Search for ethnospecific risk markers for the development of paranoid schizophrenia in bashkirs based on the results of a genome-wide association analysis

全文:

Шизофрения – тяжелейшее психическое заболевание. Распространенность шизофрении в течение жизни в общей популяции составляет примерно 1%. Высокая заболеваемость и смертность делают шизофрению серьезной проблемой для здравоохранения [1]. Коэффициент наследуемости шизофрении составляет 81%, что указывает на важную роль генетической компоненты в патогенезе данного заболевания [1]. Полногеномные ассоциативные исследования (GWAS) улучшили наше понимание о вкладе специфических генетических факторов в риск развития шизофрении. GWAS предоставили убедительные доказательства важной роли распространенных генетических вариантов в определении индивидуального фона уязвимости к шизофрении [2]. На сегодняшний день было проведено несколько крупномасштабных GWAS в различных популяциях мира, и были идентифицированы сотни полиморфных локусов риска для шизофрении [3–6]. Крупнейший GWAS на сегодняшний день идентифицировал 287 независимых полиморфных локусов риска развития шизофрении [6].

С целью выявления этноспецифических генетических факторов риска развития параноидной шизофрении нами проведен полногеномный анализ ассоциации у башкир из Республики Башкортостан (рис. 1). Объект исследования – 139 пациентов (70 мужчин, 69 женщин) башкирской этнической принадлежности с диагнозом параноидная шизофрения (ПШ) F20.0 согласно с международной классификации болезней десятого пересмотра (МКБ-10), находящихся на лечении в Республиканской клинической психиатрической больнице № 1 Министерства здравоохранения Республики Башкортостан. Средний возраст больных составил 24.9 ± 8.9 лет. Средний возраст начала заболевания составил 22.4 ± 7.3 лет. Информацию по этнической принадлежности до третьего поколения получали путем опроса.

 

Рис. 1. Графическое изображение результатов полногеномного анализа ассоциации 395832 ОНП с параноидной шизофренией у башкир (Manhattanplot). На оси X указана хромосомная локализация ОНП, на оси Y – значения отрицательного десятичного логарифма уровня значимости p-value.

 

Контрольная группа, состояла из 204 здоровых индивидов (108 мужчин, 96 женщин) той же возрастной группы, не состоявших на учете у психиатра и нарколога и отрицавшие у себя отягощенную наследственность по психическим заболеваниям. Средний возраст здоровых доноров составил 32.4 ± 12.4 года.

Полногеномное генотипирование образцов ДНК было проведено на биочипе IlluminaHuman 610-QuadPsychChip, включавшее 610000 однонуклеотидных полиморфных вариантов (ОНП). Полногеномный анализ ассоциации ОНП выполнен с помощью пакета программ PLINK 2.0 [7]. Подробное описание полногеномного ассоциативного анализа было опубликовано ранее [8].

Для снижения ошибки первого рода была применена поправка FDR-BH (FalseDiscoveryRateBengamini-Hochberg) на число множественных сравнений [9].

9WAS, выполненный у индивидов башкирской этнической принадлежности, выявил наиболее выраженные различия между больными ПШ и контрольной группой по полиморфным локусам, локализованным в области 1p36.13, которая по результатам ряда проведенных полногеномных исследований сцеплена с риском развития шизофрении (рис. 1, табл. 1) [10, 11]. В ряде ранее проведенных исследований была установлена ассоциация хромосомной области 1p36.13 с развитием шизофрении [10, 11]. Так, анализ сцепления с двенадцатью эндофенотипами в ходе крупномасштабного GWAS выявил ассоциацию хромосомной области 1p36.13 (PAX7, UBR4, ALDH4A1, NBL1, HTR6, EPHA8, EPHB2) с тестом распознавания эмоций, достигшую полногеномного уровня значимости с LOD-баллом равным 3.5 (1p36) у 1004 больных шизофренией [12, 13].

