# name
Aproximaciones genómicas y estudios funcionales de variantes genéticas asociadas con trastornos esqueléticos con baja y alta masa ósea

# metadata.dc.contributor.other[].value
Universitat de Barcelona. Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística

# metadata.dc.description.abstract[].value
[spa] Las displasias esqueléticas (DiE), son un grupo heterogéneo de enfermedades con una incidencia poco frecuente y diversas manifestaciones clínicas, que están asociadas a múltiples genes y que pueden presentar fenotipos de alta o baja masa ósea. El diagnóstico preciso de las DiE es difícil desde el punto de vista clínico y genético. Los avances de los últimos años en técnicas de secuenciación y procesamiento de datos así como los estudios GWAS, nos han dado luces sobre las bases genéticas que pueden estar regulando la fisiología ósea en contextos patológicos como el de las DiE. Sin embargo, la información obtenida mediante NGS o GWAS, debe ser validada funcionalmente. En esta tesis doctoral utilizamos aproximaciones genómicas mediante WES y panel de genes para analizar las bases genéticas que subyacen a trastornos esqueléticos con baja masa ósea como la osteoporosis posmenopáusica (OP), o casos de displasia esquelética familiar; y estudios funcionales in silico e in vitro para evaluar las implicaciones de variantes genéticas raras asociadas a trastornos esqueléticos con alta masa ósea y de otras patologías con fenotipo óseo como la enfermedad de Gaucher tipo 1 (EG1).
En cuanto a los análisis de trastornos esqueléticos con baja masa ósea, el estudio realizado mediante panel de genes en una selección truncada de casos de la cohorte BARCOS con valores de DMO extremos, nos permitió identificar variantes en 6 genes (TCIRG1, COL1A2, SEC24D, LRP4, ANO5 y LMNA), una de ellas patogénica en heterocigosis en el gen COL1A2 p.(Gly751Ser). Además, mediante análisis WES identificamos una variante missense p.(Arg296Pro) en el gen PORCN en un paciente de 29 años con una displasia esquelética sin diagnosticar, asociada con LBM y fracturas por fragilidad en su infancia y adolescencia. Análisis adicionales a partir de la DMO de este paciente y revisión posterior de literatura, nos llevaron a sugerir que la hipoplasia dérmica focal (FDH), causada principalmente por variantes genéticas en este gen, es probablemente una causa monogénica poco reconocida de LBM debida a una señalización defectuosa de la vía de Wnt.
Respecto de los trastornos esqueléticos con alta masa ósea, estudiamos funcionalmente las variantes en SEM4AD, TBX18, PTCH1, PTK7, y ADGRE5 identificadas previamente mediante WES, en un caso familiar de displasia ósea esclerosante caracterizado por lesiones óseas lucentes y HBM, logrando determinar que ninguna de las variantes afectó la estructura conformacional de la proteína ni comprometió la estabilidad proteica. Además, los estudios in vitro de la variante p.Arg349Gln en TBX18 nos permitieron observar que no afectaba su actividad transcripcional, y los ensayos de diferenciación de osteoblastos realizados para validar funcionalmente la variante p.Val212Met en SEMA4D no nos permitieron obtener resultados concluyentes.
Finalmente, la generación y caracterización de modelos celulares osteoblástico y osteoclástico para estudiar el fenotipo óseo de la EG1, nos permitió sugerir que quizá haya un defecto osteoclástico intrínseco en la EG1, lo cual podría implicar que los osteoclastos serían los principales impulsores de la patología ósea, junto con la alteración de la comunicación entre osteoblastos y osteoclastos.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[cat] Les displàsies esquelètiques (DiE) són un grup heterogeni de malalties amb una incidència poc freqüent i diverses manifestacions clíniques, que estan associades a múltiples gens i que poden presentar fenotips d'alta o baixa massa òssia. El diagnòstic precís de les DiE és difícil des del punt de vista clínic i genètic. Els avenços dels darrers anys en tècniques de seqüenciació i processament de dades així com els estudis GWAS, ens han donat llums sobre les bases genètiques que poden estar regulant la fisiologia òssia en contextos patològics com el de les DiE. Tot i això, la informació obtinguda mitjançant NGS o GWAS, ha de ser validada funcionalment. En aquesta tesi doctoral utilitzem aproximacions genòmiques mitjançant WES i panell de gens per analitzar les bases genètiques subjacents a trastorns esquelètics amb baixa massa òssia com l'osteoporosi postmenopàusica (OP), o casos de displàsia esquelètica familiar; i estudis funcionals in silico i in vitro per avaluar les implicacions de variants genètiques rares associades a trastorns esquelètics amb alta massa òssia i d'altres patologies amb fenotip ossi com la malaltia de Gaucher tipus 1 (MG1).
