. A hemoglobina é a proteína existente nos glóbulos vermelhos do sangue, responsável pelo transporte de oxigénio no organismo, e cuja molécula é um tetrâmero formado por 4 cadeias polipeptídicas (as globinas) e 4 grupos heme que contêm 4 átomos de ferro. A falta de ferro impede que se formem as moléculas de hemoglobina a níveis normais em cerca de 20% da população portuguesa e isso é devido a carências alimentares ou a dificuldades na absorção do ferro proveniente da alimentação. Entre os fatores genéticos moduladores desta última situação parecem estar algumas variantes polimórficas no gene TMPRSS6, codificante da proteína Matriptase-2, um dos agentes envolvidos na regulação da expressão da hepcidina. Por outro lado, mutações neste gene dão origem a anemias ferropénicas graves, refratárias ao tratamento oral com ferro (Iron Refractory Iron Deficiency Anaemia - IRIDA). As Hemoglobinopatias são outro tipo de anemia hereditária. Estas não estão relacionadas com o défice de ferro mas sim com defeitos nas cadeias globínicas, constituintes da hemoglobina (α2β2). As hemoglobinopatias que estão relacionadas com um problema quantitativo, ou seja quando há ausência ou diminuição de síntese de uma cadeia globínica, denominam-se talassémias: beta-talassémia, alfa-talassémia, delta-talassémia, etc, consoante o gene afetado. Por outro lado, quando o problema é de carácter qualitativo, ou seja ocorre a síntese de uma cadeia globínica estruturalmente anómala, esta é denominada uma variante de hemoglobina. Enquadra-se neste último grupo a Anemia das Células Falciformes ou Drepanocitose. As hemoglobinopatias são das patologias genéticas mais frequentes no mundo, sendo que nalguns locais são um grave problema de saúde pública. Em Portugal foram realizados estudos epidemiológicos que permitiram determinar a frequência de portadores na população e foi implementado um programa de prevenção.

2016-03Lecture

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Hemorheological alterations in sickle cell anemia and their clinical consequences: the role of genetic modulators

Publication . Silva, Marisa; Vargas, Sofia; Coelho, Andreia; Dias, Alexandra; Ferreira, Teresa; Morais, Anabela; Maia, Raquel; Kjollerstrom, Paula; Lavinha, João; Faustino, Paula

Sickle cell anemia (SCA) is an autosomal recessive chronic hemolytic anemia, caused by homozygosity for the HBB:c.20A>T mutation. The disease presents with high clinical heterogeneity, stroke being the most devastating manifestation. This study aimed to identify genetic modulators of severe hemolysis and stroke risk in children with SCA, as well as understand their consequences at the hemorheological level. Sixty-six children with SCA were categorised according to their degree of cerebral vasculopathy (Stroke/Risk/Control). Relevant data were collected from patients’ medical records. Several polymorphic regions in genes related to vascular cell adhesion and tonus were characterized by molecular methodologies. Data analyses were performed using R software. Several in silico tools (e.g. TFBind, MatInspector) were applied to investigate the main variant consequences. Some genetic variants in vascular adhesion molecule-1 gene promoter and endothelial nitric oxide synthase gene were associated with higher levels of hemolysis and stroke events. They modify important transcription factor binding sites or disturb the corresponding protein structure/function. Our findings emphasize the relevance of the genetic variants in modulating the degree of hemolysis and development of cerebral vasculopathy due to their effect on gene expression, modification of protein biological activities related with erythrocyte/endothelial interactions and consequent hemorheological abnormalities in SCA.

2016-06Conference object

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Genetic variation in CD36, HBA, NOS3 and VCAM1 is associated with chronic haemolysis level in sickle cell anaemia: a longitudinal study

Publication . Coelho, Andreia; Dias, Alexandra; Morais, Anabela; Nunes, Baltazar; Ferreira, Emanuel; Picanço, Isabel; Faustino, Paula; Lavinha, João

Chronic haemolysis stands out as one of the hallmarks of sickle cell anaemia, a clinically heterogeneous autosomal recessive monogenic anaemia. However, the genetic architecture of this sub-phenotype is still poorly understood. Here, we report the results of an association study between haemolysis biomarkers (serum LDH, total bilirubin and reticulocyte count) and the inheritance of 41 genetic variants of ten candidate genes in a series of 99 paediatric SS patients (median current age of 9.9 yr) followed up in two general hospitals in Greater Lisboa area (median follow-up per patient of 5.0 yr). Although in a large number of tests a seemingly significant (i.e. P < 0.05) association was observed, the following ones were confirmed upon correction for multiple comparisons: (i) an increased serum LDH level was associated with haplotype 7 within VCAM1 gene; (ii) a lower total bilirubin was associated with the 3.7-kb deletion at HBA gene, rs2070744_T allele at NOS3 gene, and haplotype 9 within VCAM1 promoter; and (iii) a diminished reticulocyte count was associated with the 3.7-kb deletion at HBA, whereas an increased count was associated with rs1984112_G allele at CD36 gene. On the whole, our findings suggest a complex genetic architecture for the sickle cell anaemia haemolysis process involving multiple pathways, namely control of vascular cell adhesion, NO synthesis and erythrocyte volume and haemoglobinisation.

2013-11-28Journal article

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Moduladores genéticos de vasculopatia cerebral em crianças com drepanocitose

Publication . Silva, Marisa; Vargas, Sofia; Maia, Raquel; Dias, Alexandra; Ferreira, Teresa; Morais, Anabela; Soares, Isabel Mota; Lavinha, João; Silva, Rita; Kjöllerström, Paula; Faustino, Paula

A drepanocitose é uma doença genética causada pela mutação c.20A>T, em homozigotia, no gene da beta-globina, que leva à síntese de uma hemoglobina anómala – hemoglobina S. Para além da anemia hemolítica crónica, as manifestações clínicas são diversas e, em crianças, a mais grave é a vasculopatia cerebral que inclui os acidentes vasculares cerebrais (AVC) e os enfartes cerebrais silenciosos. Apesar de monogénica, variantes noutros genes poderão atuar como modificadores do seu curso e gravidade clínica. Neste trabalho, estudámos 70 doentes pediátricos, de origem subsaariana, com drepanocitose e bem caracterizados em termos de vasculopatia cerebral. Procedemos à genotipagem de variantes nos genes VCAM1 e NOS3 envolvidos na ativação do endotélio dos vasos sanguíneos e no tónus vascular. A análise estatística revelou uma associação positiva entre a presença da variante rs1409419_T, bem como do haplotipo 7 de VCAM1, e a ocorrência de AVC. Por outro lado, para o gene NOS3, observámos uma associação negativa entre o VNTR_alelo 4b e o haplotipo V, e a ocorrência de enfarte cerebral silencioso, bem como entre o haplotipo VII e a ocorrência de vasculopatia cerebral. Os resultados obtidos sublinham a importância de VCAM1 e NOS3 como moduladores genéticos, bem como o seu potencial como biomarcadores para a prevenção e prognóstico da vasculopatia cerebral em crianças com drepanocitose.

2020-06Journal article

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