Доказ за улогу варијанти гена епхк2 у анорексији нервозе | молекуларна психијатрија

Доказ за улогу варијанти гена епхк2 у анорексији нервозе | молекуларна психијатрија

Anonim

Субјекти

  • Генетика болести
  • Генетска варијација
  • Психијатријски поремећаји

Апстрактан

Анорекиа нервоса (АН) и сродни поремећаји храњења су сложени, мултифакторски неуропсихијатријски услови са вероватно ретким и уобичајеним генетским и околишним детерминантама. Да бисмо идентификовали генетичке варијанте повезане са АН, спровели смо серију студија секвенцирања и генотипизације усредсређених на кодирајуће регије и низводно секвенцу 152 кандидатских гена у укупно 1205 случајева АН и 1948 контрола. Идентификовали смо појединачне варијанте асоцијација на ген Естроген Рецептор-ß ( ЕСР2 ), као и скуп ретких и уобичајених варијанти гена Епоксид Хидроласе 2 ( ЕПХКС2 ), у почетном истраживању секвенцирања 261 тешког случаја раног почетка и 73 контроле ( П = 0, 0004). Асоцијација ЕПХКС2 варијанти је даље разграничена у: (1) студији репликације засноване на удруживању која укључује додатних 500 АН пацијената и 500 контрола (сет репликације П = 0, 00000016); (2) једно-локус студије у кохорти од 386 претходно генотипизованих широко дефинисаних случајева АН и 295 контрола женске популације из Богалусове студије срца (БХС) и кохорте од 58 појединаца са само-пријављеним поремећајима исхране и 851 контролом (комбиновани најмањи појединачни локус П <0, 01). Како се зна да ЕПХКС2 утиче на метаболизам холестерола, а АН је често повезан са повишеним нивоом холестерола, такође смо истражили повезаност ЕПХКС2 варијанти и уздужни индекс телесне масе (БМИ) и холестерола код БХС жена и мушкараца ( Н = 229) и открили доказ за модификовање дејства подскупине варијанти на однос између холестерола и БМИ ( П <0, 01). Ови налази сугерирају ново повезивање варијанти гена унутар ЕПХКС2 на подложност АН и пружају основу за будуће проучавање овог важног, али слабо разумљивог стања.

Увод

Показало се да је мноштво околишних, бихевиоралних и генетских фактора повезано са анорексијом нервозе (АН) и предиспозицијом АН. 1, 2 Међутим, иако се показало да су АН и његови психолошки корелати прилично наследни (на пример, 46–78%; 3, 4, 5, 6 ) и да имају веома висок ризик од рецидива браће (∼ 10 пута; 7, 8 ) потрага за генима и генима за заједничке варијанте појединачних нуклеотида (СНВс) и варијанте броја копија (ЦНВ) које утичу на подложност АН нису довели до статистички увјерљивих и поновљивих налаза до датума 9, 10, 11, осим евентуално у случају опоравка АН. 12

Истраживању фокусираном на откривање гена и генетских варијанти повезаних са уобичајеним неуропсихијатријским стањима, увелико је помогао брзи развој генетских технологија, укључујући ефикасно генотипизирање високог пропусног опсега, детекцију ЦНВ-а и секвенционирање нове генерације. На пример, недавне примене високопропусних генетских тестова откриле су недвосмислене асоцијације које укључују ретке ЦНВ са аутизмом и сродним поремећајима у развоју 13, 14 као и шизофренијом. 15, 16, 17, 18 Међутим, ниједна генетичка студија других уобичајених неуропсихијатријских стања није утврдила јаку повезаност било са чешћим ЦНВ-ом или другим обилнијим облицима генетске варијације, као што су СНВ-ови и мале варијанте убацивања-брисања (индекси). Ово се може приписати већем броју фактора, укључујући следеће: (1) чињеница да су неуропсихијатријске болести олигогене или полигене по природи, што отежава идентификацију сваке варијанте која доприноси обољењима анализама са једним локусом; (2) на сложене болести као што је АН могу утицати колекције ретких СНВ-ова и индекса - поред уобичајених ефеката варијанте - које је тешко открити без великих величина узорка, следеће генерације секвенционирања технологија и софистициране аналитичке стратегије података; и (3) у недостатку дубоког фенотипизовања, широка АН дијагноза може да укључује веома хетероген скуп пацијената са јединственим генетским профилима, збуњујући детекцију било ког једног гена или сета гена. У светлу ових питања, идентификација група ретких варијанти које колективно доприносе АН које могу утицати на различите физиолошке путеве или механизме захтеваће тако добро окарактерисане и -фенотипиране пацијенте, велике величине узорка, софистициране стратегије секвенцирања ДНК или све ове. .

