Студија повезаности гена за Тоуреттов синдром | молекуларна психијатрија

Студија повезаности гена за Тоуреттов синдром | молекуларна психијатрија

Anonim

Субјекти

  • Генетска предиспозиција за болест
  • Студије удруживања широм генома
  • Неуроразвојни поремећаји

Апстрактан

Тоуретте-ов синдром (ТС) је поремећај у развоју који има једну од највећих породичних стопа рецидива међу неуропсихијатријским болестима са сложеним наследјем. Међутим, идентификација дефинитивних гена осетљивости на ТС остаје недостижна. Овде извештавамо о првом истраживању асоцијације на целокупни геном (ГВАС) ТС у 1285 случајева и 4964 контрола порекла европског порекла, укључујући два изолата становништва који потичу из Европе, Ашкенази Јевреји из Северне Америке и Израела и Француске Канађане из Квебека, Канада. У примарној мета-анализи података ГВАС-а из ових европских узорака предака, ниједан маркер није достигао праг значајности за геном ( П <5 × 10 -8 ); горњи сигнал пронађен је у рс7868992 на хромосому 9к32 унутар ЦОЛ27А1 ( П = 1, 85 × 10 -6 ). Секундарна анализа која укључује додатне 211 случајева и 285 контрола два уско повезана изолата становништва Латинске Америке из Централне долине Костарике и Антиоквије, Колумбија такође је идентификовала рс7868992 као горњи сигнал ( П = 3, 6 × 10 -7 за комбиновани узорак 1496 случајева и 5249 контрола након импутације са подацима о 1000 генома). Ова студија поставља темеље за евентуално идентификовање уобичајених варијанти осетљивости на ТС у већим кохортама и помаже у пружању потпунијег разумевања пуне генетске архитектуре овог поремећаја.

Увод

Тоуретте-ов синдром (ТС) је хронични неуропсихијатријски поремећај који се јавља у детињству и који се карактерише вишеструким моторичким тиковима и бар једним фоничним тиковима који трају више од 1 године. 1, 2 ТС има популацијску преваленцију од 0, 3 до 0, 8% и, као и многи неуроразвојни поремећаји, јавља се чешће код дечака, с омјером мушкараца и жена у распону између 3: 1 и 4: 1. 3, 4 Често је праћен широким спектром додатних психијатријских коморбидитета, посебно опсесивно-компулзивног поремећаја (ОЦД) и хиперактивности са недостатком пажње. 5 ТС узрокује знатан физички и психосоцијални морбидитет код деце и адолесцената и може произвести доживотну инвалидност у тешким случајевима. 6, 7

Студије близанаца и породица више пута су показале да је ТС врло наследан. 8 Сродници првог степена оболелих особа имају 5- до 15-пута повећан ризик од ТС у поређењу са општом популацијом, што представља један од највећих породичних ризика рецидива међу уобичајеним неуропсихијатријским болестима. 3, 9 Међутим, упркос овој великој фамилијарности, идентификација гена осетљивости на ТС била је изазовна. Анализе повезивања дале су недоследне резултате, мада је недавна студија која комбинује мултигенерацијске породице са погођеним брачним паровима идентификовала најмање један главни ТС локус на хромозому 2п. Такође је предложено 10 гена са више кандидата, иако ниједан није доследно реплициран. 8 Мутације у најјачим генима ТС кандидата ( СЛИТРК1 , ЦНТНАП2 и ХДЦ ) пронађене су само у појединачним породицама или малом броју јединки, што сугерише да, ако су заиста узрочници, они представљају само мали део случајева ТС. 11, 12, 13, 14, 15 Стога су потребне додатне стратегије проналаска гена. Овде извештавамо о првом испитивању повезаности генома ТС (ГВАС) у великој групи узорака општег европског порекла, као и о два европска изолата становништва, Ашкенази Јевреји из Сједињених Држава и Израела (АЈ) и француским Канађанима из Квебека, Канада (ФЦ), и два уско повезана изолата становништва Латинске Америке, Централне долине Костарике (ЦВЦР) и Антиоквије, Колумбија (АНТ).

