O papel do citoplasma em uma célula

O citoplasma consiste em todo o conteúdo fora do núcleo e encerrado na membrana celular de uma célula . Tem uma cor límpida e uma aparência gelatinosa. O citoplasma é composto principalmente de água, mas também contém enzimas, sais, organelas e várias moléculas orgânicas.

Funções do citoplasma

• O citoplasma funciona para apoiar e suspender organelas e moléculas celulares.
• Muitos processos celulares também ocorrem no citoplasma, como a síntese de proteínas , o primeiro estágio da respiração celular (conhecido como glicólise ), mitose e meiose .
• O citoplasma ajuda a mover materiais, como hormônios, ao redor da célula e também dissolve os resíduos celulares.

Divisões

O citoplasma pode ser dividido em duas partes principais: o endoplasma ( endo -, - plasm ) e o ectoplasma ( ecto -, - plasm). O endoplasma é a área central do citoplasma que contém as organelas. O ectoplasma é a porção periférica mais semelhante a um gel do citoplasma de uma célula.

Componentes

As células procarióticas , como bactérias e arqueanos , não têm um núcleo ligado à membrana. Nessas células, o citoplasma consiste em todo o conteúdo da célula dentro da membrana plasmática. Em células eucarióticas, como células vegetais e animais , o citoplasma consiste em três componentes principais. Eles são o citosol, organelas e várias partículas e grânulos chamados inclusões citoplasmáticas.

• Citosol: O citosol é o componente semifluido ou meio líquido do citoplasma de uma célula. Ele está localizado fora do núcleo e dentro da membrana celular.
• Organelas: Organelas são estruturas celulares minúsculas que desempenham funções específicas dentro de uma célula. Exemplos de organelas incluem mitocôndrias , ribossomos , núcleos, lisossomas , cloroplastos , retículo endoplasmático e aparelho de Golgi . Também localizado dentro do citoplasma está o citoesqueleto , uma rede de fibras que ajuda a célula a manter sua forma e fornece suporte para organelas.
• Inclusões citoplasmáticas: as inclusões citoplasmáticas são partículas temporariamente suspensas no citoplasma. As inclusões consistem em macromoléculas e grânulos. Três tipos de inclusões encontradas no citoplasma são inclusões secretoras, inclusões nutritivas e grânulos de pigmento. Exemplos de inclusões secretoras são proteínas , enzimas e ácidos. Glicogênio (molécula de armazenamento de glicose) e lipídios são exemplos de inclusões nutritivas. A melanina encontrada nas células da pele é um exemplo de inclusão de grânulos de pigmento.

Streaming Citoplasmático

O fluxo citoplasmático, ou ciclosis , é um processo pelo qual as substâncias circulam dentro de uma célula. O fluxo citoplasmático ocorre em vários tipos de células , incluindo células vegetais , amebas , protozoários e fungos . O movimento citoplasmático pode ser influenciado por vários fatores, incluindo a presença de certos produtos químicos, hormônios ou mudanças na luz ou temperatura.

As plantas empregam a ciclosis para transportar cloroplastos para áreas que recebem a maior quantidade de luz solar disponível. Os cloroplastos são as organelas vegetais responsáveis ​​pela fotossíntese e requerem luz para o processo. Em protistas , como amebas e fungos viscosos , o fluxo citoplasmático é usado para locomoção. São geradas extensões temporárias do citoplasma conhecidas como pseudópodes, valiosas para o movimento e captura de alimentos. O fluxo citoplasmático também é necessário para a divisão celular, pois o citoplasma deve ser distribuído entre as células-filhas formadas na mitose e meiose.

Membrana celular

A membrana celular ou membrana plasmática é a estrutura que impede o citoplasma de se espalhar para fora da célula. Essa membrana é composta por fosfolipídios , que formam uma bicamada lipídica que separa o conteúdo de uma célula do fluido extracelular. A bicamada lipídica é semipermeável, o que significa que apenas certas moléculas são capazes de se difundir através da membrana para entrar ou sair da célula. Líquido extracelular, proteínas, lipídios e outras moléculas podem ser adicionados ao citoplasma de uma célula por endocitose. Nesse processo, as moléculas e o líquido extracelular são internalizados à medida que a membrana se volta para dentro, formando uma vesícula. A vesícula envolve o fluido e as moléculas e brotos da membrana celular, formando um endossomo. O endossomo se move dentro da célula para entregar seu conteúdo aos destinos apropriados. As substâncias são removidas do citoplasma por exocitose . Nesse processo, as vesículas que brotam dos corpos de Golgi se fundem com a membrana celular, expelindo seu conteúdo da célula. A membrana celular também fornece suporte estrutural para uma célula, servindo como uma plataforma estável para a fixação do citoesqueleto e da parede celular (nas plantas).

Origens

• “ Inclusões citoplasmáticas .” O Dicionário Livre , Farlex,
• “ Ectoplasmo .” O Dicionário Livre , Farlex,
• “ Endoplasma .” O Dicionário Livre , Farlex,.
• Goldstein, Raymond E. e Jan-Willem van de Meent. “ Uma perspectiva física sobre o streaming citoplasmático .” Interface Focus 5.4 (2015): 20150030.

 7 fatos sobre vírus 

  

Um  vírus  é uma partícula infecciosa que exibe  características de vida  e não-vida. Os vírus são diferentes das  plantas ,  animais e  bactérias  em sua estrutura e função. Eles não são  células  e não podem se  replicar  por conta própria. Os vírus devem depender de um hospedeiro para a produção, reprodução e sobrevivência de energia. Embora normalmente tenham apenas 20-400 nanômetros de diâmetro, os vírus são a causa de muitas doenças humanas, incluindo gripe, varicela e resfriado comum.

