Mecanismos Moleculares envolvidos na Teratogênese do vírus Zika

Abstract

Em 2015, o vírus Zika (ZIKV) foi identificado como um teratógeno, capaz de causar anomalias congênitas em embriões e fetos expostos durante a gestação, as quais compõem a atualmente chamada Síndrome Congênita associada à infecção pelo vírus Zika (SCZ). Estudos moleculares descreveram que alterações da expressão gênica e proteica eram envolvidas na teratogênese do ZIKV. Além disso, se percebeu que o ZIKV causava anomalias em menos da metade os indivíduos (até 42%), discutindo-se o papel de fatores de risco genéticos na ocorrência desta condição. Assim, o objetivo desta tese foi investigar, através de diferentes abordagens, os mecanismos moleculares envolvidos na teratogênese do ZIKV, e descrever fatores genéticos de suscetibilidade para a ocorrência da SCZ. Nós inicialmente conduzimos um estudo de revisão sistemática, descrevendo os principais mecanismos moleculares descritos como associados à teratogênese do ZIKV em modelos animais. Tais estudos descreveram genes de resposta antiviral como positivamente regulados no cérebro dos animais expostos, enquanto genes envolvidos de neurodesenvolvimento sofriam regulação negativa. Além disso, considerando que células neurais humanas são os principais alvos do ZIKV, conduzimos uma meta-análise de estudos de RNA-seq que avaliaram a expressão gênica nestes tipos de células após a exposição ao ZIKV. Identificou-se que genes envolvidos na resposta antiviral são positivamente regulados nestas células, enquanto dentre os genes negativamente regulados estavam aqueles que quando mutados causam microcefalia primária autossômica recessiva. O papel da genética na suscetibilidade à SCZ foi inicialmente investigado através de estudos de caso-controle, com 40 crianças com SCZ e 48 crianças expostas ao vírus durante a gestação, que nasceram sem anomalias congênitas. Os genes investigados são pertencentes às principais vias biológicas descritas como envolvidas na infecção e teratogênese do ZIKV, como entrada e resposta ao vírus, resposta imune e inflamatória, regulação do ciclo celular e neurodesenvolvimento. Identificou-se que variantes em NOS2 e MIR124 podem atuar como fatores de risco para a SCZ, e variantes em TNF e TP53 podem atuar como fatores de risco para microcefalia e lisencefalia, respectivamente, em casos de SCZ. Descrevemos ainda um caso de gêmeos discordantes para SCZ e, através da avaliação de seu exoma e comparação de suas variantes genéticas, identificamos variantes de possível risco para a SCZ no gêmeo afetado. Dentre estas, deleções e variantes de sentido trocado em genes atuam em processos de desenvolvimento e organização celular, os quais também são afetados pelo ZIKV, considerando a expressão gênica, sugerimos que tais variantes podem ter contribuído para a SCZ no gêmeo afetado, pois ele apresentaria uma combinação de fatores que tornariam tais processos, importantes para o desenvolvimento embrionário, menos eficientes. Em outro estudo investigamos novamente fatores de risco genéticos para a SCZ, a partir do sequenciamento do exoma completo de uma série de casos com SCZ (n=4) e casos com microcefalia devido a uma etiologia desconhecida (n=4). Relatamos, em casos de SCZ, variantes de risco para a doença em genes que quando mutados causam fenótipos semelhantes à SCZ, como microcefalia. Finalmente, considerando que os efeitos a longo prazo da exposição ao ZIKV durante a gestação ainda são pouco conhecidos, discutimos o papel que esse evento poderia ter na ocorrência de transtornos neurológicos, formulando uma hipótese de como o autismo poderia ocorrer em função desta exposição. De maneira geral, os trabalhos desenvolvidos conseguiram alcançar o objetivo principal a que esta tese se propôs, investigando e discutindo, através de diferentes abordagens, mecanismos envolvidos com a teratogenicidade do ZIKV.

In 2015, the Zika virus (ZIKV) was identified as a teratogen, capable of causing congenital anomalies in embryos and fetuses exposed during pregnancy, which compose the currently called Congenital Zika Syndrome (CZS). Molecular studies described that alterations in gene and protein expression were involved in the ZIKV teratogenesis. In addition, it was reported that ZIKV caused anomalies in less than half the individuals (up to 42%), being discussed the role of genetic risk factors in the occurrence of this condition. Therefore, the aim of this thesis was to investigate, through different approaches, the molecular mechanisms involved in the ZIKV teratogenesis, and to describe genetic factors in the susceptibility to the occurrence of SCZ. We initially conducted a systematic review study describing the main molecular mechanisms described as associated with ZIKV teratogenesis in animal models. Such studies described antiviral response genes up-regulated in the brain of exposed animals, while genes involved in neurodevelopment were down- regulated. Furthermore, considering that human neural cells are the main targets of ZIKV, we conducted a meta-analysis of RNA-seq studies that evaluated gene expression in these cell types after ZIKV exposure. It was identified that genes involved in the antiviral response are up-regulated in these cells, while among the down-regulated genes were those that, when mutated, cause autosomal recessive primary microcephaly. The role of genetics in susceptibility to CZS was initially investigated through case-control studies, with 40 children with CZS and 48 children exposed to the virus during pregnancy, who were born without congenital anomalies. The investigated genes belong to the main biological pathways described as involved in ZIKV infection and teratogenesis, such as virus entry and response, immune and inflammatory response, cell cycle regulation and neurodevelopment. It was identified that variants in NOS2 and MIR124 can act as risk factors for CZS, and variants in TNF and TP53 can act as risk factors for microcephaly and lissencephaly, respectively, in CZS cases. 17 We also describe a case of discordant twins for SCZ and, by evaluating their exome and comparing their genetic variants, we identified possible risk variants for CZS in the affected twin. Among these, deletions and missense variants in genes that act in cell development and organization processes, which are also affected by ZIKV considering the gene expression. Therefore, we suggest that such variants may have contributed to CZS in the affected twin, as he would present a combination of factors that would make such processes less efficient. In another study, we again investigated genetic risk factors for CZS, through the whole-exome sequencing of a series of cases with CZS (n=4) and cases with microcephaly due to an unknown etiology (n=4). We report variants with a possible role in the occurrence of CZS in genes that, when mutated, cause phenotypes similar to CZS, such as microcephaly. Finally, considering that the long-term effects of exposure to ZIKV during pregnancy are still poorly understood, we discuss the role that this event could play in the occurrence of neurological disorders, formulating a hypothesis on how autism could occur as a result of this exposure. In general, the developed studies were able to achieve the aims proposed by this thesis, investigating and discussing, through different approaches, mechanisms involved with the teratogenicity of ZIKV.