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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GENÉTICA E BIOLOGIA
MOLECULAR
Fecundidade e Valor adaptativo na Doença de Machado Joseph
PRISCILLA RIBEIRO PRESTES
Dissertação submetida ao Programa de
Pós-Graduação em Genética e
Biologia Molecular da UFRGS como
requisito parcial para a obtenção do
grau de Mestre.
Orientadora: Laura Bannach Jardim
Porto Alegre, Março de 2007.
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Financiamento
Este trabalho foi parcialmente financiado pela Coordenação de Aperfeiçoamento de
Pessoal de Nível Superior – CAPES – através de bolsa de estudos fornecida a Priscilla
Ribeiro Prestes.
O financiamento para a aquisição de fotocópias dos questionários e demais
documentos que se fizeram necessários ao longo do desenvolvimento da pesquisa foi
fornecido pelo FIPE – HCPA (Fundo de Incentivo à Pesquisa e Eventos – Hospital de
Clínicas de Porto Alegre).
Houve, ainda, a liberação de uma linha telefônica do HCPA para a investigação
também fornecida pelo FIPE – HCPA. Essa linha era dotada de uma senha para garantir
que o pagamento de sua conta estava restrito ao projeto.
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Agradecimentos
Inicialmente agradeço à Professora Dra. Laura Bannach Jardim por estar sempre
presente durante o andamento de toda a pesquisa, por sua disposição em ensinar e sua
prestatividade ao ajudar. Muito obrigada por ter confiado em mim e acreditado na minha
capacidade, quando aceitou ser minha orientadora mesmo sem me conhecer. Creio que sou
uma pessoa com muita sorte por termos nos escolhido para o desenvolvimento deste
projeto.
À Professora Lavínia Schüller-Faccini, por ter me apresentado à Professora Laura.
Sou muito grata também pelos conselhos dados em diversas conversas informais.
Aos professores do Departamento de Genética, Dr. Aldo Mendeller de Araújo, Dr.
Claiton H. D. Bau, Dr. Francisco M. Salzano, Dra. Mara Helena Hutz e Dra. Maria Luiza
Saraiva Pereira, que igualmente fizeram sugestões para o aprimoramento deste trabalho.
Ao Professor Alberto Abeche pela ajuda na busca das referências bibliográficas
sobre menarca e menopausa.
Agradeço com muito apreço aos pacientes e seus familiares que concordaram em
participar deste estudo. Sempre muito solícitos nunca se cansavam de fornecer informações
e quando necessário, buscavam outros familiares para que seus dados fossem corretamente
avaliados.
Ao secretário deste Programa de Pós-Graduação, Elmo J. A. Cardoso por sanar
todas as dúvidas que surgiram ao longo desses dois anos de mestrado e nunca se cansar na
busca de soluções para eventuais problemas.
Às amigas e colegas de mestrado, Deise C. Friedrich, Carolina R. Franco, Francine
Z. C. Marques, Fernanda S. Spies e Vanessa E. Emmel que fizeram com que estes dois
anos fossem inigualáveis. Por todas as discussões e argumentações que tornaram as aulas
mais agradáveis e o nosso trabalho mais rico e satisfatório; pelas confraternizações e outros
eventos, que deixaram os dias e as noites mais alegres.
Aos demais colegas de mestrado e do Serviço de Genética Médica do Hospital de
Clínicas de Porto Alegre que compartilharam diversos momentos ao longo destes dois anos
4
de muito estudo e dedicação.
A todos os amigos e familiares que de alguma forma contribuíram para a minha
formação como pessoa e profissional. Obrigada pelas revisões, sugestões, ajudas e
incondicional companheirismo.
Finalmente agradeço às pessoas mais importantes na minha vida, meus pais Agnelo
e Jane e minha irmã Roberta. Por sempre acreditarem que o melhor a fazer é estudar e
incentivarem as minhas escolhas e por nunca duvidarem da importância do caminho que eu
escolhi seguir. Obrigado pelas inúmeras tentativas em entender o meu trabalho, mesmo
após incessantes explicações, sem nunca deixar que o cansaço interferisse.
Aos que direta ou indiretamente auxiliaram para a realização deste trabalho, meu
sincero muito obrigada.
5
SUMÁRIO
Página
1. Resumo 6
2. Abstract 8
3. Introdução
3.1. Sobre a Doença de Machado-Joseph 10
3.2. O que é o valor adaptativo de um fenótipo (ou genótipo) 15
4. Objetivos 17
5. Artigo 18
6. Resultados e Discussão 43
7. Algumas especulações 52
8. Conclusões 55
9. Referências Bibliográficas 57
10. Fontes on-line 61
11. Anexos 62
6
1. Resumo
A Doença de Machado-Joseph (DMJ) ou Ataxia Espinocerebelar 3 (SCA3) é uma
doença neurodegenerativa, herdada de modo autossômico dominante. Está associada a uma
expansão (CAG)n na região codificadora do gene MJD1, localizado na região
cromossômica 14q32.1. A idade de início dos sintomas, entre pacientes brasileiros, ocorre
em média aos 32 (
12) anos, geralmente após o início da vida reprodutiva; deste modo, a
maioria dos portadores tem sua prole antes de manifestarem os sintomas da doença.
Para avaliar a capacidade de um determinado genótipo em produzir descendência,
criou-se o conceito de valor adaptativo genético, que é uma medida simples de sucesso
reprodutivo. Quanto maior a prole de um genótipo, mais fácil seria a sua manutenção no
pool gênico da população.
O objetivo deste trabalho foi analisar o valor adaptativo genético das famílias com
DMJ e compará-lo com dados obtidos a partir do Censo de 2000 do Instituto Brasileiro de
Geografia e Estatística (IBGE).
A amostra estudada compreendeu 828 indivíduos (415 afetados) de 82 famílias com
diagnóstico molecular de DMJ, originárias do Rio Grande do Sul (RS), com história
reprodutiva conhecida e nascidos a partir de 1903. A prevalência estimada da doença foi de
3,5:100.000 habitantes na nossa região.
O número médio de filhos das mulheres da população do RS e das mulheres com
DMJ, em 2000, foi 1,90 e 2,93 ± 2,3, respectivamente, e esta diferença foi estatisticamente
significativa (p<0,001). Se o valor adaptativo da população for considerado 1,0, o da DMJ
seria de 1,54. Entretanto, a melhor alternativa para analisar o valor adaptativo é a que
avalia o número médio de filhos das mulheres eméritas – com mais de 45 anos ou já
falecidas – pois essas já completaram seu período reprodutivo. Embora o número médio de
filhos das eméritas com DMJ fosse de 3,89±2,52 e o das mulheres eméritas da população
geral fosse de 3,52 filhos, essa diferença não foi significante.
Ao contrário, quando se comparou o número médio de filhos das mulheres afetadas
com o de suas parentes assintomáticas, houve diferença estatisticamente significativa
(p<0,001): tanto na comparação independentemente da idade – 2,93±2,3 e 1,66±1,6,
respectivamente – quanto entre as mulheres eméritas – 3,89±2,5 e 2,68±2,0,
7
respectivamente. Se o valor adaptativo das consangüíneas assintomáticas, aos 45 anos, for
considerado 1,0, o das portadoras de DMJ, aos 45 anos, seria de 1,45. Esses resultados
demonstram um aumento no valor adaptativo genético dos pacientes com DMJ, tanto
quando comparados com a população do estado do RS, como com seus parentes
assintomáticos.
A ausência de significância estatística na comparação entre as mulheres eméritas
com DMJ e as da população pode ter decorrido do pequeno tamanho amostral no grupo de
doentes (n=112); ou pode indicar um aumento da fecundidade no início da vida
reprodutiva das DMJ, característica que desapareceria posteriormente.
O aumento da fecundidade encontrado em pacientes com DMJ foi semelhante ao já
descrito anteriormente nas portadoras de Doença de Huntington (DH) e na Ataxia
Espinocerebelar 1 (SCA1), também doenças neurodegenerativas, quando foram
comparadas às suas parentes não portadoras. Especulamos a possibilidade de haver
pleiotropismo antagonístico nos genes envolvidos por essas mutações. Esse conceito
sugere que um gene pode conferir efeitos benéficos no início da vida (desenvolvimento e
maturação sexual rápidos, com aumento da fecundidade e do valor adaptativo do indivíduo
que o porta), trazendo efeitos deletérios em fases mais tardias (como os sintomas de uma
doença neurodegenerativa e a apoptose neuronal).
Em conclusão, a presença da mutação DMJ conferiu um valor adaptativo
aumentado às suas portadoras eméritas, quando comparadas às suas parentes não
portadoras eméritas, a mesma tendência aparecendo nas comparações feitas com a
população geral.
8
2. Abstract
Machado-Joseph Disease (MJD), also known as Spinocerebellar Ataxia 3 (SCA3)
is an autosomal dominant neurodegenerative disorder. MJD is associated to a (CAG)n
expansion at the MJD1 gene coding region, located at chromosome region 14q32.1. The
average age of onset is 32 (12) years among Brazilian patients, usually after the start of
their reproductive period, so that most carriers have their offspring before the disease
starts.