Искористили смо вишестепену стратегију секвенцирања великих размјера испитивајући кодирајуће регије и сусједне секвенце 152 кандидатских гена за које се претпоставља да су укључени у понашање понашања у храни, допаминску функцију, ГАБА и сигнализацију серотонина, као и претходно идентификоване ген-генде и регионе из генома широм студије удруживања, укључујући ОПРД1 , ЦХД9 и ЕПХКС2 (епоксид хидролиза 2), 9, 12, 19, 20 како би се идентификовале генетске варијанте које доприносе АН-у. Извршили смо секвенцирање на почетној кохорти Дисцовери (261 случај АН; 73 контроле) и кохортима репликације заснованим на ДНК (500 АН случајева и 500 контрола) како бисмо идентификовали асоцијације које укључују и појединачне СНВ-ове и индексе, као и колекције ретки СНВ и индекси, који су повезани са АН. На овај начин смо покушали да идентификујемо варијанте које није могуће открити помоћу тренутне стратегије истраживања везане за геном (ГВАС) која се фокусира на одабрани број уобичајених СНВ-ова који објашњавају неке од наследних компоненти АН и неуропсихијатријских поремећаја у Генерал. 21, 22, 23 Даље смо реплицирали подскуп повезаних варијанти које су произашле из две студије секвенцирања у додатном скупу претходно генотиписаних АН и случајева поремећаја у исхрани (ЕД) ( Н = 444) и контрола ( Н = 1146) користећи импутацију- засноване методе. Најзад, процијенили смо утицај ових варијанти на уздужни индекс телесне масе (БМИ) и холестерол профиле учесника у Богалуса Хеарт Студи (БХС), 24 тестираним на повезаност између ЕПХКС2 варијанти и релевантних психометријских променљивих, и размотрили профиле експресије придружени гени у људском мозгу путем Аллен Браин Атласа. 25, 26

Резултати

Почетне карактеристике узорка

Величине узорака за сваку фазу анализе података приказане су у Табели 1, а Додатна Табела 1 даље пружа информације о фенотипским и клиничким карактеристикама ових појединаца. Као што се очекивало, случајеви откривања и репликације АН значајно се разликују од контрола у односу на тренутни и претходни БМИ, ниво анксиозности и друге мере психолошког здравља (допунска табела 1).

Табела пуне величине

Одређивање рода

Мултидимензионална анализа скалирања са појединцима познатих предака коришћена је за процену хомогености нашег почетног узорка на основу података о генотипу (види Материјали и методе). Додатна слика 1 приказује резултате вишедимензионалног скалирања, након што је искључио једног појединца АН који је показао доказе о примени и указује да је коначни узорак случаја АН и контролних субјеката за групу студија проучавања секвенцирања у фази открића, што сугерише да постоје мали је потенцијал да стратификација становништва и хетерогеност генетске позадине утичу на анализе асоцијације.

Почетни редослед резултата анализе асоцијације

Након контроле квалитета (види Материјали и методе), остало је 7358 СНВ-а и 763 индекса за даљу анализу. Обавили смо анализу асоцијације засноване на једном локусу користећи тест логистичке регресије имплементиран у софтверски пакет за генетичку анализу ПЛИНК. 43 Ниједна варијанта није достигла значај за геном ( П <10 -8 ). Две варијанте са најнижим вредностима П боравиле су у бета-гену рецептора за естроген ( ЕСР2 ; 7, 1 × 10 −4 ) и претходно су примећене и пријављене у бази података о нуклеотидном полиморфизму 41 (као рс1256066 и рс944050). Такође смо извршили анализе урушене сет варијанте користећи методе регресије гребена како је описано у одељку Материјали и методе. 44, 45 Укупно 2380 срушених варијанти скупа тестирано је због повезивања. Допунска табела 2 даје рангирану листу (према П- вредности из грегреске регресијске анализе) горњих срушених скупова варијанти који спадају у циљане области егзона, најближи ген и природу урушавања која се користе за дефинисање скупа (то је, све варијанте унутар циљаног егзона, предвиђене функционалне варијанте унутар региона, предвиђене функционалне варијанте унутар генске категорије и тако даље). Горња два сета састојала су се од 35 варијанти у ИТПР3 и 14 варијанти у ЕПХКС2 .

