Abordagem de aspectos genéticos do Parkinsonismo Atípico por meio de análises moleculares e de biologia de sistemas com foco em genes de doenças lisossômicas

Abstract

Introdução: O parkinsonismo atípico (PA) consiste nas seguintes doenças: paralisia supranuclear progressiva (PSP), atrofia de múltiplos sistemas (AMS), degeneração corticobasal (DCB) e demência de corpos de Lewy (DCL). Alguns genes foram implicados como potencialmente envolvidos na fisiopatologia das formas de PA. Já se sabe que pacientes com doença de Gaucher (DG) que apresentam variantes patogênicas em ambos os alelos do gene GBA1 e seus familiares apresentaram sinais de parkinsonismo com mais frequência do que o esperado. Além disso, outros genes relacionados a doenças lisossômicas distintas da DG parecem estar relacionados ao parkinsonismo. O conhecimento dos fatores genéticos e dos mecanismos moleculares envolvidos no PA permitiu ampliar o conhecimento dessas doenças. Sendo o PA uma doença rara e complexa, a utilização de ferramentas de biologia de sistemas poderá contribuir para a compreensão das bases moleculares desta doença. Objetivos: Identificar e analisar aspectos genéticos e metabólicos do parkinsonismo atípico, visando a compreensão dos mecanismos subjacentes a essa condição. Métodos: Capítulo 1: Foi conduzida uma busca sistemática na base de dados DisGeNET. As ferramentas STRING 11.0 e Cytoscape 3.8.2 foram utilizadas para análise da rede de interação proteína-proteína (PPI). Capítulo 2: Foram incluídos 23 pacientes que atendiam aos critérios diagnósticos atuais para PAs. Todos os exons dos genes lisossomais GBA1, SMPD1, LIPA, NPC1, NPC2 e PSAP foram sequenciados por sequenciamento de nova geração. Resultados: Capítulo 1: A busca sistemática no banco de dados DisGeNET identificou 485 genes envolvidos com PA. Sobrepondo esses genes, conseguimos detectar um total de 31 genes hub-bottleneck para os 4 tipos de PA. Além disso, nossas análises de enriquecimento funcional demonstraram o envolvimento desses genes hub-bottleneck em três vias Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) principais, as quais estão relacionadas à doença de Parkinson, de Alzheimer e do metabolismo do colesterol. Capítulo 2: Seis pacientes com PA apresentaram variantes heterozigóticas localizadas nos genes-alvo. Essas variantes também foram encontradas em 7 controles (pacientes com suspeita de doença lisossômica de depósito). Variantes no GBA1 foram encontradas em 2 pacientes e em 2 controles, sendo elas: p.Glu365Lys no paciente com AMS e em dois controles e p.Arg534Cys no paciente com PSP; variantes no NPC1 foram encontradas em 3 pacientes: p.Asn222Ser no paciente com PSP e paciente com AMS, e p.Pro434Ser no paciente com PSP e em 3 controles. A variante NPC2 p.Val30Met foi encontrada em um paciente com AMS; e a variante SMPD1 p.Gly492Ser foi encontrada em um paciente com DCL. Conclusão: Nossas investigações levaram à conclusão de que as seis variantes nos genes ligados a doenças lisossômicas apresentam uma possível associação com o PA. A aplicação de uma abordagem de biologia de sistemas revelou a identificação de 31 genes hub- bottleneck, notavelmente interconectados, sugerindo seu importante papel na patogênese do PA. Esses achados proporcionam uma compreensão dos mecanismos moleculares subjacentes à doença, destacando a complexa rede de interações genéticas envolvidas. Esses 31 genes identificados como centrais e altamente interligados podem desempenhar um papel-chave na progressão e no desenvolvimento do PA.

Introduction: Atypical parkinsonism (AP) consists of the following diseases: progressive supranuclear palsy (PSP), multiple system atrophy (MSA), corticobasal degeneration (CBD) and Lewy body dementia (LBD). Some genes have been implicated as potentially involved in the pathophysiology of forms of AP. It is already known that patients with Gaucher disease (GD) who present pathogenic variants in both alleles of the GBA1 gene and their relatives show signs of parkinsonism more frequently than expected. Furthermore, other genes related to lysosomal diseases separate from GD appear to be related to parkinsonism. Knowledge of the genetic factors and molecular mechanisms involved in AP has allowed us to expand our knowledge of these diseases. As AP is a rare and complex disease, the use of biological systems tools may contribute to understanding the molecular basis of this disease. Aim: identify and analyze genetic and metabolic aspects of atypical parkinsonism, improving understanding of the mechanisms underlying this condition. Methods: Chapter 1: A systematic search of the DisGeNET database. The STRING 11.0 and Cytoscape 3.8.2 tools were used to analyze the protein-protein interaction (PPI) network. Chapter 2: 23 patients who met current diagnostic criteria for PAs were included. All exons of the lysosomal genes GBA1, SMPD1, LIPA, NPC1, NPC2 and PSAP were sequenced by next generation sequencing. Results: Chapter 1: A systematic search of the DisGeNET database deals with 485 genes involved in PA. Overlapping these genes, we were able to detect a total of 31 hub-bottleneck genes for the 4 types of AP. Furthermore, our functional enrichment analyzes implicate the involvement of these hub-bottleneck genes in three major Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathways, which are related to Parkinson's disease, Alzheimer's disease, and cholesterol metabolism. Chapter 2: Six patients with PA had heterozygous vari Chapter 2: Six patients with PA had heterozygous variants located in target genes. These variants were also found in 7 controls (patients with suspected lysosomal storage disease). Variants in GBA1 were found in 2 patients and 2 controls, namely: p.Glu365Lys in the patient with AMS and two controls and p.Arg534Cys in the patient with PSP; variants in NPC1 were found in 3 patients: p.Asn222Ser in the PSP patient and AMS patient, and p.Pro434Ser in the PSP patient and 3 controls. The NPC2 p.Val30Met variant was found in a patient with AMS; and the SMPD1 p.Gly492Ser variant was found in a patient with DLB. Conclusion: Our investigations led to the conclusion that the six variants in genes related to lysosomal diseases have a possible association with AP. Application of a systems biology approach revealed the identification of 31 remarkably interconnected hub-bottleneck genes, showing their important role in the pathogenesis of AP. These findings provide insight into the molecular mechanisms underlying the disease, highlighting the complex network of genetic interactions involved. These 31 genes identified as central and highly interconnected may play a key role in the progression and development of AP.