Резултати

КЦ анализе у појединим субпопулацијама предака

Након филтрирања КЦ-а, 1285 случајева и 4964 контрола остало је у три слоја европског порекла (ЕУ, АЈ и ФЦ). Испитивање квантилно-квантних (КК) парцела и геномске контроле λ вредности појединачних анализа специфичних за субпопулацију није показало никакве постојаности резидуалне слојевитости или систематичне техничке артефакте (ЕУ, λ = 1.011; АЈ, λ = 0.993; ФЦ, λ = 0.971 ; Додатна слика С8а-ц). Латиноамерички слој становништва у изолацији (ЦВЦР / АНТ) показао је малу инфлацију средњег статистичког теста (λ = 1.044), што указује на неку преосталу стратификацију између узорака ЦВЦР и АНТ (допунска слика С6). Међутим, ниједан СНП у овој анализи специфичне за субпопулацију није имао екстремне П- вредности изван очекиване расподјеле нула (допунска слика С8д).

Примарна метаанализа података ГВАС-а из подпопулација које потичу из Европе

У примарној метаанализи узорака добијених из Европе, ниједан СНП није прешао значајан праг за геном који износи П <5, 0 × 10 −8 (Слика 1). Првих пет локуса независних од ЛД-а је наведено у табели 2; потпуна напомена за све СНП-ове са П <1 × 10 −3 дата су у Додатној табели С2. СНП са најјачим сигналом, рс7868992, лежи на хромозому 9к32 унутар интра ЦОЛ27А1 ( П = 1, 85 × 10 -6 ; допунска слика С9). Остала четири горња независна ГВАС сигнала укључују рс6539267, интрониц СНП унутар ПОЛР3Б на хромосому 12к23 ( П = 7 .41 × 10 -6 ; допунска слика С10); рс13063502, СНП који лежи у интергеној регији од 1, 7 Мб на хромозому 3к13 ( П = 8, 96 × 10 -6 ; допунска слика С11); рс7336083, који се налази на хромозому 13к31 унутар интергенског подручја од 1, 9 Мб између СЛИТРК6 и СЛИТРК1 (реф. 12) ( П = 9, 49 × 10 -6 ; допунска слика С12); и рс769111, интергени СНП на хромосому 7п21 између ТХСД7А и ТМЕМ106Б ( П = 1, 20 × 10 -5 ; допунска слика С13). Није било хетерогености величине ефекта између три подпопулације изведене из Европе за СНП рс7868992, рс6539267 и рс7336083 (допунске слике С9–13). рс13063592 и рс769111 показали су умерену хетерогеност ( И 2 = 45, 4, односно 64, 2%, респективно), мада је правац дејства био конзистентан у ЕУ, АЈ и ФЦ популацији.

Image

Резултати примарне метаанализе из три популације европског поријекла Тоуретте синдром (ТС). ( а ) Манхаттански план свих генотипизираних једно-нуклеотидних полиморфизама (СНП) за 1285 случајева ТС и 4964 контроле из ЕУ, АЈ и ФЦ популације. Сива линија означава праг значаја за геном 5 × 10 −8 . ( б ) Квантилно-квантилна грапа посматраних у односу на очекиване вредности −лог ( П ) из примарне метаанализе. Интервал поузданости од 95% је означен сивом бојом. Вредност геномске контроле λ је 0, 996. АЈ, Ашкенази Јевреји из Сједињених Држава и Израела; ЕУ, европско порекло, неизолатни случајеви из Северне Америке и Европе; ФЦ, француски Канађани из Квебека, Канада.

Слика пуне величине

  • Преузмите ПоверПоинт слајд

Табела пуне величине

Анализа латиноамеричких података ТС ГВАС и мета-анализа свих ТС узорака

У секундарној метаанализи која је комбиновала свих 1496 случајева ТС и 5249 контрола (европски узорци предака плус 211 случајева и 285 контрола из латиноамеричких ЦВЦР / АНТ узорака), најјача повезаност је поново пронађена у рс7868992 унутар ЦОЛ27А1 на 9к32 (комбиновани П = 2, 94. × 10−8 ; Додатна табела С5, додатне слике С9ц, С14). Испитивањем ЛД-резаног скупа горњих СНП-а из примарне метаанализе (412 СНП-а са П <1 × 10-3 ) утврђено је незнатно, али безначајно повећање броја СНП-а са истим смером дејства у ЦВЦР / АНТ анализа (223/412, П = 0, 052, једнострани тест биномног знака; Додатне табеле С2 и С3).