Резултати анализе репликације на основу спајања

Све варијанте које су произашле из истраживања секвенцирања засноване на удруживању подвргнуте су тестовима разлика у фреквенцији алелних фреквенција алела и контролним базенима заснованим на једном локусу (види Материјали и методе). Од високо рангираних сетова из анализе открића у фази испитивања, само је један низ варијанти гена ЕПХКС2 значајно повезан у студији репликације засноване на удруживању и тако предложио репликацију. Осам од 14 варијанти које су првобитно примећене у сету гена ЕПХКС2 (цхр8: 27456902–27458639) у фази откривања идентификовано је у истом сету у фази репликације и означено је звездицом (*) у табели 2. Ступци са ознаком „ Базени у Табели 3 дају фреквенције за варијанте гена ЕПХКС2 унутар реплицираног скупа у здруженој репликацијској кохорти. Пронашли смо и доказе за додатну репликацију гена ЕСР2 у другим кохортама претходно проучених (ГВАС) случајева АН и само-пријављених (СГХИ) ЕД жена, у складу са претходним доказима о улози естрогена у АН 49, 50 и претходно повезивање са овим геном. 20 Имајте на уму да су скупови варијанти идентификовани у почетном секвенцирању тестирани на повезаност у истраживању репликације засноване на обједињавању користећи комбиноване процене фреквенције варијанти које дефинирају скупове. Поред тога, приликом извођења ових тестова, за формирање скупа коришћене су само варијанте које су биле присутне у подацима о секвенцирању репликација (на пример, неке варијанте идентификоване у почетној студији секвенцирања - посебно нове варијанте - нису идентификоване у студији секвенцирања репликације) . Из Додатне табеле 2 види се да скуп варијанти гена ЕПХКС2 показује повезаност како у почетном (14 варијантних скупова; регресија гребена П = 0, 0004) тако и у репликацији (8 варијантних скупова; Фисхер-ов тачан тест прилагодио је П- вредност након контрола вишеструких поређења путем 10 000 пермутација = 0, 0062) студија секвенцирања. Варијанте гена ЕПХКС2 у сету укључују варијанте кодирања и некодирања са варијантама које су реплицирале пребивајући превасходно у блоку неравнотеже везе који покрива последња три егзона гена, укључујући део 3'-нетрансловане регије (УТР) (Табела 2).

Табела пуне величине

Табела пуне величине

Једно-локусна репликација заснована на импутацији

Да бисмо додатно тестирали повезаност између АН и ЕСР2 и ЕПХКС2 варијанти гена, импутирали смо подскуп ЕПХКС2 и ЕСР2 варијанти које су повезане са претходним фазама анализе у кохортама АН ГВАС, БХС и СГХИ (види Материјали и методе). Било је доказа о повезаности са статусом АН на нивоу једног локуса комбинованом анализом, како је приказано у Табели 3. Да бисмо даље карактерисали утицај повезаних варијанти гена ЕПХКС2 , истраживали смо повезаност са овим варијантама са мерама депресије и анксиозности сакупљени на откривеним АН случајевима ( Н = 261) (види допунску табелу 3). Табела 4 даје резултате ових анализа и сугерише да ове варијанте могу показати повезаност са АН-релевантним психометријским особинама анксиозности траитиса (ТА) и депресије (БДИ). Занимљиво је да смо приметили повезаност не само између варијанти у ЕПХКС2 и БДИ и ТА, већ и значајне интеракције између ЕПХКС2 варијанти гена и БМИ и БДИ резултата. Као што је приказано на Додатној слици 4, жене са АН које носе АН-повезане ЕПХКС2 варијанте (рс1126452, рс1042032 и рс1042064) показују повећане резултате депресије БДИ са смањењем БМИ. Ниједан БМИ × СНП модел интеракције за ТА није био значајан, па су тако пријављени само главни ефекти.