In order to evaluate the capacity of a determined genotype in producing
descendants, the genetic fitness concept was created, which is a simple measure of
reproductive success. The larger the offspring of a genotype, the easier it would be to
maintain itself in the genic pool of a certain population.
The aim of the present work was to analyze the genetic fitness of MJD families and
to compare it to data obtained from the 2000 Brazilian Census, provided by the Brazilian
Institute of Geography and Statistics (IBGE).
824 individuals (415 affected) were studied, belonging to 82 families with a
molecular diagnosis of MJD, and proceeding from the state of Rio Grande do Sul (RS).
Only individuals with known reproductive history, and born after 1903 were included.
From the obtained data, the disease prevalence was estimated at 3.5:100,000
inhabitants in our region.
The average number of children (NC) from the women’s population in RS and
MJD families, in 2000, were of 1.90 and 2.93 ± 2.3, respectively, with a statistically
significant difference (p<0.001). If the population fitness is considered as 1,0, MJD fitness
would be 1.54. However, the best alternative to analyze fitness is by evaluating the average
NC from emeritus women, with more than 45 years or deceased: in other words, from
individuals who have already completed their reproductive period. Although the average
NC of emeritus women with MJD was 3.89±2.52 and of emeritus women from the
population was 3.52 children, this difference was not significant.
In contrast, when the mean NC from affected women was compared with the one of
their asymptomatic relatives, a statistically significant difference was found (p<0.001),
such as in the comparison independent of age: 2.93±2.3 and 1.66±1.6, respectively. Among
9
the emeritus women, the average NC were of 3.89±2.5 and 2.68±2.0, in affected and
asymptomatic groups, respectively (p<0.001). If the fitness of the asymptomatic relatives,
at 45 years, is considered as 1,0, that of MJD carriers, at the same age, would be 1.45.
These results showed an increase in genetic fitness of MJD patients, when compared with
their asymptomatic relatives.
The absence of statistical significance in a comparison between emeritus, MJD and
population women, could have occurred due to the smallness of the sample size from the
affected group (n=112), or it could indicate an increased fecundity at the beginning of MJD
reproductive life, a characteristic that would disappear later.
The increased fitness found in MJD patients was similar to that described before in
Huntington Disease (HD) and Spinocerebellar Ataxia 1 (SCA1) carrier women, also
neurodegenerative disorders, when compared to their non-carrier relatives. We speculate
the possibility of antagonistic pleotropism acting in genes with these mutations. This
concept suggests that a gene can, at the beginning of life, confer benefits (fast development
and sexual maturation, with a heightened fecundity and fitness of the affected individual),
and still bring deleterious effects in more delayed phases (as the symptoms of a
neurodegenerative disease and neuronal apoptosis).
In conclusion, the presence of the MJD mutation conferred an increased fitness to
the emeritus carriers, when compared to their non-carrier relatives, and the same trend
appeared in the comparisons made with the population of our State.
10
3. Introdução
3.1. Sobre a Doença de Machado-Joseph
3.1.1. Aspectos gerais
A doença de Machado-Joseph (DMJ) é uma moléstia degenerativa do sistema
nervoso central, herdada de modo autossômico dominante (Nakano et al, 1972; Woods &
Schaumburg, 1972; Rosenberg et al, 1976). O gene associado à DMJ localiza-se na região
cromossômica 14q32.1 (Takiyama et al, 1993) e contém um motivo repetitivo CAG na
região 5’ da seqüência codificadora: essa seqüência está expandida nos pacientes com DMJ
(Kawaguchi
et al, 1994). Os alelos normais contêm de 12 a 40 repetições, enquanto os
alelos expandidos contêm de 54 a 86 repetições (Bauer
et al, 2005).
Trata-se de uma doença muito incapacitante: em geral, com o passar do tempo, os
pacientes tornam-se confinados a uma cadeira de rodas ou mesmo ao leito. Essas pessoas
perdem a capacidade de se comunicar verbalmente e necessitam de ajuda para todas suas
atividades diárias. Apesar disso, os doentes conservam sempre as suas faculdades
intelectuais. A apresentação da doença dá-se na vida adulta, com grande variação na idade
de início: a média ( desvio padrão) é de 37 (14) anos, entre pacientes de ascendência
portuguesa e açoriana (Sequeiros & Coutinho, 1993), e de 32 ( 12) anos, entre pacientes
brasileiros (Jardim et al, 2001a). O início da doença, porém, já foi descrito desde os 5 até
os 73 anos. A penetrância é alta, mas incompleta, pois existem raros portadores da mutação
ainda assintomáticos aos 90 anos. O tempo médio de sobrevivência depois da doença se
iniciar é de 14 a 17 anos (Sequeiros & Coutinho, 1993; Jardim et al, 2001a).
Além de ser fatal e incapacitante, a forma da herança da DMJ - autossômica
dominante – faz com que, comumente, muitos doentes coexistam dentro de uma mesma
família, e em diversas gerações. Isso faz com que esse destino trágico faça parte da crônica
familiar, e que o mesmo possível destino paire como uma permanente ameaça sobre os
mais jovens, ainda assintomáticos. Além disso, o grande número de doentes por família
ocasiona um empobrecimento financeiro indireto destes indivíduos, o que resulta em ainda
maior morbidade e aflição dos envolvidos (Paúl, 1997).
A DMJ tem uma incidência particularmente alta nas populações de origem
portuguesa e açoriana (Figura 1). A população do Rio Grande do Sul, que é a de nosso
11
interesse, recebeu um significativo aporte de açorianos em meados do século XVIII, sendo
esse o primeiro grupo étnico europeu a efetivamente se assentar. Entre 1748 e 1752, ao
redor de 5.000 açorianos foram trazidos ao sul do Brasil – em especial, para a Ilha de Santa
Catarina – para ocupar o território disputado pelas coroas Portuguesa e Espanhola. Um
grupo deles foi trazido e deixado onde hoje está a atual Porto Alegre: o seu povoamento
deu origem à atual capital do Estado. De Porto Alegre, muitos foram para o interior.
Calcula-se que a sua chegada, no século XVIII, triplicou a então população do território
que hoje corresponde ao Rio Grande do Sul (Jardim
et al, 2001b).
Figura 1: Prevalência das ataxias espinocerebelares em diferentes países e um panorama mundial.
(modificada de www.geneclinics.org, 2007a)
12
A prevalência da DMJ nos Açores, onde representa um verdadeiro problema de
saúde pública é de 1:2309 habitantes nas ilhas de Açores e na Ilha de Flores a prevalência é
ainda maior, de 1:103 habitantes (Lima
et al, 1997). Os dados atuais sobre a freqüência da
DMJ, no Rio Grande do Sul, não permitem mais do que uma subestimativa. Conhecemos
aproximadamente 300 doentes de 85 famílias com diagnóstico molecular de DMJ. Com
esses dados, estima-se que a DMJ atinja 1,8:100.000 habitantes (Jardim
et al, 2001b).
3.1.2 Genética da doença de Machado-Joseph
A DMJ é transmitida de modo autossômico dominante. Como já se disse, a
penetrância da DMJ é muito elevada, mas incompleta: ela é estimada em 98% (Sequeiros,
1996). Há alguns casos de portadores comprovados que permaneceram assintomáticos
mesmo aos 90 anos de idade. Assim, na DMJ, a distinção entre penetrância incompleta e
expressividade variável dependerá da sobrevivência dos heterozigotos, pois houve casos
nos quais a doença se iniciou aos 73 anos (Sequeiros, 1996). Não existem diferenças
importantes entre os sexos nessa doença. Homens e mulheres tendem a ser afetados nas
mesmas proporções, com a mesma gravidade e com distribuições de idade muito
semelhantes (Dürr
et al, 1995; DeStefano et al, 1995).
O risco teórico de transmissão à prole, nas doenças autossômicas dominantes, é de
50%. Entretanto, a observação clínica sugere que os gametas que trazem a mutação no
gene
MJD1 são de alguma maneira, favorecidos (Ikeuchi et al,1996; Iughetti et al, 1998).
A observação de irmandades com mais de 50 anos, por exemplo, revelou que 68% dos
indivíduos eram afetados, uma proporção muito maior do que a esperada (Jardim
et al,
2001a). Esse fenômeno poderia agir como uma força seletiva agindo a favor da
permanência do alelo DMJ na população.
Um outro fenômeno genético que caracteriza muito fortemente essa doença é a
“antecipação” (Figura 2). Antecipação significa “o aparecimento progressivamente mais
precoce e com intensidade aumentada de uma doença em gerações sucessivas” (Thompson
& Thompson, 1993). Na DMJ, a antecipação foi observada em muitos pares de
genitor/prole, os filhos adoecendo oito a dez anos antes do que os seus pais (Maruyama et
al, 1995; Harper, 1997; Iughetti et al, 1998; Jardim et al, 2001a). As descobertas
moleculares sobre os segmentos repetitivos e expandidos CAG vieram a demonstrar que
13
esse fenômeno tem base biológica. Sabe-se que existe uma tendência de o número de
repetições se modificar no gene mutante (às vezes diminuindo, mas mais freqüentemente
aumentando) ao passar de uma geração para outra, na meiose (Maciel
et al, 1995;
Maruyama
et al, 1995). Se a mutação se torna “mais patogênica” (maior), o efeito
fenotípico será o de aumentar a gravidade do quadro, e entre outras coisas, de tornar mais
precoce o seu início. Para a DMJ, a antecipação funcionaria como uma força seletiva
agindo contra a permanência do alelo mutante na população.
