FinGurú - Análise genômica da Síndrome de Down por pablo ortega

Aprendendo a síndrome de Down

A síndrome de Down é um padecimento no qual o paciente conta com um cromossomo extra. O normal é ter 23 pares de cromossomas, ou seja, 46 cromossomas no total, em doentes com síndrome de Down há uma terceira repetição do cromossoma 21. Isto é conhecido como trissomia, pelo que a síndrome de Down também é conhecida como trissomia 21. Esta cópia extra muda a maneira como o corpo e o cérebro do bebê se desenvolve, o que pode causar tanto problemas mentais como físicos. [1,2]

Tipos de síndrome de Down

Existem três tipos de síndrome de Down. Geralmente não se pode distinguir entre um tipo e o outro sem observar os cromossomos porque as características físicas e os comportamentos são semelhantes: [1,3]

Trissomia 21: A maioria das pessoas com síndrome de Down tem trissomia 21. Com este tipo de síndrome de Down, cada célula do corpo tem três cópias separadas do cromossomo 21. [1,3]
Síndrome de Down por translocação: Acontece quando há uma parte ou um cromossomo 21 inteiro extra presente, mas ligado ou “translocado” a um cromossomo diferente em vez de estar em um cromossomo 21 separado, isto representa uma minoria dos pacientes. [1,3]
Síndrome de Down com mosaicismo: Para os doentes com síndrome de Down com mosaicismo, algumas das células têm 3 cópias do cromossoma 21, mas outras têm as típicas duas cópias do cromossoma 21. Estes doentes podem ter as mesmas características que outros doentes com síndrome de Down. No entanto, podem ter menos características da doença devido à presença de algumas células com a quantidade normal de cromossomas. [1,3]

Problemas comuns

Muitas pessoas com síndrome de Down têm traços faciais típicos e nenhum outro defeito de nascimento maior. No entanto, outras podem ter um ou mais defeitos de nascimento maiores ou outros problemas médicos. Alguns dos problemas de saúde mais comuns entre as crianças com síndrome de Down são: [1,3]

Perda auditiva.
Apneia do sono obstrutiva.
Infecções do ouvido.
Doenças dos olhos, como cataratas, e problemas dos olhos que requerem óculos.
Defeitos cardíacos presentes desde o nascimento.

Diagnóstico

Existem dois tipos de testes básicos disponíveis para detectar a síndrome de Down durante a gravidez. Os testes de detecção são um dos tipos, e os testes de diagnóstico são o outro. [1]

Testes de detecção

Os testes de detecção incluem geralmente uma combinação de testes de sangue, que midem a quantidade de várias substâncias no sangue da mãe (por exemplo, teste de alfafetoproteína no soro materno ou MS-AFP, detecção tripla ou detecção cuádruple) e ultrassonografia, que cria uma imagem do bebê. Na ecografia, uma das coisas que o técnico observa é o líquido que há por trás do pescoço do bebê. A presença de líquido extra nesta região pode indicar que há um problema genético. [1, 4]Outro teste relativamente novo é a detecção de certos problemas cromossômicos, incluindo síndrome de Down, analisa o sangue da mãe a fim de detectar os pequenos pedaços do ADN do bebê em gestação que circulam pelo sangue da mãe. Este teste é recomendado para as mulheres que têm maior probabilidade de ter uma gravidez afetada pela síndrome de Down. Este teste é normalmente realizado no primeiro trimestre. [1, 4]

Testes de diagnóstico

Os testes de diagnóstico costumam ser feitos para confirmar o diagnóstico de síndrome de Down após terem sido obtidos resultados positivos em um teste de detecção. Os tipos de testes de diagnóstico incluem: [1, 4]

A amostragem de pelosidades coriânicas, que examina material proveniente da placenta.
A amniocentese, que examina o líquido amniótico.
Cordocentese, também chamada amostra percutânea de sangue do cordão umbilical, que examina o sangue do cordão umbilical.

