Genome-Wide Analysis of the Risk Association for the Development of Paranoid Schizophrenia in Russians: Search for Genetic Markers in the 1q43 Chromosomal Region

Толық мәтін

Шизофрения является сложным многофакторным заболеванием. Даже после многих лет научных исследований патогенез этого гетерогенного заболевания остается неясным. Известно, что при этом заболевании, происходит нарушение работы головного мозга, вероятно, вызваное взаимодействиями множества генов, на которые влияют факторы окружающей среды, приводящие к аберрантному развитию нервной системы и/или нейродегенерации [1]. Полногеномные ассоциативные исследования (GWAS) позволяют одновременно генотипировать несколько сотен тысяч полиморфных локусов генов, и находить каждый ген в геноме и подобно анализам сцепления, является методом свободным от гипотез, и таким образом способен идентифицировать гены, раскрывая еще неизвестные патогенетические механизмы, возможно, играющие важную роль в развитии шизофрении.

С целью выявления этноспецифических генетических факторов риска развития параноидной шизофрении нами проведен полногеномный анализ ассоциации у русских из Республики Башкортостан (рис. 1).

 

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

 

Объект исследования – 320 пациентов (173 мужчин, 147 женщин) русской этнической принадлежности с диагнозом параноидная шизофрения (ПШ) F20.0 согласно 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. Контрольная группа, состояла из 402 здоровых индивидов той же этнической принадлежности и возрастной группы, не состоявших на учете у психиатра и нарколога и отрицавших 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 Illumina Human 610-Quad PsychChip, включавшее 610000 однонуклеотидных полиморфных вариантов (ОНП). Полногеномный анализ ассоциации однонуклеотидных полиморфных локусов выполнен с помощью пакета программ PLINK 2.0 [2]. Подробное описание полногеномного анализа ассоциаций было опубликовано ранее [3].

Для снижения ошибки первого рода, была применена поправка FDR-BH (False Discovery Rate Bengamini-Hochberg) на число множественных сравнений [4]. Полногеномный анализ ассоциации, выполненный у индивидов русской этнической принадлежности, выявил наиболее выраженные различия между больными ПШ и контрольной группой по полиморфным локусам, локализованным в области 1q43 (рис. 1). Наиболее высокий уровень ассоциации ПШ обнаружен с ОНП rs946936 (p = 1.42E-05) (табл. 1). По данным проекта “1000 геномов”, частота встречаемости аллеля rs946936*A в популяциях мира варьирует от 24.3% в индийской (GIH) до 51.6 % в китайской популяции (CDX) (http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Variation/Population?db=core;r=1:236929581-236930581;v=rs946936;vdb=variation;vf=713358).

 

Таблица 1. Однонуклеотидные полиморфные варианты, локализованные в области 1q43 и ассоциированные с параноидной шизофренией у русских

Ген	№ rs	ОНП	Аллель 1	Частота аллеля 1 больные, %	Частота аллеля 1 контроль, %	Аллель 2	p	pfdr	OR
–	rs946936	g.237093381A>C	A	0.3516	0.245	C	1.42E-05	0.251	1.669
MTR	rs2853522	237061056A>C	A	0.3703	0.2706	C	6.11E-05	0.616	1.591
–	rs4351629	g.237077480G>T	G	0.3359	0.2388	T	6.67E-05	0.627	1.602
–	rs10802577	g.237126155C>T	C	0.2641	0.1903	T	0.001134	0.999	1.506
–	rs6428977	g.237083719A>G	A	0.3766	0.296	G	0.001301	0.999	1.442
MTR	rs10925257	g.92580A>G	G	0.2078	0.255	A	0.03421	0.999	0.762
MTR	rs1805087	g.94920A>G	G	0.2078	0.2537	A	0.03918	0.999	0.7673
–	rs1417303	g.237126385G>T	G	0.4078	0.3545	T	0.03929	0.999	1.252

 

Ближайшим кодирующим геном, расположенным на расстоянии около 30 т. п. н. от данного полиморфного локуса, является ген MTR (1q43), кодирующий один из ключевых ферментов, участвующих в метаболизме гомоцистеина (ГЦ), метаболизирующего реметилирование ГЦ в метионин-метионин синтазу (МС). В качестве кофактора в этой реакции принимает участие витамин В12. Высокий уровень активности MTR приводит к снижению гомоцистеина плазмы [1]. Ген MTR состоит из 33 экзонов, охватывающий около 123 т. п. н. геномной ДНК (https://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=MTR). Целый ряд исследований демонстрирует изменение уровня гомоцистеина в плазме больных шизофренией и других психических заболеваний [1, 5, 6].