 

Таблица 1. Однонуклеотидные полиморфные варианты, локализованные в области 1p36.13 и ассоциированные с параноидной шизофренией у башкир

Ген	№ rs	ОНП	Аллель 1	Частота аллеля 1 больные, %	Частота аллеля 1 контроль, %	p	OR	pfdr
PADI2	rs2076617	g.17409017G>A	A	0.2662	0.4338	1.53E-05	0.472	0.768
PADI2	rs2016693	g.17397704A>C	A	0.2806	0.4485	1.95E-05	0.484	0.768
PADI2	rs2057096	g.17405809G>A	G	0.3309	0.4902	6.86E-05	0.522	0.806
PADI2	rs2057094	g.17405949C>T	C	0.3309	0.4902	6.86E-05	0.522	0.806
PADI1	rs3003406	g.17557133A>C	C	0.4209	0.2966	5.59E-04	1.833	0.814
PADI2	rs2076598	g.17395521G>A	G	0.3345	0.4681	7.73E-04	0.582	0.814
PADI1	rs11203339	g.17560972C>T	T	0.3669	0.25	1.06E-03	1.774	0.817
PADI1	rs4268393	g.17559196T>C	C	0.2842	0.1814	1.74E-03	1.809	0.824
PADI2	rs2076614	g.17413459G>A	A	0.2482	0.3529	3.69E-03	0.597	0.824
SDHB	rs4920653	g.17366871T>C	C	0.2806	0.3922	3.74E-03	0.618	0.824
PADI1	rs114209578	g.17541929C>A	A	0.2518	0.07108	0.011	0.336	0.849

 

Наиболее высокий уровень ассоциации ПШ обнаружен с полиморфным вариантом rs2076617, расположенным в гене PADI2 (p = 1.53E-05) (табл. 1). Ген PADI2 кодирует фермент семейства пептидил-аргинин деиминазы второго типа и состоит из 16 экзонов, охватывая около 53 тпн геномной ДНК, длина его мРНК составляет 4363 пн [14]. Расщепление аргинина до цитруллина –это процесс, катализируемый ферментом пептидил-аргинин деиминазой (PAD), при котором аминокислота аргинин преобразуется в цитруллин. В процессе модификации положительно заряженная NH₂-группа отщепляется с присоединением кислорода. Циклические цитруллинированные белки постоянно обнаруживаются в синовиальной ткани у пациентов с ревматоидным артритом. Ген PADI2 широко экспрессируется в ЦНС, включая нейроны, глиальные клетки, астроциты, микроглю и олигодендроцитов. Дерегулированная экспрессия PADI2 вызывает аберрантное цитруллинирование глиального фибриллярного кислого белка (GFAP) и в конечном итоге приводит к возникновению неврологических заболеваний [14].

В последние годы было обнаружено, что аномальная активация белков семейства PAD является причиной накопления большого количества цитрулированных белков у больных с различными нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, рассеянный склероз и болезнь Гентингтона, по предположению, чрезмерное цитруллинирование белков приводит к возникновению и развитию этих [15] и других нейропсихиатрических заболеваний с нейродегенерацией [16]. Цитруллинирование, дезаминирование остатков пептидиларгинина в пептидилцитруллин, вовлечено в этиологию ряда заболеваний. При рассеянном склерозе цитруллинирование является ведущим звеном патогенеза из-за гиперцитруллинирования и дестабилизации миелина. В результате чего, в качестве стратегии терапии рассеянного склероза, было предложено ингибирование цитруллинирования [17]. A.M. Falcao с соавт., напротив, показали, что цитруллинирование пептидил-аргинин дезиминазой 2 (PADI2) способствует нормальной дифференцировке олигодендроцитов, миелинизации и двигательной активности. Этой научной группой идентифицировано несколько мишеней для PADI2, включая миелин и связанные с хроматином белки, вовлекающие фермент в участие в эпигеномной регуляции. Они также установили, что ингибирование PADI2 и его нокаут влияют на доступность хроматина и предотвращают активацию генов дифференцировки олигодендроцитов. Более того, у мышей с недостаточностью PADI2 наблюдалась двигательная дисфункция и уменьшением количества миелинизированных аксонов мозолистого тела. Исследование A.M. Falcao с соавт. свидетельствует о том, что цитруллинирование способствует правильному образованию олигодендроцитов и миелинизации [17]. На основании этих данных можно предположить, что ген PADI2 возможно является геном-кандидатом шизофрении, поскольку известно, что дисфункция олигодендроцитов и миелина приводит к изменениям в формировании и функционировании синапсов, что может приводить к когнитивной дисфункции – основному симптому шизофрении [6].