Figura 2: Fenômeno da antecipação, característica de algumas doenças genéticas, onde as
sucessivas gerações tendem a apresentar os sintomas precocemente e/ou de maneira mais severa.
(modificada de www.geneclinics.org, 2007b)
Uma das características específicas das mutações devidas à expansão de seqüências
repetitivas de bases nucleotídicas é o fato de a expansão ser instável durante as divisões
celulares, sejam elas mitóticas ou meióticas. Por isso, esse tipo de mutação é também
chamado de mutação dinâmica. A instabilidade meiótica foi observada em inúmeras
14
transmissões de genitor-para-prole e explica, em parte, tanto a antecipação como a
expressividade variável (Harper, 1997). Há uma correlação negativa entre o tamanho da
expansão CAG e a idade de início da doença. Essa correlação varia entre –0,68 e –0,87, na
DMJ (Maciel et al, 1995; Maruyama et al, 1995).
O mosaicismo somático do trato (CAG)n foi demonstrado não só na DMJ (Lopes-
Cendes et al, 1996), mas também na Ataxia Espinocerebelar Tipo 1 (SCA1), na Atrofia
Dentato-rubro-palido-luisiana (DRPLA) e na Doença de Huntington (HD) (Maciel et al,
1997). Esse mosaicismo pode ser atribuído a dois períodos mitóticos diferentes. O primeiro
seria o da embriogênese e o segundo, o das divisões celulares da glia durante a vida fetal e
pós-uterina. Não se sabe o quanto cada uma das possibilidades contribui com o que foi
observado. Em todo caso, o mosaicismo visto entre as diferentes regiões do SNC segue um
mesmo padrão entre todas as doenças devidas à expansão CAG estudadas e não se associa
aos padrões patológicos específicos de cada uma delas (Lopes-Cendes et al, 1996; Maciel
et al, 1997). Ou seja, as regiões encefálicas com maiores (CAG)n não foram sempre as
primeiras a serem afetadas no processo da doença.
3.1.3 A transmissão não-mendeliana do alelo mutante na DMJ
Já existem várias observações, na literatura, de que o número de filhos afetados
excede o número de não afetados, nas famílias com DMJ, o que contraria o princípio
mendeliano da segregação randômica dos alelos. Há uma transmissão preferencial do alelo
mutante, que é ainda mais significativa quando o transmissor é o pai, nas famílias com
DMJ estudadas por Takiyama et al (1995), Ikeuchi et al (1996) e Iughetti et al (1998). O
mesmo já havia sido observado na distrofia miotônica e no DRPLA (Ikeuchi et al, 1996,
Zatz et al, 1997). Esse fenômeno, chamado de distorção da segregação, costuma sugerir a
existência de uma vantagem seletiva do gameta portador do alelo mutante – fenômeno
conhecido como deriva meiótica. Há evidências de que algum mecanismo desconhecido
que opere na fertilização ou em estágios pós-zigóticos esteja atuando e explique esse
fenômeno (Leeflang et al, 1996). Suas repercussões clínicas são muito importantes, pois a
chance de um indivíduo assintomático em risco de ser mesmo portador da DMJ não é, de
fato, de 50 %, mas é maior do que isso.
15
3.2. O que é o valor adaptativo de um fenótipo (ou genótipo)
A freqüência de um alelo permanece, em tese, estável na população, a não ser que
alguma influência externa a perturbe. Essas influências seriam: uma nova mutação; a
seleção natural; migrações; e flutuações devidas ao acaso. Examinemos a força da seleção
natural sobre a freqüência de um alelo deletério, como o é o da DMJ.
A seleção natural é reconhecida, desde Charles Darwin, como sendo a maior força
determinante da evolução. Faz parte dos paradigmas da teoria da evolução o conceito do
valor adaptativo biológico, ou aptidão biológica, e, mais especificamente, o valor
adaptativo de um fenótipo – ou a aptidão de um fenótipo. O valor adaptativo de um
fenótipo é uma medida simples de sucesso reprodutivo, onde aqueles que sobrevivem e
produzem maior número de prole capaz de se reproduzir, garantem a manutenção do pool
gênico da sua população (Stine, 1989). Em 1997, Vogel e Motulsky definiram o valor
adaptativo de um genótipo como a performance reprodutiva de um certo genótipo, ou seja,
a eficiência em produzir descendência. Este é um conceito inclusive numérico, ou
propenso ao tratamento aritmético ou estatístico.
A maior parte das doenças dominantes reduz as taxas médias de reprodução dos
seus portadores. Isso acontece porque a mutação modifica o fenótipo do portador,
reduzindo ou impedindo a sua reprodução – seja por impedi-la fisicamente, seja por reduzir
a sobrevida do portador, seja por torná-lo sexualmente menos interessante para os seus
parceiros. Em todo o caso, o portador de uma doença dominante que o afete de alguma
dessas maneiras terá menos filhos do que o esperado. Haverá, portanto, uma perda da carga
genética populacional (desse particular genótipo) em cada geração sucessiva, em uma
proporção que dependerá da desvantagem seletiva dos envolvidos. Haverá uma “seleção
contra” os heterozigotos, ou uma desvantagem seletiva dos mesmos.
Por outro lado, sabe-se que às vezes a seleção age “a favor dos heterozigotos”. Isso
se dá se o estado heterozigótico confere alguma vantagem ao portador. Exemplos dessa
força não são muitos. Em especial, lembramos o papel das doenças infecciosas, as quais
podem revelar um efeito benéfico (de proteção contra a infecção) de um determinado alelo
mutante, até então visto como danoso. O exemplo seria a seleção favorável do traço
falciforme na presença de uma malária endêmica.
16
Assim, poderíamos prever que o valor adaptativo do genótipo heterozigoto para a
DMJ – a capacidade de os portadores deixarem descendência – seria menor do que o dos
indivíduos normais. Afinal, a DMJ é uma doença incapacitante, na qual ainda acontece a
antecipação, tirando a capacidade reprodutiva dos afetados à medida que as gerações se
sucedem.
Se acontecesse o contrário – uma capacidade maior do que a esperada, de os
portadores da DMJ deixarem descendência – estaríamos perante um valor adaptativo
genético aumentado, para o qual deveríamos buscar uma explicação.
Aqui devemos distinguir dois fenômenos. Já se disse, acima, que na DMJ a
transmissão do gene mutante para a prole é maior do que o esperado. A explicação teórica
até hoje mais levantada diz respeito à seleção gamética. O termo “seleção gamética” é
atribuído às conseqüências decorrentes de alguns gametas terem chances maiores de
fertilização do que outros. Muitos autores já mencionaram a possibilidade de o alelo
expandido, mutante para a DMJ, conferir uma vantagem para o gameta que o portar.
Entretanto, a seleção gamética é apenas um aspecto do problema.
O outro aspecto, o valor adaptativo do genótipo DMJ, ainda resta por ser explicado.
Não sabemos se esse valor adaptativo, em seu sensu stricto, estará ou não alterado. Ou
seja: se os portadores da DMJ se reproduzem mais ou menos do que a população geral.
17
4. Objetivos
Geral
Em uma condição onde impera uma forte antecipação, o objetivo maior do trabalho será
verificar se a prevalência alta da DMJ poderia estar relacionada com um valor adaptativo
genético maior no grupo de doentes do que na população.
Específicos
- relacionar o sexo dos portadores de DMJ com a fecundidade;
- avaliar a idade de início da DMJ e a fecundidade (se só os indivíduos com idade de início
particularmente tardia fossem capazes de se reproduzir, poderíamos estar sempre colhendo
amostras enviesadas – interpretação clássica da antecipação).
- e estimar o número de afetados vivos e o número de indivíduos em risco para a DMJ, no
Rio Grande do Sul, através da atualização dos heredogramas das (ao menos) 85 famílias
identificadas até 2004 e catalogadas no Serviço de Genética Médica do Hospital de
Clínicas de Porto Alegre.
18
5. Artigo
Artigo científico a ser submetido à revista Annals of Human Genetics.
19
Machado-Joseph Disease enhances genetic fitness: a comparison between affected
versus unaffected relatives and the general population
P.R. Prestes
1
, M.L. Saraiva-Pereira
1,2, 4
and L.B. Jardim
1, 3, 4
Departments of
1
Genetics and Molecular Biology,
2
Biochemistry and
3
Internal
Medicine, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, and
4
Medical Genetics Service,
Hospital de Clinicas de Porto Alegre.
