Mitochondrial genome analysis in frontotemporal lobar degeneration : tRNAs contribution

Abstract

A degenerescência lobar frontotemporal (DLFT) é uma demência neurodegenerativa heterogénea, incluindo nos aspectos clínicos, neuropatológicos e genéticos. É caracterizada por mudanças progressivas no comportamento, disfunção executiva e/ou dificuldades na linguagem, acompanhada por atrofia no lobo frontal e temporal. Alguns doentes apresentam sobreposição clínica e neuropatológica com a doença de Alzheimer, o que sugere semelhanças na fisiopatologia, nomeadamente no envolvimento do DNA mitocondrial (mtDNA). O objetivo do presente estudo é realizar a sequenciação dos genes no mtDNA que codificam tRNAs, para identificar alterações nos doentes com DLFT, investigando o seu envolvimento na DLFT. Foram analisadas 70 amostras de DNA provenientes de doentes, 39 mulheres e 31 homens, com diagnóstico provável de DLFT (faixa etária: 38-82 anos, média de 63 ± 11), seguidos na Unidade de Neurologia do Centro Hospitalar e Universitário de Coimbra. O DNA total foi extraído a partir de sangue periférico, e foi efetuada a análise da sequência dos 22 genes de tRNAs mitocondriais, por sequenciação automática. As variantes encontradas foram submetidas a análise in silico. Foram encontradas 28 variações diferentes em 32 doentes. Destas, seis variações são provavelmente patogénicas de acordo com a análise in silico: a m.4312C>T ocorre em heteroplasmia e apresenta elevada conservação; a m.4435A>G está localizada numa posição potencialmente crítica e é totalmente conservada em todas as espécies analisadas; a variação m.5772G>A está localizada no T-stem, levando ao rompimento do emparelhamento da base (CG) Watson-Crick e é 100% conservada; a alteração m.12166T>C está localizada no “anticodon loop” e apresenta alta percentagem de conservação. A variação mais frequente é a m.12308A>G, no mt-tRNALeu2,na região variável, e é totalmente conservada em todos os mamíferos estudados. A variação m.15946C>T tem uma elevada taxa de conservação e está localizada no “acceptor stem”. São necessários estudos adicionais para compreender melhor a relação entre as alterações do mtDNA identificadas e a FTLD. No entanto, este estudo é original sendo o primeiro a investigar a sequencia dos genes que codificam os tRNA mitocondrias na DLFT.

FTLD is a heterogeneous neurodegenerative dementia in many aspects, including clinical, neuropathological and genetic features, characterized by progressive changes in behaviour, executive dysfunction and/or language impairment. It is characterized by progressive changes in behaviour, executive dysfunction and/or language impairment with frontal and temporal lobar atrophy. Some patients present clinical and neuropathological overlap with Alzheimer's disease, suggesting similarities in pathophysiology, including mitochondrial DNA (mtDNA) involvement. The aim of the study includes sequencing the 22 tRNAs genes encoded in mtDNA for identifying variations in FTLD patients, ascertaining their involvement in FTLD. We investigated 70 patients, 39 females and 31 males with probable diagnosis of FTLD (age range: 38-82 years, mean 63 ± 11), recruited at Neurology Unit of the Centro Hospitalar e Universitário de Coimbra. Total DNA was extracted from peripheral blood and analysis of 22 tRNA mtDNA encoded genes sequences was performed by automated DNA Sanger sequencing and variants were submitted to in silico analysis. A total of 28 different sequence variations were identified in 32 patients (46%). From these, 6 variations are probably pathogenic, according to the in silico analysis, all causing structure and binding minimum free energy changes: m.4312C>T is heteroplasmic and presents and high percentage of conservation; m.4435A>G is in a critical position and is totally conserved in all species studied; The m.5772G>A is located in T-stem and leads to the disruption of Watson–Crick base pairing (C-G), being 100% conserved in all species; m.12166T>C alteration is in anticodon loop and has high percentage of conservation. The most frequent variation found is m.12308A>G, in the variable region of mt-tRNALeu2 and it is totally conserved in all mammals tested; m.15946C>T variation has a high rate of conservation and it is located in the acceptor stem. Further investigation is needed to better understand the relationship between mtDNA alteration found and FTLD, considering also the involvement of nuclear genes in this disorder. However, this is an original study, being the first to investigate the sequence of the tRNA genes encoded by mtDNA in FTLD.