Alguns vírus causam câncer.

 

Certos tipos de câncer foram associados a vírus cancerígenos . Linfoma de Burkitt, câncer cervical, câncer de fígado, leucemia de células T e sarcoma de Kaposi são exemplos de cânceres que foram associados a diferentes tipos de infecções virais. A maioria das infecções virais, entretanto, não causa câncer.

Alguns vírus são nus

Todos os vírus têm um revestimento de proteína ou  capsídeo , mas alguns vírus, como o vírus da gripe, têm uma membrana adicional chamada envelope. Os vírus sem essa membrana extra são chamados de  vírus nus . A presença ou ausência de um envelope é um fator determinante importante em como um vírus interage com a membrana do hospedeiro  , como ele entra no hospedeiro e como sai do hospedeiro após a maturação. Os vírus envelopados podem entrar no hospedeiro por fusão com a membrana do hospedeiro para liberar seu material genético no  citoplasma , enquanto os vírus nus devem entrar na célula por meio de endocitose pela célula hospedeira. Os vírus envelopados saem por brotamento ou  exocitose  pelo hospedeiro, mas os vírus nus devem lisar (quebrar) a célula hospedeira para escapar. 

Existem 2 classes de vírus

Os vírus podem conter DNA de fita simples ou dupla   como base para seu material genético, e alguns até contêm RNA de fita simples ou dupla  . Além disso, alguns vírus têm sua informação genética organizada em fitas retas, enquanto outros possuem moléculas circulares. O tipo de material genético contido em um vírus não apenas determina quais tipos de células são hospedeiros viáveis, mas também como o vírus é replicado.

Um vírus pode permanecer inativo em um hospedeiro por anos

Os vírus passam por um ciclo de vida com várias fases. O vírus primeiro se liga ao hospedeiro por meio de proteínas específicas   na superfície da célula. Essas proteínas são geralmente receptores que diferem dependendo do tipo de vírus que tem como alvo a célula. Uma vez ligado, o vírus entra na célula por endocitose ou fusão. Os mecanismos do hospedeiro são usados ​​para replicar o DNA ou RNA do vírus, bem como proteínas essenciais. Depois que esses novos vírus amadurecem, o hospedeiro é lisado para permitir que os novos vírus repitam o ciclo.

Uma fase adicional antes da replicação, conhecida como fase lisogênica ou dormente, ocorre em apenas um número seleto de vírus. Durante esta fase, o vírus pode permanecer dentro do hospedeiro por longos períodos de tempo sem causar qualquer mudança aparente na célula hospedeira. Uma vez ativados, no entanto, esses vírus podem entrar imediatamente na fase lítica na qual a replicação, maturação e liberação podem ocorrer. O HIV, por exemplo, pode permanecer latente por 10 anos.

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Os vírus infectam células vegetais, animais e bacterianas

Os vírus podem infectar células bacterianas e  eucarióticas . Os vírus eucarióticos mais comumente conhecidos são  os vírus animais , mas os vírus também podem infectar  plantas  . Esses  vírus de plantas  geralmente precisam da ajuda de insetos ou bactérias para penetrar na parede celular de uma planta  . Uma vez que a planta está infectada, o vírus pode causar várias doenças que geralmente não matam a planta, mas causam deformação no crescimento e desenvolvimento da planta.

Um vírus que infecta  bactérias  é conhecido como  bacteriófago  ou fago. Os bacteriófagos seguem o mesmo ciclo de vida dos vírus eucarióticos e podem causar doenças em bactérias, bem como destruí-las por lise. Na verdade, esses vírus se replicam com tanta eficiência que colônias inteiras de bactérias podem ser destruídas rapidamente. Os bacteriófagos têm sido usados ​​no diagnóstico e tratamento de infecções por bactérias como  E. coli e Salmonella .

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Alguns vírus usam proteínas humanas para infectar células

HIV  e  Ebola  são exemplos de vírus que usam proteínas humanas para infectar células. O capsídeo viral contém proteínas virais e proteínas das  membranas celulares  das células humanas. As proteínas humanas ajudam a "disfarçar" o vírus do  sistema imunológico .

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Retrovírus são usados ​​em clonagem e terapia gênica

Um retrovírus é um tipo de vírus que contém RNA e que replica seu genoma usando uma enzima conhecida como transcriptase reversa. Esta enzima converte o RNA viral em DNA que pode ser integrado ao DNA do hospedeiro. O hospedeiro então usa suas próprias enzimas para traduzir o DNA viral em RNA viral usado para a replicação viral. Os retrovírus têm a capacidade única de inserir  genes  nos cromossomos humanos  . Esses vírus especiais têm sido usados ​​como ferramentas importantes na descoberta científica. Os cientistas padronizaram muitas técnicas após os retrovírus, incluindo clonagem, sequenciamento e algumas abordagens de terapia genética.

Origens:

• Coffin JM, Hughes SH, Varmus HE, editores. Retrovírus. Cold Spring Harbor (NY): Cold Spring Harbor Laboratory Press; 1997. The Place of Retroviruses in Biology. Disponível em: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK19382/
• Liao JB. Viruses and Human Cancer. O Jornal de Biologia e Medicina de Yale. 2006; 79 (3-4): 115-122.

