Application of Next-generation Sequencing in Clinical Molecular Diagnostics

ABSTRACT Next-generation sequencing (NGS) is the catch all terms that used to explain several different modern sequencing technologies which let us to sequence nucleic acids much more rapidly and cheaply than the formerly used Sanger sequencing, and as such have revolutionized the study of molecular biology and genomics with excellent resolution and accuracy. Over the past years, many academic companies and institutions have continued technological advances to expand NGS applications from research to the clinic. In this review, the performance and technical features of current NGS platforms were described. Furthermore, advances in the applying of NGS technologies towards the progress of clinical molecular diagnostics were emphasized. General advantages and disadvantages of each sequencing system are summarized and compared to guide the selection of NGS platforms for specific research aims.

Effects of Nitrate Intake on Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury in Diabetic Rats / Efeitos do Consumo de Nitrato na Lesão de Isquemia-Reperfusão Miocárdica em Ratos Diabéticos

Abstract Background: Coronary artery disease is 2-3 times more common in diabetic individuals. Dietary nitrate/nitrite has beneficial effects in both diabetes and cardiovascular disease. It also has protective effects against myocardial ischemia-reperfusion (IR) injury in healthy animals. However, the effects of nitrate on myocardial IR injury in diabetic rats have not yet been investigated. Objective: We examined the effects of dietary nitrate on myocardial IR injury in streptozotocin-nicotinamide-induced diabetic rats. Method: Rats were divided into four groups (n=7 in each group): control, control+nitrate, diabetes, and diabetes+nitrate. Type 2 diabetes was induced by injection of streptozotocin and nicotinamide. Nitrate (sodium nitrate) was added to drinking water (100 mg/L) for 2 months. The hearts were perfused in a Langendorff apparatus at 2 months and assessed before (baseline) and after myocardial IR for the following parameters: left ventricular developed pressure (LVDP), minimum and maximum rates of pressure change in the left ventricle (±dP/dt), endothelial nitric oxide (NO) synthase (eNOS) and inducible NO synthase (iNOS) mRNA expression, and levels of malondialdehyde (MDA) and NO metabolites (NOx). Results: Recovery of LVDP and ±dP/dt was lower in diabetic rats versus controls, but almost normalized after nitrate intake. Diabetic rats had lower eNOS and higher iNOS expression both at baseline and after IR, and dietary nitrate restored these parameters to normal values after IR. Compared with controls, heart NOx level was lower in diabetic rats at baseline but was higher after IR. Diabetic rats had higher MDA levels both at baseline and after IR, which along with heart NOx levels decreased following nitrate intake. Conclusion: Dietary nitrate in diabetic rats provides cardioprotection against IR injury by regulating eNOS and iNOS expression and inhibiting lipid peroxidation in the heart.

Resumo Fundamentos: A doença arterial coronariana é duas a três vezes mais comum em indivíduos diabéticos. O nitrato/nitrito dietético tem efeitos benéficos tanto para o diabetes quanto para a doença cardiovascular, assim como efeitos protetores contra a lesão de isquemia-reperfusão (IR) miocárdica em animais saudáveis. Porém, os efeitos do nitrato na lesão de IR miocárdica em ratos diabéticos ainda não foram investigados. Objetivos: Foram examinados os efeitos sobre a lesão de IR miocárdica da adição de nitrato à dieta de ratos com diabetes mellitus tipo 2 induzido por estreptozotocina-nicotinamida. Métodos: Os ratos foram divididos em quatro grupos (n = 7 em cada grupo): controle, controle+nitrato, diabetes e diabetes+nitrato. O diabetes foi induzido nos animais por injeção de estreptozotocina e nicotinamida. Nitrato (nitrato de sódio) foi adicionado à água de beber (100 mg/L) por 2 meses. Os corações foram perfundidos em sistema de Langendorff aos 2 meses e avaliados antes (basal) e após IR miocárdica em relação aos seguintes parâmetros: pressão desenvolvida no ventrículo esquerdo (PDVE), taxas máximas de variação positiva e negativa da pressão ventricular esquerda (±dP/dt), expressão do RNAm da óxido nítrico (NO) sintase (NOS) endotelial (eNOS) e da NOS induzível (iNOS), além de níveis de malondialdeído (MDA) e metabólitos do óxido nítrico (NOx). Resultados: A recuperação da PDVE e ±dP/dt foi inferior nos ratos diabéticos versus controles, mas quase normalizou após ingestão de nitrato. Ratos diabéticos apresentaram expressão diminuída de eNOS e aumentada de iNOS tanto no estado basal quanto após IR, e o consumo dietético de nitrato restaurou estes valores para o estado normal após a IR. O nível de NOx cardíaco foi menor nos ratos diabéticos em comparação aos controles no momento basal, mas foi superior após a IR. Ratos diabéticos apresentaram níveis mais elevados de MDA tanto no estado basal quanto após IR que, juntamente com os níveis cardíacos de NOx, reduziram após consumo dietético do nitrato. Conclusões: O consumo dietético de nitrato por ratos diabéticos ofereceu cardioproteção contra a lesão de IR através da regulação da expressão de eNOS e iNOS e inibição da peroxidação lipídica no coração.