Quant a les anàlisis de trastorns esquelètics amb baixa massa òssia, l'estudi realitzat mitjançant panell de gens en una selecció truncada de casos de la cohort BARCOS amb valors de DMO extrems, ens va permetre identificar variants en 6 gens (TCIRG1, COL1A2, SEC24D, LRP4, ANO5 i LMNA), una d'elles patogènica en heterocigosi al gen COL1A2 p.(Gly751Ser). A més, mitjançant anàlisi WES identifiquem una variant missense p.(Arg296Pro) al gen PORCN en un pacient de 29 anys amb una displàsia esquelètica sense diagnosticar, associada amb LBM i fractures per fragilitat en la seva infància i adolescència. Anàlisis addicionals a partir de la DMO d'aquest pacient i revisió posterior de literatura ens van portar a suggerir que la hipoplàsia dèrmica focal (FDH), causada principalment per variants genètiques en aquest gen, és probablement una causa monogènica poc reconeguda de LBM deguda a una senyalització defectuosa de la via de Wnt.
Respecte dels trastorns esquelètics amb alta massa òssia, estudiem funcionalment les  variants  en  SEM4AD,  TBX18,  PTCH1,  PTK7,  i  ADGRE5  identificades prèviament mitjançant WES, en un cas familiar de displàsia òssia esclerosant caracteritzat per lesions òssies lluents i HBM, aconseguint determinar que la de la va comprometre l'estabilitat proteica. A més, els estudis in vitro de la variant p.Arg349Gln a TBX18 ens van permetre observar que no afectava la seva activitat transcripcional, i els assajos de diferenciació d'osteoblasts realitzats per validar funcionalment la variant p.Val212Met a SEMA4D no ens van permetre obtenir resultats concloents.
Finalment, la generació i caracterització de models cel·lulars osteoblàstic i osteoclàstic per estudiar el fenotip ossi de l'EG1, ens va permetre suggerir que potser hi hagi un defecte osteoclàstic intrínsec a l'EG1, la qual cosa podria implicar que els osteoclasts serien els principals impulsors de la patologia òssia, juntament amb l'alteració de la comunicació entre osteoblasts i osteoclasts.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[eng] Skeletal dysplasias (SD) are a heterogeneous group of rare diseases with diverse clinical manifestations, which are associated with multiple genes and can present phenotypes of high or low bone mass. Accurate diagnosis of SD is difficult from both a clinical and genetic point of view. Advances in sequencing and data processing techniques in recent years, as well as GWAS studies, have shed light on the genetic basis that may be regulating bone physiology in pathological contexts such as SDs. However, information obtained through NGS or GWAS must be functionally validated. In this doctoral thesis, we use genomic approaches through WES and gene panels to analyse the genetic bases underlying skeletal disorders with low bone mass, such as postmenopausal osteoporosis (OP) or cases of familial skeletal dysplasia. and in silico and in vitro functional studies to evaluate the implications of rare genetic variants associated with skeletal disorders with high bone mass and other pathologies with bone phenotype such as Gaucher disease type 1 (GD1).
Regarding the analysis of skeletal disorders with low bone mass, the study conducted using a gene panel on a truncated selection of cases from the BARCOS cohort with extreme BMD values allowed us to identify variants in six genes (TCIRG1, COL1A2, SEC24D, LRP4, ANO5, and LMNA), one of which was
pathogenic in heterozygosity in the COL1A2 p.(Gly751Ser) gene. Furthermore, through WES analysis, we identified a missense variant p.(Arg296Pro) in the PORCN gene in a 29-year-old patient with undiagnosed skeletal dysplasia associated with LBM and fragility fractures in childhood and adolescence. Additional analysis based on this patient's BMD and subsequent review of the literature led us to suggest that focal dermal hypoplasia (FDH), caused mainly by genetic variants in this gene, is probably an under-recognised monogenic cause of LBM due to defective Wnt signalling.
With regard to skeletal disorders with high bone mass, we functionally studied the variants in SEM4AD, TBX18, PTCH1, PTK7, and ADGRE5 previously identified by WES, in a familial case of sclerosing bone dysplasia characterised by lucent bone lesions and HBM, determining that none of the variants affected the conformational structure of the protein or compromised protein stability. Furthermore, in vitro studies of the p.Arg349Gln variant in TBX18 allowed us to observe that it did not affect its transcriptional activity, and osteoblast differentiation assays performed to functionally validate the p.Val212Met variant in SEMA4D did not allow us to obtain conclusive results.
Finally, the generation and characterisation of osteoblastic and osteoclastic cell models to study the bone phenotype of GD1 allowed us to suggest that there may be an intrinsic osteoclastic defect in GD1, which could imply that osteoclasts are the main drivers of bone pathology, together with impaired communication between osteoblasts and osteoclasts.

# metadata.dc.source[].value
Tesis Doctorals - Departament - Genètica, Microbiologia i Estadística

# metadata.dc.title[].value
Aproximaciones genómicas y estudios funcionales de variantes genéticas asociadas con trastornos esqueléticos con baja y alta masa ósea