Анализа импутираних података

Импутација је изведена коришћењем 1000 Пројекта података генома 32 за идентификацију додатних подржаних СНП-а унутар горњих сигнала из сваке мета-анализе. КК-цртежи примарних и секундарних метаанализа које укључују импутиране податке показали су минималну инфлацију средњег статистичког теста (допунска слика С15). Ниједна импутирана СНП у ниједној метаанализи није премашила значајан праг генома од П <5 × 10 −8 . рс7868992 је остао на првом месту СНП-а, иако је његова П- вредност пала на 3, 61 × 10 -7 након импутације (допунска слика С9ц).

Анализе обогаћивања еКТЛ и мКТЛ

Како се чинило да су многи од топ сигнала у примарној метаанализи ( П <0, 001) лежали унутар или у близини познатих гена изражених у мозгу (Додатна табела С2), тражили смо функционалне доказе који би подржали уочене асоцијације процењујући ефекат ових СНП-ови на нивоима транскрипцијске експресије и метилације ДНК. Напоменули смо све ГВАС СНП-ове са еКТЛ информацијама које су претходно изведене из ЛЦЛ-а, можданог мозга одрасле особе и фронталног кортекса, као и мКТЛ информацијама из мозга одраслих (Додатна табела С2). Врх СНП-а независних од ЛД-а (412 СНП-а са П <0, 001) накнадно су тестирани на еКТЛ и мКТЛ обогаћивање. Ови горњи СНП-ови из примарне анализе номинално су обогаћени за еКТЛ у фронталном кортексу (емпиријско П- вредност = 0, 045) са трендом обогаћивања можданог црева ( П = 0, 077), али без обогаћивања у ЛЦЛ-овима ( П = 0, 712; Слике 2а-ц ). Највиши сигнали за асоцијацију такође су номинално обогаћени за мКТЛ церебеларне ( П = 0, 011; Слика 2д). Сличан тест за СНП који се налази у генским локусима није нашао обогаћивање ( П = 0, 258), иако су СНП-ови с погрешним критикама показали гранично обогаћивање ( П = 0, 098).

Image

Анализа обогаћивања функционалних једно-нуклеотидних полиморфизама (СНП) унутар горњих сигнала метаанализе примарног Тоуретте-овог синдрома (ТС). Испуњени кругови указују на уочени број изражених квантитативних локуса карактеристика (еКТЛ) или метилационих КТЛ (мКТЛ) међу горњим локусима ( П <1 × 10-3) у примарној европској мета-анализи након неједнакости везивања (ЛД) обрезивања. Емпиријске П- вредности означавају ранг броја посматраних броја еКТЛ (или мКТЛ) у односу на 1000 случајних скупова алелних СНП-ова подударних фреквенција изведених из читаве нулте дистрибуције СНП-а подређених ЛД-ом (шрафиране кутије). ( а ) еКТЛс ћелијске линије лимфобласта, П = 0.712; ( б ) церебеларни еКТЛ, П = 0, 077; ( ц ) еКТЛ фронталног кортекса, П = 0, 045; и ( д ) церебеларни мКТЛ, П = 0.011.

Слика пуне величине

  • Преузмите ПоверПоинт слајд

Испитивање раније пријављених гена ТС кандидата

Као додатну истраживачку анализу, испитали смо асоцијације СНП-а унутар 50 кб од 24 претходно пријављена кандидатска ТС гена (допунске табеле С6 и С7). Нисмо пронашли вишак нижих П вредности међу 2135 СНП унутар ових гена у поређењу са онима који се очекују испод нуле, што сугерише да ови кандидатски гени нису обогаћени за уобичајене СНП повезане са ТС (Допунска слика С16). Један сигнал у мета-анализи примарне Европе имао је номиналну П <1 × 10 −3 (рс10277969 унутар ЦНТНАП2 , П = 7, 8 × 10 -4 ), али овај локус није преживео Бонферронијеву корекцију за величину гена (266 ЛД- независни СНП-ови унутар ЦНТНАП2 , исправљени П = 0, 21).

