CANDIDATE GENES FOR CLEFT LIP AND PALATE: A BIOINFORMATIC AND CYBERNETIC
APPROACH.
Diego Pereira and Ignacio Briceno1
Traditional methods used to detect mendelian diseases have been applied
unsuccesfully in the past to non-syndromic cleft lip and palate (NSCLP) and
other genetic complex traits. Indeed, genetic dissection of complexity needs a
cybernetic approach to fully reveal its underlying variables.
We show here a systematic research of genetic variations, candidate genes and
the corresponding metabolic pathways on patients with NSCLP through a
cybernetic approach, correlating the results with the processes in which they
are involved, that is, through a metasystems approach.
One of the best candidate genes possibly involved in NSCLP is LHX8. However, its
human ortholog is unkown. We found it at 1p31.1 Hs LOC148864 using BLAST® (Basic
Local Alignment Search Tool). By means of bioinformatic sequence analysis we
hypothesized that this gene is downstream of TGFB3. Also we propose that the
element of superior hyerarchy in this metasystem is BCMSUNL, because of its
relationship with OFC1, CP1, EVX1, RARA, RARB, RXRA, RXRB, EGFR, SHH, GLI2,
GLI3, FGF8, MSX1, MSX2, BMP2, BMP4, TGFB3, DLX1, DLX2, DLX5, HOXA2 and
STAT1 genes.
The finding of this gene in chromosome 1 was reported on 07/12/2002 to the GenBank
Submission web page (Accesion number bankit506450), and the corresponding
operator downloaded the previous information on 30/12/2002 to acknowledge our
results on NCBI data base.
1
Instituto de Genética Humana, Facultad de Medicina, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, Colombia.
FIG 1
FIG 1. Possible relations between the main candidate genes for NSCLP. The illustration is
based on the data obtained with the program PubGene®. The metabolic pathways for LHX6 and
LHX8 have not been clearly described. It has been proposed by Tucker et al. that LHX6 and
LHX8 are located downstream to Fgf8, the sequence analysis as the resulting phenotype in
knockout mice suggest that LHX8 is probably located downstream to TGFB3.
FIG 2
Fig 2. The human ortholog of the murine gene Lhx8 was located using BLAST®. The position
of the start codon, coding, stop codon and polyA regions were determined with Genescan® and
confirmed with Model Maker®.
FIG 3
Fig 3. To confirm the correspondence of the human and murine gene, the ORFs were located
and a protein model was constructed. When the ORF 14 was excluded, the terminal region of
the human protein differed significantly to the murine; when included, they shared a high
sequence similarity. The sequences diferred only in one nucleotide when they were examined..
FIG 4
Fig 4. After confirmation of the correspondence between genes, the human sequence and nearby
regions was analysed with Mat Inspector® and Model Inspector® programs. The main factors
obtained with a value superior to 0.9 in an optimised model are shown.
.
Es interesante notar que aunque el gen LHX8 fue descrito y asociado con NSCLP hace
aproximadamente 5 años, hasta la fecha ningún estudio publicado ha buscado esta correlación
en humanos. También es importante resaltar, que gran cantidad de los posibles factores
reguladores de este gen no han sido investigados en modelos animales, posiblemente debido a
que se requiere de una gran inversión en tiempo y recursos. Es probable que tecnologías como
los microarreglos genéticos permitan sortear este inconveniente. Sin embargo, los resultados de
este tipo de investigación solo responden a las preguntas qué y donde, sin ocuparse del por qué
cómo y cuando ocurren los procesos. Responder a estos interrogantes requiere de
aproximaciones dinámicas para hipotetizar y modelar las interacciones entre moléculas, células
y tejidos, que vayan mas allá de lo que puede brindar el reduccionismo tradicional. La
cibernética es una aproximación interdisciplinaria a la organización comprometida con una
perspectiva epistemológica que analiza el todo en términos de un conjunto de componentes y su
organización, es decir como los componentes de dicho sistema interactúan unos con otros, y
como esta interacción determina y cambia su estructura. Su enfoque epistemológico acerca de la
organización, los patrones y la comunicación, ha generado metodologías, leyes, teorías e
introspecciones que son únicas a la cibernética y tienen implicaciones de amplio alcance en
otros campos de investigación.
La bioinformática, es la disciplina que se encarga de la aplicación de técnicas computacionales
en el análisis a gran escala de la información asociada con las biomoléculas. Sus objetivos
principales son: organizar los datos; desarrollar herramientas y recursos para su análisis; y usar
estas herramientas para analizar e interpretar la significancia biológica de los resultados.
Nuestra investigación hace uso del pensamiento cibernético y de las herramientas
bioinformáticas para analizar los datos moleculares y modelar el estudio de las enfermedades
complejas en general y del NSCLP en particular.