Corresponding author:
Laura B. Jardim
Medical Genetics Service
Hospital de Clinicas de Porto Alegre
Rua Ramiro Barcelos 2350
90.035-903 Porto Alegre, Brazil
phone: + 55 51 2101 8011
fax: + 55 51 2101 8010
e-mail: [email protected]
Running head: Machado-Joseph Disease enhances genetic fitness
Key words: genetic fitness; fertility; Machado-Joseph Disease; polyglutamine diseases;
spinocerebellar ataxias.
20
SUMMARY
Background: Machado-Joseph Disease (MJD), a spinocerebellar ataxia related to an
expansion of a CAG tract, has already been related to anticipation and meiotic drive.
Fitness of MJD carriers was rarely studied. Objective: To analyze the genetic fitness of
MJD patients, comparing them to their unaffected relatives and to the population from
where they originated. Subjects and methods: 182 informants, belonging to 82 MJD
families, agreed to participate in the study either by means of personal interviews or
telephone calls. Informants supplied data about 824 patients. Number of children (NC),
gender, age, school attainment, menarche and menopause were compared between general
and emeritus (older than 45 years of age or deceased) groups. Results: Mean NC of the
women population and of MJD patients were respectively 1.90 and 2.93± 2.3 (p = 0.001).
The NC of women younger than 45 years was 1.12 in the general population and 1.95
(p<0.001) in the MJD population, and the NC of emeritus women was 3.52 in the general
population and 3.89 in the MJD population (ns). Comparisons within families showed
larger differences: The NC of unaffected and affected emeritus MJD women were
respectively 2.89 and 3.84 (p= 0.007). Affected MJD women had earlier mean ages at the
delivery of their first child and menopause (p < 0.0001 and 0.005, respectively). Among
affected women, CAG tract was inversely correlated to the NC (r = –0.281, p < 0.0001).
Conclusion: Machado-Joseph disease enhances the fitness of its carriers, and this
phenomenon seems to have a biological basis. If the fitness of emeritus unaffected MJD
women is 1.0, the fitness of affected women would be 1.32.
21
INTRODUCTION
Machado-Joseph Disease (MJD or SCA 3), a spinocerebellar ataxia of adulthood, is related
to an expansion of a CAG tract at the MJD1 locus located at 14q32.1 above the threshold
of about 54-86 repeats (Takiyama et al, 1995, Kawaguchi et al, 1994, Bauer et al, 2005).
The expanded allele is dominant, and there is an important correlation between repeat
amplification and symptom severity in affected individuals. Since the disease usually starts
after reproductive age, most affected individuals have children before knowing their
genetic status. Predictive testing is available, but is generally used by a minority of people
at risk (Paúl, 1997).
A worldwide prevalence estimate of spinocerebellar ataxias (SCA) in general is about
3:100,000; MJD would account for 21% of the cases (Schöls et al, 2004). MJD comprises
92% of the South Brazilian SCA families and it has an estimated prevalence of 1.8:100,000
inhabitants (Jardim et al, 2001).
Among selective forces influencing the prevalence of MJD, at least three deserve
investigation: anticipation, meiotic drive, and genetic fitness.
Anticipation, which is explained by a tendency for repeats to expand during vertical
transmission (particularly in paternal transmission) and by the age of onset to be inversely
correlated to repeat length, is a well-known phenomenon in MJD (Maciel et al, 1995).
Anticipation is expected to produce a strong negative selection against the expanded allele.
As for meiotic drive, clinical observations and single sperm analysis of the CAG repeats
showed the existence of a segregation distortion favoring the expanded allele (Ikeuchi et
al, 1996; Iughetti et al, 1998; Takiyama et al, 1995). The advantage assigned to gametes
22
may be acting in fertilization or in a post-zygotic phase (Leeflang et al, 1996) and would
produce a positive selection in favor of the expanded allele.
To our knowledge, fitness has rarely been studied in MJD. Investigations have been
limited to within family comparisons (Silva et al, 1997). The objective of the present study
was to analyze the genetic fitness of MJD patients and compare these results with those
found in the population from which they originated.
MATERIALS AND METHODS
The present study was approved by the local ethics committee. After consent, an interview
was performed with patients and their relatives aged 18 or over whose families had a
molecular diagnosis of MJD, as well as follow-up visits to our Institution. All cases
belonged to MJD registered families. All informants were interviewed in person. Each
informant provided data on his/her relatives following a structured questionnaire about
each family member. Only individuals with entirely known reproductive history were
included. Data was double-checked by a second (or a third, or more) informants of the
same family: only concordant information was included. Individuals born before 1903
were not included in the study. Rio Grande do Sul, the southernmost state of Brazil, was
the geographical origin of all families; all studied cases were carriers of the A-C-A
haplotype (Bressel, 2003).
Results were also compared to those found by the 2000 Brazilian Demographic Census
(IBGE, 2003). To avoid data duplication, the Census only registered the number of
23
women’s children. Therefore, only the results of female MJD patients were compared to
data of the population. All data were adjusted to the year 2000.
Among MJD family members, associations were sought between the number of children
(NC) and the following individual characteristics: age, sex, genetic status (symptomatic or
asymptomatic), school attainment, age at onset (if symptomatic), CAGn (if applied), age at
menarche and at menopause (if applied). Age at delivery of the first and the last child and
the genetic status of individuals older than 50 were also studied.
Three main stratifications were made: (a) the number of children (NC) of symptomatic
(“affected”) versus asymptomatic (“unaffected”) relatives over 45 years old; (b) the NC of
MJD women versus the women population of Rio Grande do Sul; and (c) the NC of over
45 years old MJD women versus women population of equivalent age. This age category
was chosen for two reasons: first, women over 45 years of age usually have already
finished their reproductive period and are considered emeritus; therefore, their fitness can
be reliably estimated; second, asymptomatic individuals over 45 years have a very low risk
of being MJD1 carriers and can be roughly taken as non-carriers. Most of the present data
relied on reported phenotypes and not on genotypes. For this reason, the strategy of
classifying individuals as affected or unaffected by their phenotype at age 45 or over was
chosen, even if the so-called unaffected group would have eventually included some
carriers (with a later age of onset, unknown to the related informants, or who died after 45
but before the symptomatic age).
Fitness was calculated in two ways: (a) considering the total NC born to women either
older than 45 years or deceased before that age; and (b) considering the total NC of all
individuals. Since only recent generations were included in the analyses, biases due to
24
losses related to prereproductive mortality were considered negligible, and the offspring
also included young children. The mean NC obtained on the population was equated to a
fitness value of 1. The fitness of MJD patients was expressed against this standard.
Means between groups were analyzed using Student’s t or Mann-Whitney’s U test
according to the distribution of the variables. Other comparisons were made with ANOVA
and Kruskal-Wallis H tests. In order to test correlations between measures, Pearson’s
coefficient was employed for continuous variables and Spearman’s rank test for ordinal or
not normally distributed variables. All tests were two-tailed; p values less than 0.05 were
considered statistically significant. Statistical analyses were performed using SPSS 14.0 for
Windows.
RESULTS
One hundred and five MJD families were identified in Rio Grande do Sul, Brazil and 82 of
them were recruited; 182 informants agreed to participate in this study. Data from 824 (415
affected) individuals belonging to those 82 MJD families were included. Table 1 shows the
general characteristics of the study sample.
Twenty-three of the 105 families were not included: one family did not agree to participate
in the study, and other 22 were not found by correspondence or telephone calls after
repeated attempts (true losses). A general comparison of the previously known pedigrees
of families included and lost did not reveal rough differences.
25
3.1 Estimated prevalence of MJD in Southern Brazil
Data about 272 MJD patients of 82 families alive in the 2000 Census was available.
Considering the same rate of cases alive in the 105 families diagnosed as having MJD in
the state, the prevalence of MJD patients in that year was estimated to be 350. This figure
corresponds to a prevalence of 3.5:100,000 inhabitants in the state of Rio Grande do Sul.
3.2 Differential fitness of affected individuals in the MJD cohort versus those of the
general population
In 2000, the female population in Rio Grande do Sul totaled 4,338,076 women. Mean NC
of women in this population and mean NC of MJD patients were 1.90 and 2.93± 2.3,
respectively, and this difference was significant (p=0.001). If the population fitness is 1.0,
then the fitness of the MJD carriers would be 1.54.
This data can be stratified into a subgroup of women who had completed their reproductive
periods– women called emeritus – and the subgroup of women still at their reproductive
age. These results are shown in Table 2.
Checking the diverse distribution of social classes was mandatory because one supposes
that low social income is related to an increased NC. It is known that low social income
rates are the most prevalent strata in the population (IBGE, 2003). Since a significant part
of the MJD sample lacked data about income rates, school attainment was used to evaluate
social class distribution. No statistical differences were found between the MJD sample
and the general population (data not shown).
26
3.3 Differential fitness of affected versus unaffected individuals in the MJD cohort
Affected MJD individuals had a significantly higher NC than unaffected relatives, as
shown in Table 3. This phenomenon appeared both in the women’s and the men’s
offspring. The NC of MJD did not vary between genders. Therefore, no gender effect was
acting on fitness.