 

Análise genética de casos de ALS na população isolada da ilha de Malta

• Rebecca Borg ,
• Maia Farrugia Wismayer ,
• Karl Bonavia ,
• Andrew Farrugia Wismayer ,
• Malcolm Vella ,
• Joke JFA van Vugt ,
• Brendan J. Kenna ,
• Kevin P. Kenna ,
• Neville Vassallo ,
• Jan H. Veldink e
• Ruben J. Cauchi  

European Journal of Human Genetics volume 29 , Páginas604–614 ( 2021 ) Citar este artigo

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Abstrato

Isolados genéticos são ferramentas atraentes para mapear genes de doenças hereditárias. O arquipélago de Malta, um microestado soberano no sul da Europa, é o lar de uma população geográfica e culturalmente isolada. Aqui, investigamos a epidemiologia e o perfil genético de pacientes malteses com esclerose lateral amiotrófica (ELA), identificados ao longo de uma janela de 2 anos. Os casos eram predominantemente do sexo masculino (66,7%), com início predominante dos sintomas na medula espinhal (70,8%). O início da doença ocorreu por volta da meia-idade (idade mediana: 64 anos, homens; 59,5 anos, mulheres); 12,5% tinham ALS familiar (fALS). A taxa de incidência anual foi de 2,48 (IC de 95% 1,59–3,68) por 100.000 pessoas-ano. A taxa de incidência entre homens e mulheres foi de 1,93: 1. Prevalência foi de 3,44 (IC de 95% 2,01-5,52) casos por 100.000 habitantes em 31 de ^rDezembro de 2018. O sequenciamento do genoma completo nos permitiu determinar variantes raras de DNA que alteram a sequência codificadora de proteínas de genes associados a ALS. Curiosamente, a coorte de pacientes com ALS em Malta foi considerada negativa para variantes deletérias nos genes C9orf72 , SOD1 , TARDBP ou FUS , que são os genes ALS mais comumente mutados em todo o mundo. No entanto, expansões de repetição associadas a ALS foram identificadas em ATXN2 e NIPA1 . Variantes previstas para serem prejudiciais também foram detectadas em ALS2 , DAO , DCTN1 , ERBB4 , SETX , SCFD1 e SPG11. Um total de 40% dos pacientes com ELA esporádica tinham uma variante rara e deletéria ou expansão repetida em um gene associado a ELA, enquanto a causa genética de dois terços dos casos de FALS não pôde ser identificada para genes de ELA conhecidos ou loci de risco. Isso garante mais estudos para elucidar novos genes que causam ALS neste isolado de população única.

Introdução

A esclerose lateral amiotrófica (ELA) é uma doença neurodegenerativa com início na idade adulta e progressão rápida. O início é tipicamente acompanhado por sinais clínicos de degeneração do neurônio motor superior e / ou inferior e os pacientes geralmente apresentam fraqueza nos músculos bulbares, apenas nos membros ou em ambas as regiões simultaneamente. Cerca de 15-20% das pessoas com ALS experimentam declínio cognitivo progressivo, levando à demência. A condição conhecida como demência frontotemporal resulta da degeneração dos lobos frontal e temporal [ 1 , 2 ]. A incidência de ALS em populações europeias é de dois a três casos por ano por 100.000, enquanto a prevalência pode chegar a 10 / 100.000 [ 3] A ELA é classificada como familiar (fALS) na presença de uma história familiar clara da doença e esporádica (sALS) quando esta está ausente. A taxa de fALS entre os registros de base populacional em perspectiva é de cerca de 5% [ 4 ]. No entanto, estudos em gêmeos e coortes de caso-controle europeias descobriram que a herdabilidade de ALS se aproxima de 40% [ 5 , 6 , 7 ]. Até o momento, variantes em qualquer um de mais de 40 genes foram relatados como causadores de fALS monogênicos com mais da metade dos casos explicados por variantes causais altamente penetrantes residindo em C9orf72 (23%), SOD1 (19%), TARDBP (3%) ou FUS (3%) [ 8 ]. Variantes nesses genes [8 , 9 , 10 ] e loci de risco genético que incluem ATXN2 [ 11 ], UNC13A [ 12 ], SARM1 [ 13 ], C21orf2 , SCFD1 e MOBP [ 13 ] também foram expostos em casos de sALS. Estima-se que as variantes genéticas contribuam com 14 a 17% dos pacientes europeus com sALS ou aqueles com ascendência europeia [ 9 , 10 ]. Tudo isso ressalta a contribuição substancial dos fatores genéticos para a etiologia da doença de ALS.

As descobertas genéticas geralmente levam a novos insights sobre os mecanismos moleculares da ELA. Por exemplo, o agrupamento de genes de acordo com suas funções fisiológicas conhecidas identificou a ribostase, a proteostase e a dinâmica do citoesqueleto como as principais vias celulares envolvidas na patogênese da ELA [ 14 ]. É importante ressaltar que a descoberta de genes está levando ao desenvolvimento de tratamentos específicos para genótipos [ 15 ]. Fatores genéticos adicionais ainda precisam ser encontrados para ALS. O uso de populações geograficamente e / ou culturalmente isoladas para mapear novos genes ALS é uma estratégia que permanece relativamente inexplorada, apesar dos benefícios que incluem efeitos fundadores, diversidade genética reduzida e heterogeneidade ambiental mínima [ 16] Isso nos estimulou a estudar a população nativa de Malta, um microestado soberano no meio do Mar Mediterrâneo. Consistindo de um arquipélago de três ilhas habitadas (área total de 316 km ² ), a população de Malta atualmente é de cerca de 514.564, com base nos dados do Escritório Nacional de Estatísticas de Malta (NSO) em 2019. Eventos de semeadura populacional ocorreram há mais de 7.000 anos por colonos vindos de vizinhos Sicília e com base em análises de DNA mitocondrial, cromossomo Y e marcadores de DNA autossômico, as influências dos colonizadores nos séculos que se seguiram foram mínimas [ 17 , 18 , 19] Os malteses são a única população europeia que fala uma língua semítica, sublinhando ainda mais o seu relativo isolamento de outras comunidades que habitam a Europa. Os sucessos anteriores no mapeamento genético de doenças raras na população de Malta são encorajadores [ 20 , 21 ]. Aqui, primeiro investigamos a incidência e prevalência de ALS nas ilhas maltesas, em um período de 2 anos. Em segundo lugar, realizamos uma pesquisa genética inicial relatando variantes raras em regiões codificadoras de proteínas e locais de splice de consenso de todos os genes ALS monogênicos atualmente conhecidos e loci de risco genético em pacientes malteses com ALS em comparação com controles pareados.