Дискусија

Иако је тренутни узорак од 1496 случајева ТС и 5249 контрола највећи истраживани до сада, ниједан локус у нашој анализи није достигао широко прихваћени статистички праг за значај за геном за П  5 × 10 −8 (реф. 33, 34). Ово запажање није изненађујуће, имајући у виду да су студије ГВА за друге веома наслеђене неуропсихијатријске болести (на пример, аутизам, биполарни поремећај и шизофренија) захтевале величине узорка од 5000–10 000 случајева да би се идентификовали дефинитивни заједнички алели ризика са скромним величинама ефекта (коефицијенти квоте <1.3) (реф. 35). Међутим, маргинално обогаћивање функционалних варијанти мозга (еКТЛ и мКТЛ) унутар горњих локуса у примарној метаанализи (Слика 2) сугерише да су подскуп горњих сигнала у нашој анализи истинске асоцијације које могу допринети ризику ТС кроз ефекте на експресија и метилација гена. Конкретно, тренд обогаћивања еКТЛ фронталног кортекса у поређењу са еКТЛ у можданом и ЛЦЛ анатомско је у складу са хипотезом да ТС изазивају абнормалности у фронтостриаталном кругу. 36 Ипак, с обзиром на номинални значај ових резултата обогаћивања, потребне су додатне студије на већим узорцима прије доношења коначних закључака.

Најјачи сигнал у мета-анализи примарног европског рода, рс7868992, такође је био главни локус у секундарној метаанализи, који је укључио додатних 496 неевропских случајева и контрола из изолата становништва ЦВЦР и АНТ латиноамеричке популације (допунска слика С9 ). У овој комбинованој анализи, рс7868992 је у почетку постигао П- вредност 2, 94 × 10 -8, прелазећи праг по значају за геном. Међутим, након импутације, овај сигнал се смањио на П = 3, 61 × 10 -7, највероватније због уграђивања импутираних података из 148 европских случајева рода који су генотипирани на Иллумина 370К, а који директно не испитује рс7868992. Без обзира на то, рс7868992 је извео робусно на осталим Иллумина платформама коришћеним у овој студији на основу прегледа нормализованих графикона интензитета (допунска слика С9д) и стопе стопе усклађености у свим међу-платформским поређењима овог СНП-а у дупликатима ХапМап-а из базе података Иллумина ( Додатни материјали). Стога, рс7868992 остаје обећавајући кандидат, али не може се сматрати варијантом осетљивости на ТС ако није реплициран у независном узорку.

рс7868992 је смештен у унутрашњости ЦОЛ27А1 , гена колагена α КСКСВИИ колагена α. ЦОЛ27А1 је фибриларни колаген који се примарно изражава у хрскавици, мада се експримира у можданом цреву током многих фаза људског развоја. Иако су нефибриларни колагени умешани у разне неуроразвојне процесе (на пример, аксонско навођење и синаптогенеза), функција ЦОЛ27А1 у нервном систему у развоју је непозната. 39

Други горњи СНП у примарној анализи, рс6539267, смештен је на хромозому 12к23 унутар интрона ПОЛР3Б . Овај ген кодира другу највећу подјединицу РНА полимеразе ИИИ, која преписује еукариотске некодирајуће РНК укључујући трансферне РНК, мале рибосомалне РНА и микроРНА. 40 Рецесивне мутације у ПОЛР3Б узрокују хипомијелинизацијску леукодистрофију с тешким неуролошким фенотипом (кашњење у развоју, спастичност, дисартрија и атаксија), иако није било пријављених тикова. 41, 42 И секундарна метаанализа и импутирани подаци пружају додатну подршку овом локусу и проширују подручје ЛД на к 300 кб, укључујући суседне гене ЦКАП4 , ТЦП11Л2 и РФКС4 (Додатна табела С5 и Допунска слика С10).