The most reliable comparison was between affected and unaffected MJD women over 45
years or deceased because their offspring could be reliably estimated. Moreover, in order
to test if an early perception of disease could influence fertility decisions, these women
were also stratified according to their age at the onset of symptoms. Results confirmed that
emeritus, affected women had more children than unaffected women, even when the
disease started later than at the age of 30 years (Table 3).
MJD individuals with no offspring would be absolutely lost at the end of the observation in
a cohort starting, for instance, two hundred year ago. Therefore, the effect on progeny in
individuals with no children could be measurable only in a contemporary cohort. Table 4
compares only contemporary women who completed their fertile period, i.e., those born
between 1936 and 1955 (between 45 and 64 years of age in 2000) or deceased. “Family
size” was larger in all the strata of affected women than in unaffected women (p=0.008,
Mann-Whitney U test) (Table 4). Emeritus MJD women with no offspring were also less
frequent than their unaffected female relatives without offspring.
27
3.4 Reproductive interval of MJD affected women versus unaffected women
Mean ages at delivery of the first and last child were both lower in affected women when
compared to unaffected MJD women (p=0.0001 and 0.04, respectively); and therefore
there were no differences in reproductive intervals as shown in Table 5. Interestingly, MJD
women had their menarche at the same age as those of the general population, but had their
menopause at an earlier age (p=0.005).
3.5 MJD severity versus fertility
Although not the main objective of this study, two parameters of severity were obtained
from the present sample: age at onset of all affected individuals and CAGn, when
available.
There was a direct correlation between age at onset of symptoms and NC (r=0.322,
p<0.0001, Spearman correlation test) (Figure 1). On the other hand, in 78 MJD patients,
CAGn was inversely correlated to NC (r = - 0.281, p < 0.0001, Spearman). The possible
effect of CAGn on fertility is also shown in Figure 2, that is, MJD women who did not
have children had significantly larger CAGn (76 CAGs) than MJD women who had
children (74 CAGs) (p> 0.05, Mann-Whitney U test).
28
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Age of onset
0
4
8
12
O
f
f
s
p
r
i
n
g
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Age of onset
0
4
8
12
O
f
f
s
p
r
i
n
g
Figure 1 – Correlation between age at onset and number of children (offspring) of MJD
women (r=0.32, p<0.0001, Pearson test).
29
215681345N =
Number of children
76543210
Mean +- 2 SE CAGN
82
80
78
76
74
72
70
Figure 2 – CAGn of MJD affected women according to their number of children. Median
CAGn of women who had no children was significantly larger than that of the remaining
MJD women’s CAGn (p<0.05, Mann-Whitney U test).
30
DISCUSSION
Genetic fitness was analyzed in MJD families from a definite geographical area. In this set
of data, MJD patients born after 1903 had an increased genetic fitness both when compared
to their asymptomatic relatives or when compared to the general population.
Intrafamilial comparisons were rather striking. MJD carriers older than 45 had significantly
more offspring than their asymptomatic (or unaffected) relatives: 3.89 versus 2.68 children,
on average. It should be emphasized that this control group was actually a combination of
carriers of abnormal asymptomatic and normal genotypes, and therefore the comparison is
conservative. Even so, the differences occurred. In the comparison between the MJD
sample and the general population however, although emeritus MJD women (older than 45
years or deceased) had on average more offspring than those of the general population of
emeritus women (3.89 versus 3.52 children), this difference was not significant. One
possible explanation for this finding was the MJD small sample size (112 individuals).
Significance would perhaps be obtained with a larger sample.
There is no doubt that the NC of MJD women younger than 45 is higher than that of the
general female population. An enhanced fertility working in the early years of adulthood
and disappearing in later years is a possibility, and it would be in accordance with the
finding of an earlier menopause in MJD women. Another explanation would be that MJD
women living from 1980 onwards, having some biological tendency to be fertile, were not
so prone to the demographic transition, i.e., to the progressive reduction of the mean NC
that follows a previous reduction in mortality in populations under industrial development
(Montgomery, 2006).
31
MJD individuals born before 1903 who had no offspring were absolutely lost from this
study. Only fertile ancestry is represented nowadays. This was the reason for measuring
fertility in recent contemporary cohorts; as a result, we could include information on
individuals with no offspring. We analyzed the family size of contemporary MJD affected
versus unaffected women and compared the number of women with no children in both
groups. First, women with no children were more common in the unaffected group than in
the affected group. Therefore, normal CAG tracts were probably further lost, in the genetic
pool of these families than expanded CAGs. On the other hand, affected women with no
children had larger CAGn than those who had offspring: these longer expansions were
actually lost for the following generations.
The population genetics of MJD reveals some phenomena that are in accordance with an
enhanced fitness of the mutated allele. The worldwide association of MJD to a limited set
of haplotypes – haplotype A-C-A being shared by 71% of 270 MJD families from 24
different origins (Martins et al, in press) – strongly supports the maintenance of this set of
expanded alleles, in spite of selection. Under the assumption of a mutation/selection
equilibrium, the expanded alleles lost at each generation in severe (early onset) MJD cases
with no offspring could be replaced by new mutations. However, new mutations would
introduce variation in intra and extragenic markers. This is not the case in the MJD
expansions. Only five extended haplotypes were described, confirming that the disease
frequency is mainly explained by two mutational events occurred in the A-C-A and G-G-C
lineages (Gaspar et al, 2001; Martins et al, in press). No new mutations have been
described in this disease.
32
Two findings confirmed selection against larger expansions. First, the fact that the earlier
the disease starts, the smaller the offspring is (Figure 1); second, the association between
no offspring and larger CAGn (Figure 2). Carriers of larger expansions are expected to
have few children, if any. These results are in agreement with the model proposed by
Frontali
et al (1996). Under this model, most of the alleles with the largest expansions
would be lost at each generation, while the pool of the low/medium expansions would be
maintained by the increased fitness of their carriers.
One can only speculate about the causes for a higher fitness in carriers of MJD expansions.
As Frontali
et al (1996) have pointed out these “include possible effects of CAG
expansions on reproductive physiology or on sexual drive and behaviour”. For instance,
CAG expansion could have an effect on reproduction: this could explain why carriers had
an earlier age at the delivery of the first child and, apparently, had a tendency to an earlier
menopause than the general population.
The change in reproduction associated with CAG expansion seems to be independent of
psychological mechanisms. Both asymptomatic women over 45 years and symptomatic
women whose disease started after their thirties have their offspring on average, before the
onset of the disease (from 21 to 29 in the case of carriers, whose disease started after 30;
and from 24 to 32 years in the case of asymptomatic women over 45 years of age). Both
groups had their offspring when living with the same uncertainty about their future.
Evidences in favor of a differential fitness have also been found in Huntington Disease
(HD), Spinocerebellar Ataxia 1 (SCA1), and allele 4 of the Apolipoprotein E (APOE)
locus (Harper, 1996; Frontali et al, 1996; Charlesworth, 1994). In all these cases, mutations
lead to neurodegenerative phenotypes appearing after the reproductive age and acting like
33
a “neurological senescence”. Of course, these mutations are “individually and collectively
exceedingly rare and best regarded as leading to private modulations of the senescent
phenotype” (Martin, 2001). Notwithstanding, the higher fitness found in these diseases
tempted us to see them as possible examples of antagonistic pleiotropy (Williams, 1957).
In this speculative scenario, CAG expansion, common to HD, SCA1, and MJD, could
anticipate and enhance to some extent fertility and fitness and later be associated to an
earlier ovarian failure, perhaps mimicking the already known apoptosis that affects
neuronal populations in these diseases.
ACKNOWLEDGEMENTS
We are grateful to the patients and relatives who agreed to participate in this project. This
study was partially supported by CAPES through a scholarship given to P.R.Prestes. Prof.
L. Jardim was supported by CNPq.
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38
Table 1 – Characteristics of the studied sample
Symptomatic Asymptomatic Total P
Families
82
Individuals 415 409 824
Mean
age±sd
(range)
47.85±17.64 33.67±14.0 40.74±17.47
0.0001
Deceased
143 15 158
More than 45
years of age
227 89 316
Women
221 221 442
Mean age
46.08±16.95 33.02±14.03
39.55±16.86
Men
190 192 382
Mean age
49.91±18.25 34.41±14.23
42.12±18.08
0.039
Women more
than 45 years of
age
110 47 157
Mean age 59.57±11.77 53.45±8.68 57.70±11.20
Men with more
than 45 years of
age
115 42 157
Mean age 61.26±13.41 54.79±10.67 59.5±13.0
0.18
CAGn
Mode (n; range)
73 (78;
69-83)
Mean age ± sd at
onset of
symptoms (n;
range)
36.38 ± 11.29
Women 35.3 ± 10.0
Men 37.7 ±11.0
0.04
Median age at
death (n; range)
58 (143; 20-
85)
52 (15; 18-87) 0.3
39
Table 2 – Fitness of MJD affected women versus the general female population
Population
MJD affected women
p
Number of
women
(%)
Mean Number
of Children
Number of
women
Mean ±sd
Number of
Children
(range)
All ages 4,338,076 1.90 222
2.93± 2.3
(0-13)
p<0.001**
Fitness 1
1.54
Emeritus
(Over 45
years) *
1,411,604 3.52 112
3.89 ± 2.52
(0-13)
p=0.1**
Fitness 1 1.1
Between 10
and 44 years
2,926,425 1.12 110
1.95
(0-9)
p<0.001**
Fitness 1
1.74
Women who
did not have
children
1,482,010/
4,338,076
(34.16%)
0
28/222
(12.6%)
0
p<0.001
***
Contemporary,
emeritus
women (born
between 1936
and 1955) who
did not have
children
100,748/979,688
(10.28%)
0
6/75
(8.0%)
0
p>0.2
***
* The subgroup of emeritus MJD women also included dead women since in both cases
(alive and over 45 or dead) the offspring was complete.