По данным проекта “1000 геномов”, частота встречаемости аллеля rs2076617*A в популяциях мира варьирует: 26.3% – у европейцев (CEU), 39.5% – у африканцев (AFR), 57.3% – у китайцев (CHB) генотипов и аллелей по данному полиморфному локусу rs2016693 оказались статистически не значимыми (табл. 2).

 

Таблица 2. Распределение частот генотипов и аллелей полиморфных вариантов, локализованных в хромосомной области 1p36.13 в выборках больных параноидной шизофренией и в контрольных группах у башкир

Генотип/Аллель	Больные		Контроль		p	pfdr	OR (CI95%)
	n	p ± spCI (%)	n	p ± sp CI (%)
rs2076617
A/A	11	7.91 ± 2.29 4.02–13.72	37	18.14 ± 2.7 13.1–24.12	7.4E-03	0.841	0,39 (0,19–0,79)
A/G	52	37.41 ± 4.1 29.36–46.01	103	50.49 ± 3.5 43.42–57.54	0.017	0.862	0,59 (0,38–0,92)
G/G	76	54.68 ± 4.22 46.02–63.13	64	31.37 ± 3.25 25.07–38.22	1.6E-05	0.752	2,64 (1,69–4,12)
A	74	26.62 ± 2.65 21.52 – 32.23	177	43.38 ± 2.45 38.51–48.35	1.53E-05	0.864	0,47 (0,34–0,65)
G	204	73.38 ± 2.65 67.77–78.48	231	56.62 ± 2.45 51.65–61.49	1.53E-05	0.864	2,11 (1,52–2,94)
rs2016693
A/A	11	7.91 ± 2.29 4.02–13.72	42	20.59 ± 2.83 15.26–26.79	1.4E-05	0.988	0,33 (0,16–0,67)
A/C	56	40.29 ± 4.16 32.06–48.94	99	48.53 ± 3.5 41.49–55.61	0.132	0.931
C/C	72	51.8 ± 4.24 43.17–60.35	63	30.88 ± 3.23 24.62–37.71	9.9E-05	0.822	2.41 (1.54–3.76)
A	78	28.06 ± 2.69 22.86–33.73	183	44.85 ± 2.46 39.96–49.82	1.95E-05	0.689	0.48 (0.35–0.67)
C	200	71.94 ± 2.69 66.27–77.14	225	55.15 ± 2.46 50.18–60.04	1.95E-05	0.689	2.09 (1.51–2.9)
rs2057096
G/G	16	11.51 ± 2.71 6.72–18.02	50	24.51 ± 3.01 18.77–31	2.7E-03	0.838	0.4 (0.22–0.74)
G/A	60	43.17 ± 4.2 34.8–51.83	100	49.02 ± 3.5 41.97–56.1	0.286	0.969
A/A	63	45.32 ± 4.22 36.87–53.98	54	26.47 ± 3.09 20.55–33.08	3.0E-04	0.803	2.3 (1.46–3.63)
G	92	33.09 ± 2.82 27.59–38.96	200	49.02 ± 2.47 44.07–53.98	6.86E-05	0.744	0,51 (0.37–0.7)
A	186	66.91 ± 2.82 61.04–72.41	208	50.98 ± 2.47 46.02–55.93	6.86E-05	0.744	1.94 (1.41–2.66)
rs2057094
C/C	16	11.51 ± 2.71 6.72–18.02	50	24.51 ± 3.01 18.77–31	2.7E-03	0.837	0.4 (0,.22–0.74)
C/T	60	43.17 ± 4.2 34.8–51.83	100	49.02 ± 3.5 41.97–56.1	0.286	0.969
T/T	63	45.32 ± 4.22 36.87–53.98	54	26.47 ± 3.09 20.55–33.08	3.0E-04	0.822	2.3 (1.46–3.63)
C	92	33.09 ± 2.82 27.59–38.96	200	49.02 ± 2.47 44.07–53.98	6.86E-05	0717	0.51 (0.37–0.7)
T	186	66.91 ± 2.82 61.04–72.41	208	50.98± 2.47 46.02–55.93	6.86E-05	0.717	1.94 (1.41–2.66)