Остала три горња локуса у примарној анализи налазе се у великим интергеним регионима. рс13063502 на 3к13.1 лежи између некодирајуће комплементарне ДНК ФЉ25363 и ПВРЛ3 , која има 1, 5 Мб теломерног до рс13063502 и изражава се првенствено у плаценти и тестисима. 43 рс769111 на 7п21.3 налази се између ТХСД7А , гена који се експресионира готово искључиво у развоју ендотелних ћелија, 44 и ТМЕМ106Б , гена који је недавно повезан са фронтотемпоралном деменцијом са укључењима ТДП-43, чија примарна функција у мозгу остаје да се разјасни. 45 Коначно, рс7336083 се налази у интергеној регији од 1, 9 Мб између СЛИТРК1 и СЛИТРК6 на хромозому 13к31. Иако је СЛИТРК1 априорни кандидат за осјетљивост на ТС заснован на претходној идентификацији и ретких функционалних варијанти 12 и уобичајених хаплотипова 46 код ТС пацијената, функционална белешка указује да је рс7336083 церебеларни еКТЛ од СЛИТРК6 . Анализа гена кандидата за све генотипизиране СНП унутар 50 кб СЛИТРК1 није утврдила номинално придружене СНП (додатна табела С9), укључујући два СНП-а која су недавно изјављена да су повезана са ТС у засебном узорку 47 рода (рс9593835 и рс9546538; П = 0, 52 и П = 0, 98, у овој студији). Треба напоменути да су се сигнали асоцијације у рс7336083 и рс13063502 смањили у секундарној метаанализи (допунске слике С11 и С12 и додатна табела С3). Остаје да се утврди да ли су ови смањени сигнали индикативни за лажно позитивне асоцијације, случајне флуктуације сигнала или генетску хетерогеност између европских узорака предака и латиноамеричких ЦВЦР / АНТ узорака коришћених у секундарној анализи.

Ова студија има неколико потенцијалних ограничења. Употреба раније подијељених генотипова на различитим платформама Иллумина ствара могућност систематске техничке пристраности. Да бисмо се позабавили овом проблематиком, користили смо строге, итеративне појединачне КЦ процедуре платформе, тестове усаглашености преко платформе помоћу узорака дупликата и додатна опсежна тестирања за диференцијалне недостајуће податке између платформи. Такође смо искључили СНП-ове за које се зна да раде различито на Иллумина платформама, а који могу изазвати лажне резултате ако нису препознати (Н Цок, лична комуникација). 48 Минимална инфлација средњег статистичког теста у примарној метаанализи (λ ГЦ = 0, 996), као и номинално обогаћивање горњих сигнала за СНП са познатим функционалним значајем у мозгу, тврди да су ти напори ефикасно ублажили ову потенцијалну збрку .

Друго, постојала је резидуална стратификација становништва између случајева ТС из ЦВЦР-а и контролних узорака из АНТ-а. Иако се у почетку мислило да потичу од уобичајених оснивача, 22 недавна истраживања указују да ове популације имају незнатне разлике у поријеклом Индијанца (А Руиз-Линарес и НБ Фреимер, лична комуникација). Иако је резултирајући λ ГЦ од 1, 04 у анализи субпопулације ЦВЦР / АНТ релативно мали и стога вероватно неће увести значајну пристраност у метаанализу, одлучили смо да те неевропске узорке резервишемо за секундарну анализу како би пружили поткрепљујуће доказе за појединачни лоци за осјетљивост кандидата. Иако нисмо пронашли значајне доказе за конзистентан правац ефекта између горњих сигнала у метаанализи примарне европске претпоставке и оних у анализи субпопулације ЦВЦР / АНТ, важно је напоменути да су узорци ЦВЦР / АНТ узорка популације са значајним удјелом неевропског поријекла, 49 и стога не представљају прави узорак репликације за мета-анализу европског поријекла.

Укратко, ова студија представља први ГВАС ТС. Упркос недостатку значајних локуса за геном, студија пружа важан темељ за будуће напоре на репликацији и поставља темеље за евентуално идентификовање дефинитивних уобичајених варијанти подложности ТС-у. Подаци такође доприносе још увек растућем разумевању основне генетске архитектуре ТС, која вероватно укључује генетску варијацију у читавом спектру алелних фреквенција. 13, 47, 50, 51, 52 Наши резултати такође су паралелни онима других уобичајених неуропсихијатријских поремећаја, за које су повећане величине узорка створиле значајне налазе и за уобичајене и за ретке варијанте који заједно дају кључни увид у претходно непознате механизме болести. 53, 54, 55 Коначно, тренутни подаци ће олакшати испитивање предложених генетских односа између ТС и његових уобичајених ко-стања, ОЦД и хиперактивности поремећаја пажње, 8 као и оних из додатних психијатријских поремећаја, 35 са циљем идентификовања биолошких путева које деле ова уобичајена неуроразвојна стања.

Додатне информације

ПДФ датотеке

  1. 1.

    Додатне информације

Екцел датотеке

  1. 1.

    Додатни речник података за таблице С2-С4

  2. 2

    Додатна табела С2

  3. 3.

    Додатна табела С3

  4. 4.

    Додатна табела С4

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