Табела пуне величине

Лонгитудиналне анализе

С обзиром да се зна да ген ЕПХКС2 утиче на функцију холестерола (о чему се детаљније расправља у Дискусији), размотрили смо утицај подскупа повезаних варијанти који се могу уградити у БХС скуп података на уздужне нивое БМИ и холестерола. Пронашли смо доказе да је једна варијанта гена ЕПХКС2 , рс2291635, утицала на однос између дебљања (тј. Пораста БМИ током времена) и мера профила холестерола (укупног холестерола, триглицерида, липопротеина холестерола високе густине и липопротеина ниске густине холестерола) заснованог на моделу интеракције (види Материјали и методе и Табелу 5) између женских (Слика 2) и, што је занимљиво, мушких субјеката из БХС студије. Ниједна друга варијанта гена ЕПХКС2 није показала значајну повезаност са профилима холестерола.

Табела пуне величине

Image

Скица скартера која приказује однос између уздужних путања БМИ према лонгитудиналним путањама укупног холестерола у функцији генотипа рс2291635 за женске особе Богалуса. Боје у црвеној боји представљају уобичајени генотип хомотигота, а оне у плавој боји хетерозиготе. Ријетка хомозигота је изостављена.

Слика пуне величине

  • Преузмите ПоверПоинт слајд

Анализа гена-експресије

С обзиром на то да је ЕПХКС2 првенствено био умешан у метаболизам холестерола са документованом експресијом у ткивима као што су јетра и бубрег, 51, обавили смо пост-хоц истраживање експресије гена ЕПХКС2 користећи јавно доступне податке из недавне мета-анализе Лианг-а и колега (2013) 52 и Алленов атлас мозга (види Материјали и методе). Подаци из недавног истраживања 14 177 квантитативних лоција израза (еКТЛ) којима се приступа на ввв.хспх.харвард.еду/лиминг-лианг/софтваре/ектл/ откривају да један од поновљених СНП-а из наше студије, рс4149259, делује као еКТЛ за експресију гена ЕПХКС2 ( П = 5.17Е-20). Значајни обрасци експресије гена ЕПКСХ2 идентификовани из Аллен Атласа мозга наведени су у Додатној Табели 4 и указују на то да је ген ЕПХКС2 изражен у неуронским ткивима важним за понашање у исхрани, анксиозност и друге појаве повезане са АН. Наиме, повишена експресија ЕПХКС2 која је примијећена у паравентрикуларном језгру (ПВН) таламуса занимљива је у свјетлу студија које повезују функцију ПВН-а са уносом хране и воде, 53 дебљања пацова 54 и реакцијом на стрес. 55 Поред тога, ненормална експресија у сексуално диморфним регијама као што су цорпус цаллосум и хипокампус такође може указивати на сексуално специфичан ефекат ЕПХКС2 у манифестацији АН. Најзад, примећени су високи нивои експресије ЕПХКС2 у субкаллозалном гирусу, који је умешан у депресију и функционално је повезан са таламусом и лимбичким системом. 56

Дискусија

На АН вероватно утичу сложене интеракције између генетских варијанти, околинских и социјалних фактора. Док су неке генетске варијанте које доприносе овим интеракцијама вероватно честе, резултати јединих досадашњих ГВАС анализа нису показали јаку повезаност између уобичајених варијанти и АН9, иако је била ограничена малом величином узорка. Стога смо искористили студије о секвенцирању ДНК у више фазном дизајну да бисмо идентификовали и реплицирали и уобичајене и ретке варијанте биолошки релевантних АН-гена кандидата који не би нужно били пронађени у заједничким варијантама заснованим кандидатним генима и ГВАС анализама. Наша почетна студија секвенцирања фокусирала се на добро окарактерисану групу од 261 раног почетка обољелих од АН-а (у просеку 14 година) и 73 контроле праћене спајањем заснованом на групирању која укључује много већи скуп ( н = 500) случајева АН и ( н = 500) контрола (средња вредност почетка 16 година). Тражили смо оба једносмерна удружења и срушили асоцијације базиране на реткој варијанти у почетној фази и фази репликације. Пронашли смо неке доказе да ЕСР2 може садржавати варијанте повезане са АН, што је занимљиво с обзиром на чињеницу да се АН примећује код женских субјеката у много већем степену него код мушкараца и с обзиром на његов типичан почетак у адолесценцији. 57 Овај налаз је такође у складу са претходним истраживањима која сугеришу да естрогенски и естрогени рецептори могу имати улогу у посредовању болести. 49, 58