 

При анализе распределения частот генотипов и аллелей вариантов rs2057096 и rs2057094 выявлены идентичные значения частот по этим полиморфным локусам, в связи с чем далее будут подробно изложены результаты анализа ассоциации только по ОНП rs2057096 (табл. 2). Вариант rs2057096 в исследуемой нами выборке больных и в контроле у башкир показал высокий уровень ассоциации с ПШ (табл. 1).

У больных параноидной шизофренией частота гомозиготного генотипа rs2057096*G/G (11.51%) была значительно ниже таковой в контрольной группе (24.51%) (p = 2.7E-03, OR = 0.41, CI95% 0.22–0.74). Генотип rs2057096*A/A чаще встречался у больных ПШ – 45.32%, чем в контроле (26.47%) (p = 3.0E-04, OR = 2.3, CI95% 1.46–3.63).Частота аллеля rs2057096*G в группе здоровых была значительно выше (49.02%), чем у больных (33.09%) (p = 6.86E-05, OR = 0.51, CI95% 0.37–0.7). Частота аллеля rs2057096*A у больных ПШ (66.91%) превышала его частоту в контрольной группе, где составила 50.98% (OR = 1.94, CI95% 1.41–2.66). Однако при введении поправки FDR-BH отличия в распределении частот генотипов и аллелей по полиморфному локусу rs2057096 оказались статистически не значимыми (табл. 2).

Таким образом, проведенный полногеномный анализ ассоциации показал отсутствие ассоциации параноидной шизофрении у индивидов башкирской этнической принадлежности с ОНП rs2076617 гена PADI2, расположенного в области 1p36.13, несмотря на имеющиеся литературные данные, демонстрирующие ассоциацию хромосомной области 1p36.13 [10–13] и гена PADI2 [16] с развитием шизофрении в различных популяциях. Данные различия могут быть связаны как с недостаточной численностью выборки для подобного рода исследований, так и свидетельствовать о межпопуляционных различиях в формировании наследственной предрасположенности к параноидной шизофрении.Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам институционального и/или национального комитета по исследовательской этике и Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики.

От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие.

Автор заявляет, что у него нет конфликта интересов.

Автор выражает огромную благодарность сотрудникам Департамента психиатрической медицины и клинических нейронаук Кардиффского университета г. Кардифф (Великобритания) M. O’Donovan,V. Escott-Price, M. Owen, G. Leonenko за советы по генерации и анализу данных и участию в проекте.

Также выражаю благодарность директору ИБГ УФИЦ РАН проф. Хуснутдиновой Э.К. за научное консультирование.

作者简介

A. Gareeva

Institute of Biochemistry and Genetics, Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences; Kemerovo State University; Russian Medical Academy of Continuing Professional Education of the Ministry of Health of Russia

编辑信件的主要联系方式.
Email: annagareeva@yandex.ru
俄罗斯联邦, Ufa, 450054; Kemerovo, 650000; Moscow, 125993

参考

补充文件