** Student’s t test.
*** Chi-square.
40
Table 3 – Mean ± sd number of children (NC) of affected versus unaffected MJD
individuals
AFFECTED UNAFFECTED p TOTAL
Deceased 143 15 158
More than 45
years of age
227 89 316
Number of
children
3.84 2.89 0.007*
Total women 221 221 442
Number of
children
2.93± 2.3 1.66±1.6 0.0001*
2.31±2.1
Total men 190 192 382
Number of
children
2.91±2.6 1.66±1.7 0.0001*
2.29 ±2.2
Women more
than 45 years
of age
110 47 157
Number of
children
3.89±2.5 2.68±2 0.001*
fitness
1.45 1
SYMPTOMS
STARTING
AFTER THE AGE
OF 30
UNAFFECTED
Women more
than 45 years
of age
n 93 47
Number of
children
4.03 ± 2.5 2.68±2.0 0.001*
* Although means ± sd were presented, Mann-Whitney U test was performed due to the
distribution of variables.
Table 4 – Number of children of emeritus, contemporary MJD women born between 1936 and 1955.
Number of children (family size) Total p
Zero 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Unaffected
Women 7 3 13 12 4 2 0 2 0 0 1 0 0 0 44
(15%) (63%) (13%) (6%)
0.008*
Affected
Women 9 6 26 22 13 18 4 6 3 2 1 1 1 1 113
(7%) (47%) (30%) (13%)
Total 16 9 39 34 17 20 4 8 3 2 2 1 1 1 157
* Mann-Whitney U test.
Table 5 – Reproductive characteristics of MJD affected and unaffected women and the
general population
Affected
Unaffected at
45 years or
more
Population p
average ± sd
(n; range in years)
Age at delivery
of the first
offspring
21.7 ± 4.5
(188; 14-42)
24.2 ± 3.7
(36; 16-32)
0.0001*
Age at delivery
of the last
offspring
29.8 ± 6.4
(188; 16-46)
32.2 ± 5.6
(36; 22-43)
0.04*
Reproductive
interval
8.12 ± 6.5
(188; 0-29)
8.0 ± 6.6
(36; 0-27)
0.89*
Age at
menarche
12.9 ± 1.8
(30; 10-17)
12.9 *** 1.0**
Age at
menopause
46.87 ± 5.1
(15; 38-56)
51.2 ****
0.005**
* Although means ± sd were presented, Mann-Whitney U test was performed due to the
distribution of variables.
** Student’s t test.
*** Thomas
et al (2001).
**** Pedro et al (2003).
6. Resultados e Discussão:
A investigação da fecundidade abrangeu mulheres com 10 anos ou mais de idade e
nascidas após 1903. Para evitar a duplicação de dados, o Censo Brasileiro somente registra
informações sobre a fecundidade feminina (IBGE, 2003); por esse motivo, o valor
adaptativo foi calculado com base no número de filhos das mulheres provenientes das
famílias com diagnóstico molecular positivo para DMJ.
Os dados populacionais fornecidos no Censo do IBGE (IBGE, 2003) foram
tomados como base para as comparações, já que representam as características da
população do Brasil. As parentes assintomáticas foram usadas como controles (Frontali
et
al
, 1996), para descartar efeitos secundários na reprodução, já que apresentam as mesmas
condições familiares que as doentes.
O valor adaptativo genético, analisado a partir das mulheres de famílias com
diagnóstico molecular para a DMJ, mostrou-se aumentado quando comparado tanto com os
dados da população do estado do RS, como quando comparado com seus parentes
assintomáticos.
6.1. Doentes versus População do RS
O número médio de filhos das mulheres da população do RS e das mulheres com
DMJ, em 2000, foi 1,90 e 2,93 ± 2,3, respectivamente, e esta diferença foi estatisticamente
significativa (p<0,001). Se o valor adaptativo da população for considerado 1,0, o da DMJ
seria de 1,54.
Se analisarmos apenas as mulheres jovens, com menos de 45 anos em 2000, e já
doentes, notaremos que estas tiveram significativamente mais filhos (1,95± 1,56 filhos) do
que as mulheres da população igualmente com menos de 45 anos (1,12 filhos) (p <0.001).
Assim, parece que as mulheres com DMJ não estão acompanhando a tendência histórica da
transição demográfica, ou seja, de as populações, ao se tornarem mais urbanas e
industriais, apresentarem redução da natalidade (IBGE, 2003).
Entretanto, a melhor alternativa para avaliar o valor adaptativo é comparar o
número médio de filhos das mulheres eméritas – com mais de 45 anos ou já falecidas –,
pois essas já completaram seu período reprodutivo. Embora o número médio de filhos das
44
eméritas com DMJ fosse de 3,89±2,52 e o das mulheres eméritas da população geral fosse
de 3,52 filhos, essa diferença não foi significante. Como se sabe que os doentes com
precoce idade de início da doença têm menos chances de encontrar um “par” (Lima
et al,
2001), selecionamos somente as mulheres eméritas com DMJ e com idade de início dos
sintomas a partir dos 20 anos. A média de filhos nesse grupo foi 4,10 (±2,55); e quando
comparado com a média da população do RS, houve diferença estatisticamente
significativa (p<0,05).
Existem algumas sugestões para a ausência de significância estatística na
comparação entre as mulheres eméritas com DMJ, independente da idade de início dos
sintomas da doença, e as da população, que são:
(a) o pequeno tamanho amostral no grupo de doentes (n=112);
(b) um possível aumento da fecundidade no início da vida reprodutiva das DMJ,
característica que desaparece posteriormente;
(c) o fato da menopausa das mulheres com DMJ ocorrer mais cedo do que na
população (este dado será analisado posteriormente); ou
(d) a tendência histórica de que, até os anos 1950-60, as mulheres da população tinham
muitos filhos e o valor adaptativo aumentado da DMJ poderia ficar oculto.
6.2. Doentes versus Assintomáticas
Quando analisamos o número médio de filhos das mulheres afetadas com o de suas
parentes assintomáticas, houve diferença estatisticamente significativa (p<0,001) tanto na
comparação independentemente da idade – 2,93±2,3 e 1,66±1,6, respectivamente (figura 1)
– como entre as mulheres eméritas – 3,89±2,5 e 2,68±2,0, respectivamente (figura 2). A
comparação entre as mulheres eméritas com DMJ, independente da idade de início dos
sintomas, e suas parentes assintomáticas reforça a sugestão de que o pequeno tamanho
amostral na comparação com a população pode ter influenciado os testes realizados.
Uma vez que as pessoas identificadas como assintomáticas não possuem
diagnóstico molecular estabelecido, isso pode ter gerado confusão em algumas avaliações.
Indivíduos portadores – mas ainda assintomáticos – podem ter sido misturados aos não
portadores do gene para DMJ.
45
Desse modo, poder-se-ia esperar que o valor adaptativo genético no grupo de
doentes fosse ainda maior se essa distinção fosse feita. Entretanto, se o valor adaptativo das
consangüíneas assintomáticas, aos 45 anos, for considerado 1,0, o das portadoras de DMJ,
aos 45 anos, seria de 1,45.
Figura 3: Distribuição do número de filhos das mulheres doentes e assintomáticas, independente da
idade em 2000.
Esses resultados demonstram um aumento no valor adaptativo genético dos
pacientes com DMJ, quando comparados tanto com a população do estado do RS, como
com seus parentes assintomáticos.
As mulheres portadoras de DMJ que não tiveram filhos são menos freqüentes do
que suas parentes assintomáticas, de acordo com as informações coletadas (p<0,001).
Quando as mulheres doentes que não tiveram filhos foram comparadas com as mulheres da
Assintomáticas
Doentes
1050
Número de filhos
70
60
50
40
30
20
10
0
Freqüência
70
60
50
40
30
20
10
0
Freqüência
46
população do RS que também não tiveram filhos, a diferença foi estatisticamente
significativa (p<0,0001). Das 222 mulheres doentes da amostra DMJ, 12,6% (28) não
tiveram filhos; enquanto na amostra de parentes assintomáticas 28,05% de 221 (62) não
tiveram filhos; e de acordo com o Censo do IBGE de 2000, das 4.338.076 mulheres com
mais de 10 anos, 34,16% (1.482.010) não tiveram filhos. Esperava-se que as proporções de
mulheres que não tiveram filhos estivessem equilibradas, o que não ocorreu.