materiais e métodos

Participantes

A vigilância e o recrutamento dos participantes ocorreram ao longo de uma janela de 2 anos, de 2017 a 2018. Pacientes com diagnóstico de ELA provável ou definitiva, encaminhados pela associação nacional de Doença do Neurônio Motor, neurologistas consultores, clínicos gerais e unidades de neurofisiologia foram convidados a participar de nosso estudo . Alternativamente, os pacientes ou seus parentes fizeram contato direto com nosso laboratório manifestando a vontade de participar do estudo. Pacientes participantes preencheram os critérios revisados ​​de El Escorial para ALS [ 22 , 23] Os pacientes com fALS foram identificados como tendo uma história familiar de ELA autorreferida, ou provável ELA, definida como a presença de pelo menos um parente de primeiro grau. No total, 24 pacientes foram incluídos neste estudo. A amostragem de sangue foi excluída para um caso de sALS devido à condição de deterioração do paciente. Os membros da família afetados para todos os casos de fALS faleceram, impedindo-nos de amostrá-los. Os controles, que foram verificados em uma proporção de caso-controle de aproximadamente 2: 1, combinaram os pacientes por idade, sexo e região geográfica. A aprovação ética para a coleta de amostras, desenho do estudo e criação do Registro e Biobanco Malta ALS / MND foi concedida pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade de Malta. O consentimento informado por escrito para participar foi obtido de todos os pacientes e / ou familiares, bem como dos controles.

Informação fenotípica

As informações fenotípicas foram coletadas por meio de um questionário detalhado, além de um exame clínico. Cada amostra é, portanto, acompanhada por um conjunto de dados principal que inclui idade, sexo, ocupação, local de início, data de início da doença, história familiar, pontuação da ALS Functional Rating Scale revisada (ALSFRS-R), tônus ​​muscular para membros superiores e inferiores , potência muscular graduada de acordo com a escala MRC e estado dos reflexos. Informações sobre possíveis fatores de risco ambientais, incluindo atividade física, tabagismo e consumo de álcool, também foram coletadas. Um ensaio bioquímico para testar os níveis de creatina quinase (CK) no recrutamento também foi utilizado.

Cálculos de incidência e prevalência

O denominador para o cálculo da taxa de incidentes foi a soma da população total de Malta em 2017 e 2018. Durante o período do estudo, a população de Malta aumentou de 475.701 para 493.559. Taxas de incidentes separadas para homens e mulheres, bem como grupos de idade específicos, também foram calculados. Os números da população foram derivados dos dados do NSO. A taxa de prevalência foi estimada em 31 ^r de Dezembro de 2018. limites de confiança para incidência foram calculadas assumindo uma distribuição de Poisson.

Sequenciamento do genoma completo

A extração de DNA ocorreu de amostras de sangue venoso contendo EDTA inteiro usando o kit QIAamp DNA Mini QIAcube e a integridade do DNA foi medida usando o fluorômetro Quantus. O DNA foi sequenciado por todo o genoma pela plataforma BGISEQ-500 (BGI, Hong Kong, China) para gerar leituras de extremidades emparelhadas de 100 bp com uma profundidade média de 30 ×. As leituras foram alinhadas ao genoma de referência GRCh37 (HG19) usando o software Burrows – Wheeler Aligner. Variante de nucleotídeo único (SNV) e chamada de pequena inserção e exclusão (indel) e filtragem de qualidade foram realizadas usando o Genome Analysis Toolkit (GATK). A ferramenta ExpansionHunter foi usada para analisar tamanhos de repetição de ATXN2 (NM_002973.3: c.496_498CAG), C9orf72 (NM_001256054.2: c.-45 + 163GGGGCC) e NIPA1 (NM_144599.4: c.24_26GGC) [ 24] A fim de estimar a ancestralidade genética em relação aos mapas de referência de diversas populações, a análise de componentes principais (PCA) foi realizada em LASER com os resultados plotados usando a facilidade LASER Server plot ( https://laser.sph.umich.edu/ ) . HomozygosityMapper ( www.homozygositymapper.org ) [ 25 ] foi usado para mapear execuções de homozigosidade (ROHs).