Оно што је важно, пронашли смо још статистички убедљиве доказе за асоцијације засноване на скупу који укључују колекцију ретких варијанти гена ЕПХКС2 и успели смо да реплицирамо подскуп ових варијанти у додатним кохортама и контролама. ЕПХКС2 је уврштен у листу гена за циљано секвенцирање због његовог присуства у листи топ повезаних гена из прелиминарне ГВАС анализе. 9 Ипак, улога ЕПХКС2 у АН није била очигледна, па смо истражили потенцијалне везе између ЕПХКС2 функције и АН. ЕПХКС2 ген се експримира у васкуларним и неваскуларним неуралним ткивима од значаја за АН и познато је да утичу на функцију холестерола 51, 59 сугерирајући вишеструке потенцијалне улоге у етиологији или одржавању АН. Занимљиво је да је добро документовано да знатан део потхрањених појединаца са АН има висок серумски холестерол, 60 и да то може бити последица генетске варијације. 61 Заправо, пронађене су и варијанте гена ЕПХКС2 са укупним нивоом холестерола мереним на једној од наших репликацијских кохорти (БХС), као и коморбидним симптомима који су у АН уобичајени за велики део наших испитаника.

ЕПХКС2 ген кодира протеин растворљиве епоксид хидролазе (сЕХ), који се широко експримира у разним ткивима, укључујући јетру, плућа, бубреге, срце, мозак, надбубрежне кости, слезену, црева, мокраћни бешик, плаценту, кожу, млечно тело жлезде, тестиса, леукоцити, васкуларни ендотел и глатки мишић, али је најјаче изражен у јетри и бубрезима. 51, 62, 63 сЕХ катализује хидролизу епоксида у њихове одговарајуће диоле, лако метаболизује и засићене и незасићене епоксидне масне киселине и високо се чува са дефинисаним готово свим делујућим полиморфизмима. 51 Специфична активност сЕХ варира 500 пута у људској јетри, што сугерише широк спектар потенцијалних регулаторних механизама, 64 и транскрипција гена сЕХ могу такође бити индуковани полним хормонима и регулисани оси хипоталами-хипофиза-гонада. 51 Захваљујући сложеној хидролизи епоксидних еикосатриеноичних киселина (ЕЕТ) у диоле (ДХЕТ), сЕХ смањује број ЕЕТ-а спремних за ослобађање фосфолипазама и може зауставити биолошку активност ових липида. 62 Заједно утичу на регулацију упале, крвни притисак, метаболизам липида и угљених хидрата. 51

За ову студију су релевантне претходне студије на животињама које откривају динамичну промену активности сЕХ у одговору на исхрану. Мишеви који су храњени храном са високим удјелом масти с угљикохидратима (ХЦХФ) показују типичне посљедице метаболичког синдрома, између осталог повећане тјелесне тежине, абнормалности липида у плазми и липида. Код ових гојазних животиња активност сЕХ у јетри била је 18% већа од мишева који су храњени стандардном исхраном. 65 Међутим, када су штакори храњени ХЦХФ дијетом добијали сЕХ инхибитор, метаболичке, јетрене и кардиоваскуларне неправилности су ослабљене, што сугерише директну улогу сЕХ у етиологији дислипидемије као реакције на дијету. Такође је утврђено да је укупна активност сЕХ већа у масном ткиву штакора који су храњени ХЦХФ дијетом. 66 Ове студије, заједно са налазима ове студије, могу сугерисати улогу ЕПХКС2 и генског производа сЕХ у регулацији липида као одговор на дијету.