Высокие уровни гомоцистеина могут увеличивать внутриклеточную концентрацию свободных радикалов, которые могут повреждать мембраны нейронов и еще больше ухудшать работу головного мозга. Как член семейства витаминов группы В, фолиевая кислота участвует в метаболизме ГЦ, и он проявляет мощную антиоксидантную активность. Более того, дефицит фолиевой кислоты и избыточный уровень ГЦ могут увеличивать внутриклеточный кальций. Накопленный кальций может способствовать производству свободных радикалов и усугублять повреждение нервных клеток [6]. Антипсихотики могут значительно повышать уровни фолиевой кислоты и витамина B12, вызывая этим снижения уровня ГЦ в сыворотке, что в конечном итоге приводит к редукции симптомов шизофрении [7]. Интегрированное действие фолатного цикла и цикла метионина, необходимое для метаболизма ГЦ, также поддерживает метилирование и синтез нуклеотидов, что жизненно важно для поддержки эмбрионального роста, пролиферации и развития. Гипергомоцистеинемию связывают с негативным влиянием на эмбриональное развитие, включая дефект нервной трубки [8].

У больных параноидной шизофренией частота генотипа rs946936*A/A была значительно выше, чем в контрольной группе индивидов (11.88 и 6.47%, соответственно) (p = 0.011, OR = 1.95, CI95% 1.16–3.29). Гетерозиготный генотип rs946936*A/C также выявлялся у больных с более высокой частотой (46.56%), чем в контрольной группе (36.07%) (p = 4.4E-03, OR = 1.54, CI95% 1.14–2.08). Генотип rs946936*C/C у больных встречался редко, в 41.56% случаев, а в контроле определялся чаще – в 57.46% случаев (p = 2.2E-05, OR = 0.53, CI95% 0.39–0.71). Однако после введения поправки на множественное сравнение для оценки доли ложноположительных результатов проведенной с помощью метода FDR-BH, различия по данным генотипам оказались статистически не значимы (rs946936*A/A p_fdr = 0.999, rs946936*A/C p_fdr = 0.999, rs946936*C/C p_fdr = 0.999) (табл. 2). Анализ распределения частот аллелей данного полиморфного локуса показал, что частота аллеля rs946936*A у больных ПШ была выше (35.16%), чем в контроле (24.5%) (p = 1.42E–05, p_fdr = 0.999, OR = 1.67, CI95% 1.33–2.1). Показатель отношения шансов для аллеля rs946936*C составил 0.6 (CI95% 0.48–0.75) (табл. 2).

 

Таблица 2. Распределение частот генотипов и аллелей полиморфных вариантов в выборках больных параноидной шизофренией и в контрольных группах у русских