Análise de variantes

Procuramos e analisamos as variantes e indels que codificam a proteína e que alteram o local de splice em 58 genes causadores ou de risco de ALS estabelecidos (Tabela  1 ). Restringimos as análises a variantes com frequência do alelo menor europeu (MAF) ≤0,01, que corresponde aproximadamente à frequência europeia do risco ALS recentemente descoberto NM_004984.2: c.2957C> T; p. (Pro986Leu) alelo no gene KIF5A [ 26 ]. Quando disponíveis, as variantes foram anotadas com informações do banco de dados dbSNP, incluindo estimativas de MAF específicas para a Europa do banco de dados de agregação do genoma (gnomAD). As frequências de alelos para casos e controles de ALS no conjunto de dados do Project MinE foram extraídas do banco de dados do Project MinE [ 27] Para determinar a patogenicidade das variantes, MetaSVM e MetaLR, dois métodos de predição baseados em conjunto integrando múltiplos sistemas de pontuação, foram usados ​​em vista de sua capacidade preditiva superior em relação a outros métodos [ 28 ]. As variantes foram consideradas prejudiciais se os resultados de ambos os métodos coincidissem. Indels e variantes de aceitador / doador de site de splice foram automaticamente classificadas como deletérias. As variantes e os fenótipos associados foram submetidos ao banco de dados ClinVar ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/ ) com os números de acesso SCV001426191, SCV001426206-SCV001426210, SCV001426221-SCV001426223 e SCV001437161-SCV001437192. Novas variantes detectadas na coorte caso-controle maltesa foram enviadas ao banco de dados dbSNP ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/snp/) com os IDs SNP de envio de ss2137544106, ss3986090479, ss3986090480 e ss3986090481.

Tabela 1 Genes associados a ALS investigados neste estudo e suas características básicas.

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Estatisticas

As comparações entre as médias foram feitas com o teste t de Student bicaudal não pareado, enquanto a comparação entre as variáveis ​​categóricas foi feita com o teste χ ² . Um valor de p <0,05 foi considerado significativo. Os dados foram processados ​​com o software GraphPad Prism v8.4.0.

Resultados

Características base

As principais características dos pacientes e controles são detalhadas na Tabela  2 . Os casos de ALS eram predominantemente do sexo masculino, com início predominante dos sintomas na coluna vertebral. ALS de início bulbar teve uma ocorrência ligeiramente maior em mulheres (57,2%). O início da doença ocorreu por volta da meia-idade, com a mediana da idade de início sendo menor nas mulheres (59,5 anos) em comparação com os homens (64 anos). Apenas um paciente do sexo masculino e feminino tinha menos de 45 anos (8,3%). ALS precoce (≤55 anos) foi mais frequentemente espinhal no início (razão espinhal / bulbar = 9: 1). Uma história familiar de ELA foi registrada para uma minoria de casos (Tabela  2 ). No entanto, considerando sua agregação familiar com ALS [ 29 , 30 , 31], a inclusão de história familiar de demência e esquizofrenia ou psicose semelhante a endofenótipos neuropsiquiátricos aumenta a proporção de fALS para 37,5% (9/24 pacientes). A duração média da doença foi de 44,5 ± 28,3 DP meses, com os homens tendo uma progressão mais rápida em comparação com as mulheres (29,6 ± 8,8 DP meses vs. 66,8 ± 33,4 DP meses, p  = 0,0065). O local de início da doença não influenciou a duração da doença (início espinhal = 43,5 ± 32,4 DP meses, início bulbar = 43,7 ± 19,8 DP meses, p  = NS).

Tabela 2 Características basais de pacientes e controles com ELA.

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Um terço dos pacientes com ELA recrutados tinham uma história de tabagismo pesado e mais da metade relatou uma ocupação associada a atividades extenuantes, ambos os quais foram implicados como fatores de risco ambientais para ELA [ 32 , 33 ]. O abuso de álcool na coorte de pacientes foi mínimo. Visto que vários anos se passaram desde o início até o recrutamento, os níveis de CK na coorte de pacientes estavam, em média, apenas ligeiramente acima da faixa normal. A pontuação ALSFRS-R média em recrutas ALS foi quase metade da registrada para os indivíduos de controle com a pontuação no último próximo de 48, o máximo esperado em indivíduos saudáveis. A distribuição de casos e controles em todas as ilhas maltesas é exibida na Fig.  1. Uma maior densidade populacional no sudeste de Malta continental, muito provavelmente explica o aumento no número de casos nesta região geográfica em relação a outras regiões.

Fig. 1: Distribuição geográfica dos casos e controles de ALS para indivíduos nascidos nas ilhas maltesas.

O tamanho da população das quatro divisões regionais (separadas por linhas pontilhadas) é baseado nos dados do NSO em 2017.

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Taxas de incidência e prevalência

A taxa de incidência anual de ALS no período de 2017–2018 foi de 2,48 / 100.000 pessoas-ano (IC de 95% 1,59–3,68). A razão de incidência entre homens e mulheres foi de 1,93: 1. Portanto, a taxa de incidência foi maior para os homens (3,25, IC 95% 1,86–5,28) do que para as mulheres (1,68, IC 95% 0,72–3,31), e essa tendência ocorreu em todas as faixas etárias após 49 anos (Fig.  2 ). Tanto para homens quanto para mulheres, a incidência aumentou com a idade, mas diminuiu após os 79 anos. Os picos ocorreram na faixa de 50 a 59 anos entre os homens e na faixa de 70 a 79 anos entre as mulheres. Um total de 17 pacientes do sexo masculino (= 12, fêmea = 5) estavam vivos no dia prevalência (31 ^rDezembro de 2018), correspondendo a uma prevalência bruta de 3,44 / 100.000 (IC95% 2,01–5,52). Da mesma forma, a prevalência em homens (5,16, IC 95% 2,74–8,83) foi maior do que em mulheres (1,66, IC 95% 0,45–4,24), levando a uma razão de prevalência entre homens e mulheres de 3,11: 1. Não houve diferença na idade média de início e local de início entre os pacientes prevalentes e incidentes.