Запажање да пацијенти са АН често показују хиперхолестеролемију поред свог стања контратуктивно је, с обзиром на недовољну исхрану и малу телесну тежину погођених особа. Срећом, опоравак од анорексије готово увек доводи до опоравка од хиперхолестеролемије, чак и у веома тешким случајевима. 67 Хипотеза је да низак ниво холестерола може смањити активност серотонинских рецептора и транспортера и да значајно нижи ниво холестерола повезује са депресивним симптомима, импулзивним / самоштетним понашањем (резање и / или сагоревање) и самоубиственим мислима / покушајима у пацијенти са анорексијом 67 Штавише, нижи ниво холестерола је повезан са повећањем суицидности шире, укључујући идеју и покушаје, код пацијената са депресијом. 68 Из овог истраживања, претпостављено је да је међу депресивним пацијентима БМИ и укупни холестерол имао негативну корелацију, а код пацијената са вишим нивоом холестерола примећено је да су значајно мање депресивни, импулзивни и суицидни. Пронашли смо доказе да подгрупа варијанти гена ЕПХКС2 повезана са АН такође утиче на однос између повећања БМИ и укупног холестерола. Ови подаци могу сугерисати улогу за варијанте гена ЕПХКС2 у посредовању физиолошких промена повезаних са АН, у складу са претходним студијама које показују повезаност између генетских варијанти у ЕПХКС2 и повезаност са липидним профилима и кардиоваскуларним болестима. 69, 70

Запажена повезаност између АН и варијанти у ЕПХКС2 је посебно интересантна с обзиром на образац експресије гена ЕПХКС2 примећен у мозгу. Подаци из Аллен Браин Атласа указују на обогаћивање ЕПХКС2 у ткивима повезаним са понашањем храњења, депресијом и реакцијом на стрес, укључујући паравентрикуларно језгро и субкалозални гирус. Иако је наше истраживање експресије гена ЕПХКС2 у мозгу у овој студији било истраживачко, будуће студије које користе функционално или структурно снимање мозга могу разјаснити неуронске корелате генетских варијанти ЕПХКС2 и допринети фенотиповима повезаним са АН. На пример, претходне генетичке студије о неуровизирању идентификовале су повезаност између генетских варијанти у транспортеру серотонина, анксиозности и неуронским ткивима од значаја као што су амигдала и цингулат, 71 и корелирани обрасци експресије гена ЦНТНАП2 у мозгу са фронтостриаталном функционалном везом повезаних са варијантама ЦНТНАП2 ген. 72

Биће важно да се провери значај варијанти које смо идентификовали на више начина. 73 Прво, пресудна је примена варијанти које смо идентификовали у већим скуповима података. Друго, идентификовање додатних фенотипа на које могу да утичу варијанте за које смо открили да су повезани са АН помогло би у перспективи да се физиолошки и неуронски путеви ове генетске варијанте утичу на утицај на осетљивост на АН. На пример, било би занимљиво проценити повезаност између фенотипа повезаних са холестеролом и гена ЕПХКС2 у узорку појединаца са АН. Треће, било би важно проценити функционални значај варијанти како би се окарактерисали молекуларни путеви на које утичу, тачније да ли су повезане са нижом базалном сЕХ активношћу. Четврто, имиџинг генетичка испитивања која процењују могуће везе између ЕПХКС2 и структурних и функционалних мера можданих регија умешаних у АН могу пружити даљи увид у однос између овог гена и осетљивости на АН. Узето заједно, наша студија представља највеће проучавање секвенце АН до сада, и надамо се да ће оно поставити фазу за даљи рад на овој исцрпљујућој и по живот опасној болести.

Додатне информације

Датотеке слика

  1. 1.

    Допунска слика С1

  2. 2

    Допунска слика С2

  3. 3.

    Допунска слика С3

  4. 4.

    Допунска слика С4

Екцел датотеке

  1. 1.

    Допунске таблице

Ворд документи

  1. 1.

    Додатне таблице и легенде слика

    Додатне информације прате рад на веб локацији Молекуларна психијатрија (//ввв.натуре.цом/мп)