The Effect of Sleep Deprivation on Cardiac Function and Tolerance to Ischemia-Reperfusion Injury in Male Rats / O Efeito da Privação de Sono na Função Cardíaca e Tolerância à Lesão de Isquemia-Reperfusão em Ratos

Abstract Background: Sleep deprivation (SD) is strongly associated with elevated risk for cardiovascular disease. Objective: To determine the effect of SD on basal hemodynamic functions and tolerance to myocardial ischemia-reperfusion (IR) injury in male rats. Method: SD was induced by using the flowerpot method for 4 days. Isolated hearts were perfused with Langendorff setup, and the following parameters were measured at baseline and after IR: left ventricular developed pressure (LVDP); heart rate (HR); and the maximum rate of increase and decrease of left ventricular pressure (±dp/dt). Heart NOx level, infarct size and coronary flow CK-MB and LDH were measured after IR. Systolic blood pressure (SBP) was measured at start and end of study. Results: In the SD group, the baseline levels of LVDP (19%), +dp/dt (18%), and -dp/dt (21%) were significantly (p < 0.05) lower, and HR (32%) was significantly higher compared to the controls. After ischemia, hearts from SD group displayed a significant increase in HR together with a low hemodynamic function recovery compared to the controls. In the SD group, NOx level in heart, coronary flow CK-MB and LDH and infarct size significantly increased after IR; also SD rats had higher SBP after 4 days. Conclusion: Hearts from SD rats had lower basal cardiac function and less tolerance to IR injury, which may be linked to an increase in NO production following IR.

Resumo Fundamento: A privação de sono (PS) acha-se fortemente associada a alto risco cardiovascular. Objetivo: Determinar o efeito da PS nas funções hemodinâmicas basais e tolerância à lesão miocárdica de isquemia‑reperfusão (IR) em ratos machos. Métodos: A PS foi induzida com o método da plataforma única por 4 dias. Utilizou-se o modelo de perfusão de coração isolado de Langendorff, medindo-se os seguintes parâmetros nas condições basais e após IR: pressão desenvolvida no ventrículo esquerdo (PDVE), frequência cardíaca (FC) e taxa máxima de aumento e redução da pressão do ventrículo esquerdo (±dp/dt). O nível cardíaco de NOx, o tamanho do infarto e os níveis de CK-MB e LDH no efluente coronário foram medidos após IR. A pressão arterial sistólica (PAS) foi medida no início e no final do estudo. Resultados: No grupo PS, os valores basais de PDVE (19%), +dp/dt (18%) e-dp/dt (21%) foram significativamente mais baixos (p < 0,05), e a FC (32%) significativamente mais alta em comparação aos dos controles. Após isquemia, os corações do grupo PS apresentavam um significativo aumento da FC além de uma menor recuperação da função hemodinâmica em comparação aos dos controles. No grupo PS, os níveis de NOx no coração e de CK-MB e LDH no efluente coronário, além do tamanho do infarto, foram significativamente maiores após IR. O grupo PS também apresentou maior PAS após 4 dias. Conclusão: Os corações do grupo PS apresentaram menor função cardíaca basal e menor tolerância à lesão de IR, o que pode estar relacionado ao aumento da produção de NO após IR.