Генотип, аллель	Больные		Контроль		p	pfdr	OR (CI95%)
	ni	pi ± sp CI (%)	ni	pi ± sp CI (%)
rs946936
A/A	38	11.88 ± 1.81 8.54–15.93	26	6.47 ± 1.23 4.27–9.33	0.011	0.999	OR = 1.95 (1.16–3.29)
A/C	149	46.56 ± 2.79 41–52.19	145	36.07 ± 2.4 31.37–40.98	4.4E–03	0.999	OR = 1.54 (1.14–2.08)
C/C	133	41.56 ± 2.75 36.11–47.18	231	57.46 ± 2.47 52.47–62.35	2.2E–05	0.999	OR = 0.53 (0.39–0.71)
A	225	35.16 ± 1.89 31.45–39	197	24.5 ± 1.52 21.57–27.63	1.42E–05	0.999	OR = 1.67 (1.33–2.1)
C	415	64.84 ± 1.89 61–68.55	607	75.5 ± 1.52 72.37–78.43	1.42E–05	0.999	OR = 0.6 (0.48–0.75)
rs2853522
A/A	41	12.81 ± 1.87 9.35–16.98	31	7.73 ± 1.33 5.31–10.79	0.024	0.999	OR = 1.75 (1.07–2.86)
A/C	155	48.44 ± 2.79 42.84–54.06	155	38.65 ± 2.43 33.86–43.61	8.4E–03	0.999	OR = 1.49 (1.11–2.01)
C/C	124	38.75 ± 2.72 33.38–44.33	215	53.62 ± 2.49 48.6–58.58	7.1E–05	0.999	OR = 0.55 (0.41–0.74)
A	237	37.03 ± 1.91 33.28–40.9	217	27.06 ± 1.57 24.01–30.27	6.11E–05	0.999	OR = 1.59 (1.27–1.99)
C	403	62.97 ± 1.91 59.1–66.72	585	72.94 ± 1.57 69.73–75.99	6.11E–05	0.999	OR = 0.63 (0.5–0.79)
rs4351629
G/G	35	10.94 ± 1.74 7.74–14.88	26	6.47 ± 1.23 4.27–9.33	0.032	0.999	OR = 1.78 (1.05–3.02)
G/T	145	45.31 ± 2.78 39.77–50.94	140	34.82 ± 2.38 30.17–39.71	4.2E–03	0.999	OR = 1.55 (1.15–2.09)
T/T	140	43.75 ± 2.77 38.24–49.38	236	58.71 ± 2.46 53.72–63.56	6.4E–05	0.999	OR = 0.55 (0.41–0.74)
G	215	33.59 ± 1.87 29.94–37.4	192	23.88 ± 1.5 20.97–26.98	6.67E–05	0.999	OR = 1.61 (1.28–2.03)
T	425	66.41 ± 1.87 62.6–70.06	612	76.12 ± 1.5 73.02–79.03	6.67E–05	0.999	OR = 0.62 (0.49–0.78)

 

Выраженная ассоциация с развитием параноидной шизофрении также была установлена с однонуклеотидными полиморфными локусами rs2853522 и rs4351629, расположенными в хромосомной области 1q43 (табл. 1). У больных параноидной шизофренией частота гомозиготного генотипа rs2853522*A/A (12.81%) была значительно выше таковой в контрольной группе (7.73%) (p = 0.024, OR = 1.75, CI95% 1.04–2.97). Частота гетерозиготного генотипа rs2853522*A/С (48.44%) у больных ПШ была также выше, чем у здоровых индивидов (38.65%) (p = 8.4E-03, OR = 1.49, CI95% 1.11–2.01). Генотип rs2853522*C/C чаще встречался в контрольной группе индивидов – в 53.62%, чем у больных ПШ (38.75%) (p = 7,1E–05; OR = 0,55 CI95% 0.40–0.75). При введении поправки FDR-BH, уровни значимости оказались статистически не значимыми: rs2853522*A/A p_fdr = 0.999, rs2853522*A/С p_fdr = 0.999, rs2853522*C/C p_fdr = 0.999 (табл. 2).

Частота аллеля rs2853522*A у больных ПШ (37.03%) превышала его частоту в контрольной группе, где составила 27.06% (p = 6.11E–05, p_fdr = 0.999, OR = 1.59, CI95% 1.27–1.99). Частота аллеля rs2853522*C в группе здоровых индивидов была значительно выше (72.94%), чем у больных ПШ (62.97%) (p_fdr = 6.11E–05, OR = 0.63, CI95% 0.5–0.79) (табл. 2).

Анализ распределения частот генотипов и аллелей полиморфного локуса rs4351629 показал, что генотипы rs4351629*G/G и rs4351629*G/T у больных ПШ встречаются чаще (10.94 и 45.31%), чем у здоровых индивидов (6.47 и 34.83%): для генотипа rs4351629*G/G – p = 0.032, OR = 1.78, CI95% 1.05–3.02; генотипа rs4351629*G/T – p = 4.2E-03, OR = 1.15, CI95% 1.13–2.12. Генотип rs4351629*T/T у больных определялся с частотой 43.75%, а в контрольной группе – с частотой 58.71% (p = 6.4E–05, OR = 0.55, CI95% 0.40–0.74). При введении поправки FDR-BH уровень значимости стал статистически не значимыми (rs4351629*G/G p_fdr = 0.999, rs4351629*G/T p_fdr = 0.999, rs4351629*T/T p_fdr = 0.999).