Mas estas não são as únicas evidências disponíveis, conforme mais se desenvolve a tecnologia, é possível utilizar novos métodos para detecção e diagnóstico de doenças genéticas. Uma destas novas técnicas baseia-se no uso de plataformas de hibridação genómica comparativa em microarrays (aCGH). Uma ferramenta que inicialmente se desenvolveu para a detecção de alterações genómicas em câncer, chegou a revolucionar o campo da citogenética. A metodologia baseia-se na coibição do ADN que está a ser trabalhado e o ADN-controle, ambos marcados com diferentes fluorocromos a um suporte sólido que contém fragmentos de ADN imobilizados, denominados sondas. A competição da hibridação é o fator chave que permite observar os ganhos ou perdas de material genético na amostra do paciente em relação ao controle. Esta ferramenta tem apoiado amplamente no diagnóstico de alterações genéticas como a da síndrome de Down. [4]

Análise genômica

O que esta terceira cópia acaba provocando ao nível genético é uma sobreexpressão dos genes, criando um desequilíbrio no modo como estes atuam para conseguir o desenvolvimento e funcionamento normal das células e do organismo em seu conjunto. [2,3] Nas últimas décadas, a pesquisa tem se dedicado a compreender as bases moleculares pelas quais a sobreexpressão desses genes provoca as alterações fenotípicas próprias da síndrome. Para tal, foram baseados nos seguintes princípios: [2]

Os genes específicos do cromossoma 21 mostrarão efeitos devidos à dose de gene, ou seja, ao haver 3 cópias de um gene em vez de apenas 2, haverá um aumento de até 50% nos níveis de ARN e das proteínas derivadas de cada gene. [2]
Alguns destes aumentos provocarão perturbações nas vias e nos processos celulares nos quais os produtores destes genes intervêm.
As perturbações podem formar uma cadeia afetando processos celulares não diretamente ligados ao cromossomo 21, estas induzem anomalias no desenvolvimento de diversos órgãos, tecidos e sistemas do organismo. [2]

Uma das principais diferenças que separa a síndrome de Down do resto de outras formas de incapacidade intelectual, é que, em si, não há função anómala do gene ou falta na função, mas, a trissomia 21 só produz excesso de cópias, é um aumento na atividade de aproximadamente 1.5 vezes mais em cada gene do cromossomo. O problema é que este aumento se estende a um longo número de genes, o que, em si, aumenta a probabilidade de serem envolvidas múltiplas vias e redes funcionais em que os produtos destes genes intervêm, que contribuem para a atividade celular. [2]Sequência do cromossomo 21: A sequência parcial do cromossomo 21 foi publicada em 2000 como parte da pesquisa do Projeto do Genoma Humano. O que se mostrou no cromossoma foi uma composição de 33.5 milhões de pb de ADN em seu braço longo e 285 mil em seu braço curto. Nesta publicação foi calculada a existência de 225 genes, investigações posteriores e mais precisas elevaram o número de genes para 364. [2,3]Entre os genes que caem dentro do cromossomo 21 encontram-se 7 genes de processamento de ARN, 4 genes envolvidos na via do proteosoma, 7 no metabolismo monocarbonado e metilação, 14 que codificam para as MAP-quinase e a via de cálcio/calcineurina. Outros 14 genes que codificam para fatores de transcrição, 8 genes responsáveis pela adesão e união celular e 14 genes envolvidos na geração de energia em mitocôndrias e do metabolismo das espécies reativas de oxigênio, entre outros quantos. Dos mencionados, todos têm um papel importante e podem causar graves doenças. Como foi referido em várias ocasiões, embora não haja expressão “incorrecta” destes genes, a sobreexpressão pode ser igual a responsável por causar problemas, desequilibrando o importante balanço dos processos celulares [2,4]