Effects of Ischemic Postconditioning on the Hemodynamic Parameters and Heart Nitric Oxide Levels of Hypothyroid Rats / Efeito do Pós-Condicionamento Isquêmico na Hemodinâmica e nos Níveis Cardíacos de Óxido Nítrico em Ratos com Hipotireoidismo

Background: Ischemic postconditioning (IPost) is a method of protecting the heart against ischemia-reperfusion (IR) injury. However, the effectiveness of IPost in cases of ischemic heart disease accompanied by co-morbidities such as hypothyroidism remains unclear. Objective: The aim of this study was to determine the effect of IPost on myocardial IR injury in hypothyroid male rats. Methods: Propylthiouracil in drinking water (500 mg/L) was administered to male rats for 21 days to induce hypothyroidism. The hearts from control and hypothyroid rats were perfused in a Langendorff apparatus and exposed to 30 min of global ischemia, followed by 120 min of reperfusion. IPost was induced immediately following ischemia. Results: Hypothyroidism and IPost significantly improved the left ventricular developed pressure (LVDP) and peak rates of positive and negative changes in left ventricular pressure (±dp/dt) during reperfusion in control rats (p < 0.05). However, IPost had no add-on effect on the recovery of LVDP and ±dp/dt in hypothyroid rats. Furthermore, hypothyroidism significantly decreased the basal NO metabolite (NOx) levels of the serum (72.5 ± 4.2 vs. 102.8 ± 3.7 μmol/L; p < 0.05) and heart (7.9 ± 1.6 vs. 18.8 ± 3.2 μmol/L; p < 0.05). Heart NOx concentration in the hypothyroid groups did not change after IR and IPost, whereas these were significantly (p < 0.05) higher and lower after IR and IPost, respectively, in the control groups. Conclusion: Hypothyroidism protects the heart from IR injury, which may be due to a decrease in basal nitric oxide (NO) levels in the serum and heart and a decrease in NO after IR. IPost did not decrease the NO level and did not provide further cardioprotection in the hypothyroid group. .

Fundamento: O pós-condicionamento isquêmico (PCI) é um método potente utilizado para proteger o coração contra a lesão de isquemia-reperfusão (I/R). Não está claro se o PCI é eficaz quando a doença cardíaca isquêmica é acompanhada de comorbidades, tais como hipotireoidismo. Objetivo: O objetivo deste estudo foi determinar o efeito do PCI sobre a lesão de I/R do miocárdio em ratos machos com hipotireoidismo. Métodos: O hipotireoidismo foi induzido pela administração de propiltiouracila em água potável na concentração de 500 mg/L durante 21 dias. Os corações de ratos controle e com hipotireoidismo foram perfundidos utilizando o aparelho de Langendorff e expostos a isquemia global por 30 minutos, seguido de reperfusão por 120 minutos. O PCI foi iniciado imediatamente após a isquemia. Resultados: O hipotireoidismo e PCI aumentaram significativamente a pressão ventricular esquerda desenvolvida (PVED) e as taxas máximas de variação positiva (+dp/dt) e negativa (–dp/dt) da pressão ventricular esquerda durante a reperfusão em ratos controle (p < 0,05). No entanto, o PCI não teve efeito aditivo no restabelecimento da PVED e das ±dp/dt em ratos com hipotireoidismo. Além disso, o hipotireoidismo diminuiu significativamente os níveis basais séricos (72,5 ± 4,2 vs. 102,8 ± 3,7 μmol/L; p < 0,05) e cardíacos (7,9 ± 1,6 vs. 18,8 ± 3,2 μmol/L; p < 0,05) de NOx. Os níveis cardíacos de NOx não se alteraram no grupo com hipotireoidismo após I/R e PCI mas foram significativamente maiores e menores (p < 0,05) nos grupos controle após I/R e PCI, respectivamente. Conclusão: O hipotireoidismo protegeu o coração da lesão de I/R, o que pode ser devido à diminuição dos níveis séricos e cardíacos basais de óxido nítrico (NO) e à diminuição dos níveis de NO após I/R. No entanto, o PCI não diminuiu os níveis de NO e não conferiu proteção adicional ao grupo com hipotireoidismo. .