Fig. 2: Mudança na taxa de incidência de ALS com a idade em Malta.

A taxa de incidência aumenta com a idade e foi maior para homens em comparação com mulheres em todas as faixas etárias após 49 anos. Os picos ocorrem na faixa etária de 50 a 59 anos para os homens e na faixa de 70 a 79 anos para as mulheres.

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Ancestralidade genética

A análise de PCA da coorte de caso-controle maltesa mostrou que os casos e controles estavam dentro de 3 desvios padrão da média para as amostras combinadas ao longo dos componentes principais (PC) 1–4, garantindo assim a correspondência genética adequada. O mapeamento do paciente com ALS maltês e das amostras de controle para as coordenadas do PCA de referência para amostras do Painel de Diversidade do Genoma Humano (HGDP) mostra a sobreposição com a porção do cluster do Oriente Médio que faz fronteira com o cluster europeu (Fig.  3 ). Uma afinidade genética com as populações do Oriente Médio também é aparente nos sicilianos [ 34 , 35 ], apoiando ainda mais uma ancestralidade genética comum para as populações que habitam as ilhas mediterrâneas de Malta e Sicília.

Fig. 3: Ancestrais de casos e controles de ALS em Malta em comparação com o painel de referência do HGDP.

Painel esquerdo , coordenadas PCA de referência para amostras do painel de referência HGDP. Painel do meio , casos de ALS maltês mapeados para as coordenadas PCA de referência. Painel direito , controles malteses mapeados para as coordenadas PCA de referência.

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Expansões de repetição em C9orf72 , ATXN2 e NIPA1 genes

Apesar dos estudos que mostram que C9orf72 é o principal gene que está mutado na população de ALS europeia [ 8 , 36 , 37 ], não identificamos expansões de repetição de hexanucleotídeo patogênica (GGGGCC) (≥24) em C9orf72 em casos de fALS ou sALS ( Fig.  4 ). O tamanho da repetição de expansão variou de 2 a 10 em controles e de 2 a 13 em pacientes com ELA. Consistente com estudos anteriores [ 36 , 37 ], um comprimento de repetição de 2 foi o mais predominante em ambos os grupos (42,3% nos controles e 52,2% nos casos de ELA). Além de C9orf72 , repita as expansões em outros genes, incluindo ATXN2 e NIPA1foram associados a risco aumentado de ALS [ 11 , 38 ]. Identificamos um paciente do sexo masculino com fALS que possuía expansões de repetição de trinucleotídeos associadas a ATXN2 ALS (28 repetições de comprimento) no estado homozigoto (Fig.  4 ). Aos 67 anos, esse paciente apresentou pela primeira vez fraqueza bilateral nas pernas, que progrediu. Ele subsequentemente desenvolveu disartria e sucumbiu à doença 2 anos após o início da doença. Esse paciente também foi o único em nossa coorte que apresentou sinais de comprometimento cognitivo. A história familiar era notável para uma irmã falecida que tinha ALS com início precoce no final dos 30 anos e uma mãe falecida que tinha demência (amostras de DNA não estavam disponíveis para estudo). O pedigree é mostrado na Fig. Complementar. S1 . O tamanho máximo de repetição ATXN2 observado em controles saudáveis ​​foi de 25, encontrado no estado heterozigoto, em um sujeito. Todos os pacientes e controles restantes com ELA tiveram comprimentos de repetição ≤23. Como foi relatado anteriormente [ 11 , 39 ], um comprimento de repetição de 22, detectado principalmente no estado homozigoto, foi o alelo ATXN2 mais abundante (88,5% em controles e 84,8% em pacientes com ELA). Considerando NIPA1 , encontramos um paciente do sexo masculino com sALS que teve um [ 21] Motivo de repetição GCG no estado heterozigoto. O paciente teve início tardio (73 anos), apresentando fraqueza bilateral primeiro nos membros inferiores e depois nos superiores. A sobrevida foi mais curta (<2,5 anos) em comparação com a sobrevida mediana (3,5 anos) em nossa coorte de ALS. Nos controles e nos casos restantes de ALS, o comprimento da repetição foi variável variando de 5 a 13. Semelhante aos achados anteriores [ 38 , 40 ], os alelos mais frequentes consistiam em 7 ou 8 repetições, com as respectivas frequências alélicas sendo 26,1% e 67,4 % em pacientes com ELA e 7,7% e 73,1% nos controles.

Fig. 4: Tamanho da repetição de expansão em casos de ALS e controles para os genes NIPA1 , C9orf72 e ATXN2 .

Gráfico de dispersão mostrando distribuição e frequência de tamanhos de repetição, indicados por círculos.