Аллели rs4351629*G и rs4351629*T у больных встречаются в 33.59 и 66.41% случаев соответственно по сравнению с 23.88 и 76.12% у здоровых индивидов. Показатель отношения шансов для аллеля rs4351629*G составил 1.61 (CI95% 1.28–2.03), p = 6.67E-05; для аллеля rs4351629*T – 0.62 (CI95% 0.49–0.78). Поправка на множественное сравнение показала отсутствие статистически значимых различий (rs4351629*G p_fdr = 0.999, rs4351629*T p_fdr = 0.999) (табл. 2).

В некоторых исследованиях сообщалось, что полиморфный вариант rs1805087 (A2756G) гена MTR приводил к увеличению концентрации ГЦ y носителей аллеля MTR*A. Так, была установлена ассоциация функционального полиморфного локуса rs1805087 (A2756G) гена MTR с шизофренией [9, 10], депрессивными расстройствами у индусов [11], а также с синдромом Дауна в восточно-индийской популяции [12]. В ходе настоящего исследования ассоциации данным ОНП с шизофренией у русских не обнаружено (табл. 2).

В результате целого ряда исследований была установлена ассоциация ОНП генов, локализованных в хромосомной области 1q43 с шизофренией, другими психическими и нейродегенеративными заболеваниями [14–17]. В исследовании, проведенном у норвежцев и исландцев, ни один из ОНП не достиг полногеномного уровня значимости, однако был выявлен ряд полиморфных локусов с достаточно высоким уровнем значимости, в том числе показана ассоциация ОНП rs6679053 гена фосфолипазы D5 – PLD5 (1q43) – с развитием шизофрении [13]. Исследование GWAS М. Hamshere с соавт. с использованием выборки CLOZUK [14], состоящей из больных шизофренией, принимающих клозапин, была установлена ассоциация трех полиморфных локусов с развитием шизофрении, один из которых – rs6703335 гена серологически определяемого антиген рака толстой кишки 8 – SDCCAG8 1q43. Известно, что кодируемый данным геном белок может быть вовлечен в организацию центросомы во время интерфазы и митоза. Мутации в этом гене связаны с нефро-ретинальным синдромом p = 4.22E–08 [14]. Последующее GWAS также выявило ассоциацию хромосомной области 1q43 (rs6703335 SDCCAG8) с развитием шизофрении в европейских популяциях [15]. Полногеномный анализ ассоциации с риском развития шизофрении у 2111 больных и 2535 индивидов, шведов по этнической принадлежности, выявил ассоциацию гена регулирующего сигнальную активность G-белка RGS7 1q43 (rs984402, p = 3.43E–07, OR = 0.79) с полногеномным уровнем значимости [16]. Кроме того, по данным ряда полногеномных исследований хромосомная область 1q43 сцеплена с рассеянным склерозом – нейродегенеративным заболеванием, характеризующимся нарушением процессов миелинизации в ЦНС [17].

Таким образом, проведенный в настоящем исследовании полногеномный анализ показал отсутствие ассоциации параноидной шизофрении у русских с ОНП rs946936, расположенного в области 1q43, в непосредственной близости к гену MTR. В то время как многие литературные данные показали ассоциацию хромосомной области 1q43 с развитием шизофрении в различных популяциях, результаты настоящей работы можно объяснить как недосточной численностью выборки для подобного рода исследований, так и межпопуляционными различиями 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 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, а также за участие в проекте. Особая благодарность директору ИБГ УФИЦ РАН проф. Э.К. Хуснутдиновой за научное консультирование.

Авторлар туралы

A. Gareeva

Institute of Biochemistry and Genetics, Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences; Kemerovo State University of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation; Russian Medical Academy of Continuous Professional Education of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: annagareeva@yandex.ru
Ресей, Ufa; Kemerovo; Moscow

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар