Поиск этноспецифических маркеров риска развития параноидной шизофрении у башкир по результатам полногеномного анализа ассоциации

Полный текст

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.

Об авторах

А. Э. Гареева

Институт биохимии и генетики Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Кемеровский государственный университет Минобранауки России; Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: annagareeva@yandex.ru
Россия, Уфа, 450054; Кемерово, 650000; Москва, 125993

Список литературы

Дополнительные файлы