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Variantes genéticas em genes associados a ALS conhecidos

Curiosamente, a coorte de pacientes com ALS maltês foi considerada negativa para SNVs não sinônimos ou que alteram o local de splice nos genes SOD1 , TARDBP ou FUS , que são os genes ALS mais comumente mutados, nessa ordem, seguindo C9orf72 [ 8 ]. Depois de examinar 58 genes associados à ELA em nosso paciente e coorte de controle, identificamos 35 variantes de codificação raras (MAF europeia ≤ 0,01) que estavam presentes em pacientes malteses com ELA e ausentes em controles (Tabela  3 ). Três SNVs em DDX20 , EWSR1 ou GLE1 não foram encontrados no banco de dados dbSNP (v141). O NM_001003722.1: c.2078C> T; p. (Ser693Phe) variante em GLE1foi no entanto relatado em um estudo recente como uma mutação fundadora em maltês que na homozigose induz uma síndrome de disfunção motora que se apresenta na infância [ 21 ]. Variantes previstas para serem prejudiciais por MetaSVM e MetaLR foram detectadas em ALS2 , DAO , DCTN1 , ERBB4 , SCFD1 e SPG11 (Tabela  3 ). Todos foram detectados em pacientes com sALS. O NM_001917.4: c.250G> A; A variante p. (Ala84Thr) em DAO foi detectada em dois pacientes, enquanto uma paciente do sexo feminino possuía variantes deletérias em mais de um gene ( DAO e DCTN1 ).

Tabela 3 Variantes raras não sinônimas de nucleotídeo único e indels encontrados em pacientes malteses com ELA.

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A análise dos indels permitiu identificar uma deleção rara em SETX , detectada no estado heterozigoto em um caso de sALS (Tabela  3 ). Esse paciente apresentou fraqueza nos membros superiores aos 70 anos. Um ano depois, no acompanhamento, a fraqueza se espalhou para os membros inferiores. Prevê-se que a deleção resulte em uma mudança de quadro, conseqüentemente produzindo uma proteína SETX truncada sem o domínio helicase. É digno de nota que as variantes prejudiciais ALS2 , SCFD1 e SETX detectadas em pacientes malteses com sALS apresentaram frequências alélicas mais altas em pacientes com ALS no conjunto de dados caso-controle do Project MinE [ 27 ], ressaltando assim sua provável patogenicidade (Tabela 3 ). SNVs ou indels raros que eram exclusivos dos controles ou que eram compartilhados por pacientes e controles com ELA estão listados na Tabela Suplementar  S1 . Um SNVs na FIG4 não foi encontrado no banco de dados dbSNP (v141). Nenhum alongamento homozigoto foi superrepresentado em pacientes com sALS em comparação com os controles (Fig. Suplementar  S2 ). Para estimar o risco genético de ALS na população maltesa, determinamos que a porcentagem de casos de sALS causados ​​por variantes raras e potencialmente deletérias (ausentes nos controles) em pelo menos um gene associado à ALS foi de 40% (8/20 pacientes). Dois casos de FALS não carregavam nenhuma mutação em genes de ALS conhecidos ou loci de risco, portanto, justificando mais estudos para elucidar novos genes que causam ALS.

Discussão

Em nosso trabalho, investigamos as características dos pacientes malteses com ELA, descrevemos seu perfil genético e determinamos a incidência e prevalência de ELA nas ilhas maltesas. É interessante que os aspectos específicos da população de nossos casos de ALS se sobreponham aos relatados para outras populações europeias vizinhas, especialmente aquelas no Mediterrâneo, incluindo a ilha da Sicília [ 41 ] e a região sul de Puglia [ 42 , 43 ] na Itália, Tunísia [ 44 ] e Chipre [ 45 ]. Embora a preponderância masculina em ALS seja virtualmente universal [ 46 , 47], é digno de nota que nessas populações específicas, bem como em Malta, a idade de início da doença é maior em homens do que em mulheres. Isso está em contraste com as populações do norte da bacia do Mediterrâneo, incluindo Catalunha na Espanha [ 48 ], e as regiões de Emilia Romagna [ 49 ], Ligúria [ 50 ] ou Friuli-Venezia-Giulia [ 51 ] na Itália. A incidência e prevalência de ALS em Malta é semelhante à mediana europeia [ 3 ].

Relatamos uma porcentagem maior (12,5%) de casos de FALS em Malta, próximo ao relatado para a população da Ligúria no norte da Itália (10%) [ 50 ], mas quase metade do relatado para a ilha da Sardenha (26,7%) [ 52 ] . No entanto, semelhante a estudos anteriores [ 53 ], relaxar os critérios rigorosos, incluindo condições neurológicas em famílias que têm uma sobreposição genética com ALS [ 54 ], pode aumentar a porcentagem de FALS em Malta em três vezes (37,5%). Em concordância, considerando o subconjunto de sALS maltês, mostramos que, em comparação com outras populações europeias [ 10 ] ou populações de ascendência europeia [ 9 ], uma proporção maior de pacientes aparentemente sALS é provavelmente determinada geneticamente.

Curiosamente, variantes raras deletérias nos principais genes de ALS, incluindo C9orf72 , SOD1 , TARDBP e FUS , estavam ausentes em pacientes malteses com ALS. Esta descoberta confirma a presença de um gradiente Norte-Sul na frequência de mutações dentro desses genes em toda a Europa. Conseqüentemente, as mutações C9orf72 ou SOD1 em fALS são mais altas em países do norte da Europa, como Bélgica e Finlândia, enquanto uma frequência relativamente baixa é registrada no sul da Europa, incluindo Espanha e Itália continental [ 8 ]. Uma situação semelhante pode ser observada para TARDBP e FUS [ 8] Nosso estudo, portanto, ressalta as diferenças marcantes que existem entre grupos étnicos e regiões geográficas no que diz respeito aos genes que estão comumente implicados na ELA.