Figura 4: Distribuição do número de filhos das mulheres doentes e assintomáticas e eméritas – com
mais de 45 anos ou falecidas em 2000.
6.3. Idade das mulheres ao nascimento do primeiro filho
Doentes
Assintomáticas
1050
Número de filhos
30
25
20
15
10
5
0
30
25
20
15
10
5
0
Freq
üência
Freq
üência
47
A idade da mulher ao nascimento do primeiro filho pode influenciar no tamanho da
prole, uma vez que quem começa a ter filhos mais cedo, teoricamente, pode tê-los por mais
tempo. Comparamos, então, a idade ao nascimento do primeiro filho das mulheres doentes
e das que permaneceram assintomáticas após os 45 anos (figura 5). As mulheres doentes
tiveram o primeiro filho em média aos 21,7±4,5 anos, já as assintomáticas, aos 24,2±3,7
anos. Essa diferença foi estatisticamente significativa (p=0,006), ou seja, as mulheres
doentes tiveram o primeiro filho 2,5 anos antes que as assintomáticas.
Figura 5: Distribuição da idade de mulheres assintomáticas e doentes ao nascimento do primeiro
filho em 2000.
Para que não houvesse a influência da percepção do início dos sintomas na decisão
de ter filhos retiramos da análise as mulheres doentes que tiveram idade de início dos
sintomas antes dos 30 anos. Essa comparação continuou mostrando-se estatisticamente
significativa (p=0,008), ou seja, as sintomáticas cuja doença começou aos 30 anos ou mais,
Doentes
Assintomáticas
40302010 40302010
40
30
20
10
0
Freqüência
Idade em 2000
Idade em 2000
48
também tiveram o primeiro filho mais cedo do que as mulheres que continuaram
assintomáticas após os 45 anos (dados não mostrados).
Podemos concluir que o valor adaptativo aumentado das portadoras de DMJ está
ainda associado a um início da reprodução precoce, quando comparado com as
assintomáticas.
6.4. Idade das mulheres ao nascimento do último filho
Assim como a idade ao nascimento do primeiro filho pode influenciar o tamanho da
prole, a idade ao nascimento do último filho também pode ter sua contribuição. Novamente
encontramos diferença estatisticamente significativa (p=0,04) na comparação entre a idade
ao nascimento do último filho em mulheres doentes (29,8±6,4 anos) e em mulheres
assintomáticas aos 45 anos (32,2±5,6 anos). Nesse caso, as mulheres assintomáticas têm
seus últimos filhos 2,4 anos após as sintomáticas.
6.5. Intervalo reprodutivo
Com base nas informações obtidas, da idade das mulheres ao nascimento do
primeiro e último filhos, calculamos o intervalo reprodutivo das mulheres doentes e
assintomáticas acima de 45 anos. Não houve diferença estatisticamente significativa
(p=0,89), como era esperado. As mulheres doentes têm seus primeiros filhos mais cedo do
que suas parentes assintomáticas, mas também têm os últimos filhos mais cedo. Conclui-se
com isso que DMJ não abrevia o intervalo reprodutivo.
6.6. Menopausa e menarca
A menopausa nas mulheres com DMJ ocorre em média 5 anos antes do que nas
mulheres da população, esta diferença foi estatisticamente significativa (p<0,01). As
mulheres doentes encontram-se na menopausa, em média, aos 46,87±5,1 anos; já as
mulheres da população em geral encontram-se na menopausa, em média, aos 51,2 anos
(Pedro et al, 2003).
49
Por outro lado, a idade na menarca não apresenta diferença (p=1,0), pois ambos os
grupos tiveram a menarca aos 12,9 anos, em média. A partir desses dados, notamos que as
mulheres com DMJ encontram-se na menopausa antes do que as mulheres da população, o
que confirma o encurtamento do desfecho reprodutivo mostrado anteriormente.
6.7. Idade de início dos sintomas e Expansão CAG
Por se tratar de uma doença incapacitante e progressiva, quanto mais cedo os
sintomas iniciam, menores as chances de encontrar um cônjuge e ter filhos (Lima
et al,
2001). Houve uma correlação direta, mas fraca, entre a idade de início dos sintomas e o
número médio de filhos das mulheres com DMJ (r=0,322, p<0,0001). Quanto mais cedo os
sintomas da doença se manifestam, menos filhos as mulheres têm. Já que a idade de início
dos sintomas está inversamente correlacionada com o tamanho da expansão CAG que os
doentes portam, esperava-se que quanto maior fosse a expansão apresentada pelos doentes,
menos filhos eles teriam. Essa hipótese foi confirmada, pois a expansão CAG está
inversamente correlacionada ao número médio de filhos, embora essa correlação seja fraca
(r= -0,281, p<0,0001).
6.8. Homens versus Mulheres
Como não existem diferenças entre homens e mulheres quanto à proporção de
afetados ou gravidade da doença (Dürr
et al, 1995; DeStefano et al, 1995), o número
médio de filhos foi estudado para descartarmos o efeito do sexo no tamanho da prole. Os
homens doentes têm em média 2,91±2,62 filhos e as mulheres têm 2,93±2,3 filhos. Não
houve diferença quanto ao tamanho da prole de homens e mulheres afetados (p=0,91).
6.9. Anos de estudo
De acordo com o IBGE (2003), à medida que aumenta a instrução das mulheres, as
taxas de fecundidade tentem a se reduzir. Para avaliar a influência do nível de escolaridade
na taxa de fecundidade, comparamos o número de anos de estudo das mulheres doentes
com o da população do estado e com as assintomáticas.
50
Foram criados grupos de acordo com a classificação utilizada pelo IBGE no seu
Censo de 2000. O grupo “0” corresponde a pessoas analfabetas, que não completaram
nenhum ano de estudo; grupo “1” – de um a três anos de estudo; grupo “2” – de quatro a
sete anos de estudo; grupo “3” – de oito a dez anos de estudo; grupo “4” – de onze a
quatorze anos de estudo e grupo “5” – mais de quinze anos de estudo.
Não houve diferença significativa quanto ao número de anos de estudos entre as
mulheres da população geral do RS e as mulheres com DMJ com mais de 45 anos em 2000
(Tabela 1). Já que as mulheres da amostra não diferem das mulheres da população em
relação ao número de anos de estudo, essa variável não parece estar influenciando no valor
adaptativo das mulheres com DMJ.
As mulheres assintomáticas e doentes, com mais de 45 anos em 2000 não diferiram
quanto ao grau de escolaridade (p=0,309), mas quando foram comparadas às mulheres com
menos de 45 anos, houve diferença estatisticamente significativa entre os dois grupos
(p=0,007). Essa diferença, entretanto, não parece ser relevante, pois os dados foram
separados em categorias para a comparação da escolaridade e ambos os grupos estão
localizados no mesmo estrato – entre 8 e 10 anos de estudo.
Tabela 1: Número absoluto e percentual válido de mulheres da população do Rio Grande do Sul e
de mulheres com DMJ acima dos 45 anos de idade em 2000, de acordo com os grupos de anos de
estudo.
Grupos de anos de estudo
0 1 2 3 4 5 Total
População do
RS
(% válido)
255.328
6,6%
465.509
12,1%
1.433.414
37,1%
736.337
19%
728.062
18,8%
245.633
6,4%
3.864.283
Mulheres
DMJ
(% válido)
3
4,4%
10
14,5%
33
47,8%
11
15,9%
8
11,6%
4
5,8%
69
51
6.10. Prevalência
A partir dos dados obtidos, a prevalência estimada da doença é de 3,5:100.000
habitantes na nossa região, número superior ao descrito anteriormente por Jardim e
colaboradores em 2001, quando a prevalência calculada foi de 1,8:100.000 habitantes.
Entre a população das ilhas açorianas, na costa portuguesa, onde a DMJ representa um
verdadeiro problema de saúde pública, a prevalência é ainda maior. Nas ilhas de Açores,
há uma pessoa afetada em cada 2309 habitantes, já na Ilha de Flores a prevalência é de
1:103 habitantes (Lima
et al, 1997).
52
7. Algumas especulações
De acordo com Lima e colaboradores (2001), em doenças cuja idade de início dos
sintomas ocorre geralmente na vida adulta e não impõem limitações fisiológicas ou
biológicas para reprodução, uma redução no valor adaptativo poderia ser mediada pelo
comportamento social. A seleção comportamental contra o gene MJD1 poderia ocorrer se
algum doente, ou parente ainda não diagnosticado, não quisesse ou estivesse incapacitado
de se reproduzir, o que não parece ser o caso. Doentes e assintomáticos têm filhos, mesmo
com a presença dos sintomas, para os primeiros, e da dúvida, para os últimos.