Manifestações clínicas

Há vários genes na região crítica da síndrome de Down, um dos mais importantes e que geralmente aparece e diferentes afecções é o gene DYRK1A (21q22.13), expressa no sistema nervoso em desenvolvimento e durante a adultez. Sua função principal baseia-se em inibir a proliferação celular, além da promoção da diferenciação neuronal prematura. Alguns estudos, em ratos, demonstraram que a sobreexpressão deste gene provoca problemas de aprendizagem graves, como defeitos na memória espacial. Outro gene cuja expressão afeta as mesmas áreas é o gene SIM2, um fator de transcrição e principal regulador de desenvolvimento. A molécula de adesão da síndrome (DSCAM, 21q22.2) se expressa principalmente em dendritas neuronais e contribui com a plasticidade sináptica, o tema é que quando se sobre expressa, inibe a ramificação das dendritas neuronais do hipocampo. [3]Mas também há genes fora da região crítica, como o gene (SYNJ1, 21q22.2) que codifica para uma proteína formadora de vesículas na sinapse neuronal e desempenha um papel importante na neurotransmissão, cuja sobreexpressão mais uma vez causa problemas na área de memória e aprendizagem. Juntamente com estes problemas, os doentes com síndrome de Down também são mais propensos ao desenvolvimento precoce de Alzheimer. Isto deve-se à sobreexpressão do gene APP, cuja proteólise gera amiloide β, que é o principal componente das placas amiloides em cérebros de doentes com Alzheimer e cujas mutações de tipo duplicações têm uma forte relação com o início precoce. [3]Além das afeções do sistema nervoso, um dos sinais mais claros da síndrome de Down são observados nas características craneofaciais, onde se observa microcefalia, occipital plano, braquicefalia, face pequena, entre outros. Estudos em ratos têm revelado um padrão craneofacial de anormalidades similares às mencionadas, mesmo se obteve um candidato responsável dessas características. É a região que contém o gene ETS2 (21q22.2) cuja sobreexpressão mostrou uma associação com estas alterações esqueléticas. [3]Fora dos múltiplos sofrimentos causados pela sobreexpressão de genes, também há certas coisas benéficas que foram encontradas. Uma delas é que o risco para o desenvolvimento de tumores sólidos é menor em doentes com síndrome de Down. Isto foi observado em ratos modificados, onde os ratos trisômicos mostravam uma clara redução na frequência de tumores. Também aqui está envolvido o gene ETS2, uma vez que inibe o crescimento de tumores quando expresso em 3 cópias, e quando expresso em apenas 2 cópias, a taxa de tumores aumentava. Recentemente, também se postulou que uma diminuição na angiogênese poderia impedir o crescimento de tumores na sobreexpressão de genes como DSCR1 que demonstrou inibir a angiogênese induzida pelo fator de crescimento basculo endotelial. Outros genes que diminuíram a angiogénese em modelos ratos incluem ADAMTS1, ERG, JAM2 e PTT G1IP. [3]O estudo de todos os genes envolvidos na síndrome de Down e como é que sua sobreexpressão afeta os diferentes processos celulares continua sendo um tema central de discussão que oferece grandes desafios que superar. Não se sabe ainda com clareza que tão longe chegam estes efeitos e que outros genes são sensíveis às doses envolvidas no fenótipo destes doentes. Algo que é claro é que várias dessas manifestações clínicas são multifatoriais, ou seja, que não há um único gene responsável pela sua apresentação, mas são principalmente as interações entre os diferentes genes, o que é um dos fatores que mais complexidade traz à fisiopatologia subjacente desta doença. [1,2,3,4]

Referências

CDC, Informação sobre a síndrome de Down, [Internet], CDC, 2020, [consultado em 14 de setembro 2022], disponível em: https://www.cdc.gov/ncbddd/spanish/birthdefects/downsyndrome.html
Fundação ibero-americana Down21, O cromossomo 21, [Internet], Down21, 2005, [consultado em 14 de setembro 2022], disponível em: https://www.down21.org/informação-basica/76-que-es-el-sindrome-de-down/133-el-cromosoma-21.html
Díaz Cuellar S, Yokoyama Rebollar E, Del Castillo Rui V., Genómica da síndrome de Down, Acta pediatr. Méx, [Internet], 2016, [consultado em 14 de setembro 2022], 37(5), disponível em: https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0186-23912016000500289
Palácios Verdu M.G., Pérez Jurado L.A., Novas metodologias no estudo de doenças genéticas e suas indicações, Ped. Int., [Internet], 2014, [consultado em 14 de setembro 2022], pp. 515-528, disponível em: https://cdn.pediatriaintegral.es/wp-content/uploads/2014/xviii08/02/515-528.pdf

06/02/2023 - Tecnologia e Inovação

Análise genômica da Síndrome de Down