Pacientes malteses com ALS, no entanto, possuíam alelos deletérios em genes 'menores' de ALS, incluindo ALS2 , ATXN2 , DAO , DCTN1 , ERBB4 , NIPA1 , SETX , SCFD1 e SPG11 . ALS2 e SPG11 foram associados com ALS de início juvenil apenas sob um modelo de doença recessiva [ 55 , 56 , 57 , 58 ]. Neste contexto, uma vez que observamos variantes no ALS2 e SPG11genes apenas em configurações heterozigotas e em pacientes com ELA de início na idade adulta, é provável que esses alelos não fossem causadores de doença nos pacientes que os possuíam. No entanto, considerando que o ALS tem uma base oligogênica [ 59 ], um efeito modificador ou aditivo não pode ser excluído. O mesmo pode ser dito para SCFD1 , que só foi recentemente identificado como um locus de risco [ 13 ], e para o qual relatamos uma variante prejudicial em um paciente com ELA com início de idade jovem (27 anos) e cuja progressão da doença é excepcionalmente lento.

ATXN2 , DAO , DCTN1 , ERBB4 , NIPA1 e SETX foram previamente associados com ALS tendo um modo autossômico dominante de herança [ 11 , 38 , 40 , 60 , 61 , 62 , 63 ]. Alelos prejudiciais descobertos em nossa coorte de pacientes, que visam especificamente esses genes, são provavelmente os causadores. É interessante notar que o ERBB4c.3814G> A; p. (Gly1272Arg) variante relatada neste estudo é extremamente próxima daquela relatada em um indivíduo japonês com sALS [c.3823C> T; p. (Arg1275Trp)], ambos os quais estão localizados no domínio C-terminal da proteína, perto de vários locais de fosforilação, que medeiam as vias de sinalização a jusante [ 61 ]. Embora as variantes SETX tenham sido descobertas inicialmente em pacientes com ELA de início juvenil [ 62 ], relatórios têm descrito alelos prejudiciais em pacientes com ELA de início na idade adulta [ 10 , 64 ]. Isso está de acordo com nosso estudo, portanto, o paciente maltês com ELA possuindo uma deleção SETX teve uma idade de início tardia semelhante à relatada em um estudo de caso anterior [ 64]

Nossas descobertas têm implicações importantes. A incidência e a prevalência de ALS em Malta, bem como os aspectos da população de pacientes, se sobrepõem aos de países vizinhos. No entanto, apoiado por resultados de ancestralidade genética, a arquitetura genética de ALS em Malta parece ser diferente da média europeia, sublinhando o isolamento genético imposto pela geografia. Isso, combinado com a falta de um fator genético identificado em dois terços dos casos de fALS em Malta, incentiva mais estudos com o objetivo de descobrir novos genes de ALS. Nossos dados "preliminares" excluem a possibilidade de que esses pacientes tenham variantes deletérias em um conjunto de genes associados a outros distúrbios do neurônio motor, incluindo ataxias hereditárias e neuropatias motoras e sensoriais hereditárias (dados não mostrados). Finalmente,as variantes descritas neste trabalho devem estimular a geração de modelos animais para confirmar a causa e entender melhor os mecanismos da doença [65 ]. Isso é imperativo especialmente para genes ALS 'menores', uma vez que eles são relativamente menos estudados do que genes 'principais', mas que são conseqüentes em populações específicas.

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Reconhecimentos

Os autores agradecem ao Prof. Richard Muscat, Wilfred Kenely e à Dra. Graziella Zahra pelo apoio a este trabalho. Agradecemos também a Matthew Camilleri pelo apoio técnico e administrativo inabalável. Continuamos gratos a todos os participantes deste estudo.

Financiamento

Este trabalho foi financiado pelo Fundo de Excelência em Pesquisa da Universidade de Malta para o RJC, e pelo Prêmio de Parceria de Internacionalização do Conselho de Malta para Ciência e Tecnologia para o RJC. A RB foi apoiada por uma bolsa de curta duração EMBO e por uma Bolsa Bjorn Formosa para Pesquisa Avançada em ALS / MND financiada pela organização sem fins lucrativos, ALS Malta Foundation, facilitada pelo Research Trust (RIDT) da Universidade de Malta. O ML foi apoiado por uma bolsa Endeavor (Malta), co-financiada pela UE - Fundo Social Europeu no âmbito do Programa Operacional II - Política de Coesão 2014-2020, “Investir no capital humano para criar mais oportunidades e promover o bem-estar da sociedade” .

Informação sobre o autor

Afiliações

1. Centro de Medicina Molecular e Biobanking, Edifício de Ciências Biomédicas, Universidade de Malta, Msida, Malta

   Rebecca Borg, Maia Farrugia Wismayer, Karl Bonavia, Andrew Farrugia Wismayer, Neville Vassallo e Ruben J. Cauchi

2. Departamento de Fisiologia e Bioquímica, Faculdade de Medicina e Cirurgia, Universidade de Malta, Msida, Malta

   Rebecca Borg, Maia Farrugia Wismayer, Neville Vassallo e Ruben J. Cauchi

3. Departamento de Neurociências, Hospital Mater Dei, Msida, Malta

   Malcolm Vella

4. Departamento de Neurologia, Brain Centre Rudolf Magnus, University Medical Centre Utrecht, Utrecht, Holanda

   Joke JFA van Vugt, Brendan J. Kenna, Kevin P. Kenna e Jan H. Veldink

autor correspondente

Correspondência para Ruben J. Cauchi .

Declarações de ética

Conflito de interesses

Os autores declaram não haver conflito de interesses.

Informação adicional

Nota do editor A Springer Nature permanece neutra em relação a reivindicações jurisdicionais em mapas publicados e afiliações institucionais.

Informação suplementar

Material suplementar

Direitos e permissões

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