Altas taxas de fecundidade podem ter sido selecionadas favoravelmente para as
espécies animais que evoluíram sob a pressão de um alto risco – predadores, doenças
infecciosas, alta prevalência de desastres, desnutrição, etc –, haveria uma forte pressão
seletiva por alelos que conferissem crescimento, desenvolvimento e maturação sexual
todos rápidos – qualidades essas que garantiriam um número grande de descendentes em
um curto período de tempo (Martin, 2001).
Essas capacidades, ou qualidades de um indivíduo, nas mais diversas espécies, vêm
acopladas com uma redução na sobrevida média. Isso é explicado pela existência de genes
cuja ação confere tanto efeitos benéficos precoces na vida (desenvolvimento e maturação
sexual rápidos), como simultaneamente efeitos deletérios em fases mais tardias. Esse
fenômeno é chamado de pleiotropismo antagonístico de um gene (Williams,1957; Martin,
2001).
Assim, além das explicações de ordem psicológica já mencionadas, duas
possibilidades de ordem biológica e evolutiva, poderiam explicar as altas taxas de
fecundidade entre portadores da DMJ:
- a condição DMJ, ao levar à morte precoce, agiria como uma pressão seletiva na
população com DMJ. Morrendo precocemente, os afetados, através dos séculos e de
diversos rounds reprodutivos, estariam incluídos entre os mortos, tanto doentes com
maturação sexual precoce (estes, já com prole) como os doentes com maturação sexual
tardia (estes sem prole). Com a sucessão das gerações, estariam selecionadas, se em
ligação, entre as famílias de DMJ, as linhagens com maturação sexual precoce;
53
- o próprio mecanismo fisiopatogênico do alelo expandido MJD1 poderia ser responsável
por ambos os eventos. A expansão CAG produz um trato de poliglutamina que, de algum
modo, está associado à apoptose celular de neurônios. Esse é um efeito deletério do gene
MJD1, que em tudo evoca mecanismos gerais de envelhecimento – apoptose é morte
celular programada geneticamente. Ora, se os genes que desencadeiam o envelhecimento
podem ter um efeito positivo nas fases iniciais da vida (o pleiotropismo antagonístico,
conceito criado por Williams, citado logo acima), é possível que a própria expansão CAG
no gene
MJD1 também tenha esses efeitos. Assim, portadores da DMJ teriam
“crescimento, desenvolvimento e maturação sexual todos rápidos – e um número grande de
descendentes em um curto período de tempo” – por terem uma seqüência expandida CAG
que, mais tarde no ciclo vital, desencadearia a morte programada de certas células (os
neurônios).
O aumento da fecundidade encontrado em pacientes com DMJ foi semelhante ao já
descrito anteriormente nas portadoras de Doença de Huntington (DH) e na Ataxia
Espinocerebelar 1 (SCA1), também doenças neurodegenerativas, quando foram
comparadas às suas parentes não portadoras. Especulamos a possibilidade de haver
pleiotropismo antagonístico nos genes envolvidos nessas mutações. Embora insuficiente
para repercutir no pool genético da população, esse possível pleiotropismo antagonístico
poderia explicar, em parte, a manutenção dessas mutações ao longo do tempo, ainda que
em um grupo pequeno de indivíduos, em relação à população.
Por exemplo, sabe-se que a mutação DMJ associada ao haplótipo intragênico A-C-
A (o haplótipo é encontrado em 70% da população mundial com DMJ e em 92% da
população local) deve ter surgido há 5774 ± 1116 anos atrás (Martins
et al, in press). Ou
seja, apesar da forte antecipação, a DMJ subsiste na população humana há 240-300
gerações.
A principal evidência em favor da manutenção dessas mutações ao longo do tempo
é a sua relativa homogeneidade de origem: há poucos haplótipos, para uma condição que
determina tão graves desfechos aos seus portadores. A associação mundial da DMJ com
um limitado grupo de haplótipos – haplótipo A-C-A sendo compartilhado por 71% das 270
famílias de 24 origens diferentes (Martins et al, in press) – concorda fortemente a favor da
manutenção deste grupo de alelos expandidos, apesar da seleção. Sob a suposição de
54
equilíbrio mutação/seleção, os alelos expandidos perdidos a cada geração, em casos graves
de DMJ (idade de início precoce) sem filhos, deveriam ser substituídos por mutações
novas. Entretanto, o surgimento de mutações novas introduziria variação em marcadores
intra e extragênicos. Este não é o caso das expansões DMJ: somente cinco haplótipos
expandidos foram descritos, confirmando que a freqüência da doença é explicada
principalmente por dois eventos mutacionais ocorridos nas linhagens A-C-A e G-G-C
(Gaspar et al, 2001; Martins et al, in press). Novas mutações nunca foram descritas nessa
doença.
55
8. Conclusões
8.1. Pacientes com DMJ têm mais filhos do que a população em geral, quando
comparados globalmente, independente da idade e com seus parentes assintomáticos.
Portanto, o valor adaptativo está aumentado em pacientes com DMJ, e é possível que isso
seja responsável, em parte, pela manutenção desse genótipo, ao longo das gerações, a
despeito das forças evolutivas contrárias ao mesmo. Como consta acima, se o valor
adaptativo das portadoras assintomáticas, aos 45 anos for considerado 1,0, o da DMJ seria
de 1,45.
8.2.1. O sexo dos portadores de DMJ não se relacionou a taxas de fecundidade
discordantes e, portanto, não parece interferir. As mulheres, por saberem melhor quantos
filhos tiveram, são os sujeitos classicamente interrogados sobre a fecundidade nos Censos,
e por isso foram eleitas para as comparações do presente estudo. Essa escolha trouxe outras
vantagens para um estudo de fecundidade: a análise das variáveis associadas ao intervalo
reprodutivo – menarca e menopausa –, além do próprio intervalo reprodutivo. Estudar
essas variáveis revelou achados muito interessantes e que puderam sugerir a natureza das
forças biológicas envolvidas nesse valor adaptativo aumentado. Listamos esses aspectos
como as próximas conclusões.
8.2.2. Mulheres doentes apresentaram o início dos sintomas em média depois de
terem iniciado seu ciclo reprodutivo. Desta forma, ao início da fase de reprodução, a
maioria das mulheres (que posteriormente vieram a manifestar os sintomas da doença), não
sabia se era portadora do gene MJD1. As mesmas estavam na dúvida quanto ao seu status
genético e, mesmo assim, tiveram mais filhos do que suas parentes assintomáticas – que
viviam sob as mesmas dúvidas, afinal. Parece que a percepção do início dos sintomas não
influenciou na decisão de iniciar a fase reprodutiva. Desse modo, podemos excluir a
hipótese de que o efeito psicológico de percepção dos sintomas tenha influenciado no
tamanho da prole de indivíduos com DMJ.
8.2.3. As mulheres doentes, já eméritas, tiveram o primeiro filho mais
precocemente do que suas parentes assintomáticas. Da mesma forma, as mulheres doentes
que informaram sua menopausa a tiveram significativamente mais cedo do que as mulheres
da população. Esses dados são bastante sugestivos de que a maturação sexual e o
subseqüente declínio foram ambos, acelerados nas portadoras da DMJ.
56
8.3. A idade de início dos sintomas repercutiu, ainda que com uma correlação fraca,
na fecundidade. As mulheres cuja idade de início dos sintomas foi precoce tiveram menos
filhos do que aquelas cujos sintomas iniciaram mais tarde.
8.4. A prevalência da DMJ pode ser melhor estimada do que anteriormente, frente
aos dados sobre um grande número de indivíduos doentes, aos quais tivemos acesso. O
número encontrado de 3,5 doentes:100.000 habitantes continua sendo uma sub-estimativa,
já que o presente estudo não foi, de fato, um estudo transversal e nem cobriu toda a
população do nosso Estado.
Em conclusão, a presença da mutação DMJ conferiu um valor adaptativo
aumentado às suas portadoras eméritas, quando comparadas às não portadoras eméritas, e
a mesma tendência apareceu nas comparações feitas com a população geral. O aumento no
valor adaptativo não parece ter sido influenciado por fatores psicológicos ou secundários,
mas parece ter uma base biológica, ainda de natureza desconhecida.
57
9. Referências Bibliográficaszz
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http://www.geneclinics.org/servlet/access?id=8888890&key=Jb4W2KpoXYiGw&gry=IN
SERTGRY&fcn=y&fw=OUzR&filename=/glossary/profiles/ataxias/worldmap.html
(acessado em janeiro de 2007b).
62
11. Anexos
11.1. Aprovação deste projeto pela Comissão Científica e Comissão de Pesquisa e Ética
em Saúde do Grupo de Pesquisa e Pós-Graduação do Hospital de Clínicas de Porto Alegre
(HCPA).
11.2. Termo de consentimento.
11.3. Liberação dos recursos financeiros pelo FIPE para a realização deste projeto.
11.4. Questionários aplicados durante o desenvolvimento da pesquisa.
11.5. Resumos enviados para congressos e semanas científicas.
11.6. Instruções para publicação na revista escolhida para submissão do artigo científico.
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