Novel Genetic Risk Marker for Paranoid Schizophrenia in the Chromosomal Region 9q21.13 in Tatars: A Genome-Wide Association Analysis

Full Text

Шизофрения – тяжелое и хроническое психическое расстройство, распространенность в течение жизни составляет около 1%. Заболевание характеризуется наличием бреда, галлюцинаций, отсутствием мотивации, алогией, и когнитивными нарушениями [1]. Близнецовые исследования показали, что коэффициент наследуемости шизофрения составляет примерно 79–81% [1].

Полногеномные ассоциативные исследования (GWAS) привели к значительным успехам в выявлении полиморфных локусов риска и анализа генетической архитектуры шизофрении [1]. Так, например Консорциум по психиатрической генетике PGC и другие исследовательские группы за последнее десятилетие провели крупномасштабные GWAS-исследования и идентифицировали множество однонуклеотидных полиморфных вариантов (ОНП), ассоциированных с шизофренией [2–5]. Кроме того, М. Lam с соавт. провели метаанализ с участием 56418 больных шизофренией и 78818 здоровых индивидов, объединив результаты исследований на европейских и восточноазиатских популяциях и выявили 176 генетических маркеров риска шизофрении [4].

С целью выявления этноспецифических генетических факторов риска развития параноидной шизофрении нами проведен полногеномный анализ ассоциации у татар из Республики Башкортостан. Объект исследования – 357 пациентов (184 мужчины, 173 женщины) татарской этнической принадлежности с диагнозом параноидная шизофрения (ПШ) F20.xx – 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. Контрольная группа состояла из 383 здоровых индивидов той же 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 IlluminaHuman 610-QuadPsychChip, включавшее 610000 ОНП. GWAS-анализ данных полиморфных вариантов выполнен с помощью пакета программ PLINK 2.0 [6]. Подробное описание полногеномного ассоциативного анализа было опубликовано ранее [7]. Для снижения ошибки первого рода была применена поправка FDR-BH (FalseDiscoveryRateBengamini-Hochberg) на число множественных сравнений [8].

Полногеномный анализ ассоциаций, выполненный у индивидов татарской этнической принадлежности, выявил наиболее выраженные различия между больными ПШ и контрольной группой по полиморфным локусам, локализованным в области 9q21.12 (рис. 1). Самая высокая ассоциация ПШ наблюдается с ОНП rs12376586 (p = 1.89E–07) (табл. 1).

 

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

 

Таблица 1. Однонуклеотидные полиморфные варианты, локализованные в области 9q21.12 и ассоциированные с параноидной шизофренией у татар

Ген	№ rs	ОНП	Аллель 1	Частота аллеля 1, больные, %	Частота аллеля 1, контроль, %	Аллель 2	p	pfdr	OR
–	rs12376586	g.72648582A>G	G	0.359	0.496	A	1.89E-07	0.005	0.569
–	rs11141100	g.72591525A>G	G	0.350	0.469	A	6.72E-06	0.158	0.6178
–	rs4446788	g.72637119C>A	C	0.519	0.424	A	0.000238	0.909	1.482
–	rs1565691	g.72609532T>C	T	0.461	0.368	C	3.75E-04	0.925	1.459
-	rs7032845	g.72562231G>A	A	0.379	0.465	G	1.18E-03	0.925	0.711
MAMDC2	rs4744982	g.72749590G>A	G	0.221	0.157	A	1.56E-03	0.925	1.545
MAMDC2	rs10780851	g.72766144C>T	C	0.254	0.189	T	2.21E-03	0.925	1.489
–	rs10868358	g.72611680G>T	G	0.251	0.187	T	2.79E-03	0.932	1.47
–	rs10511975	g.72530831T>G	G	0.296	0.372	T	2.91E-03	0.932	0.722
–	rs11141106	g.72593325T>G	G	0.311	0.243	T	3.75E-03	0.932	1.404
MAMDC2	rs1927103	g.72722865G>A	G	0.430	0.359	A	6.14E-03	0.932	1.336
MAMDC2	rs10511980	g.72738339A>G	A	0.406	0.338	G	7.17E-03	0.932	1.338
MAMDC2	rs4744977	g.72728822G>A	G	0.364	0.302	A	0.011	0.932	1.331
MDC2	rs10511981	g.72739478C>T	C	0.0854	0.0548	T	0.024	0.954	1.592

 

По данным проекта “1000 геномов”, частота встречаемости аллеля rs12376586*G в популяциях мира варьирует от 6.8% в китайских (CHB), 9% в африканских (AFR) и до 55% в популяциях европейского происхождения (CEU), (https://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Variation/Population?db=core;v=rs12376586;vdb=variation).

Ближайшим геном, расположенным на расстоянии около 10 т. п. н от данного полиморфного локуса, является ген MAMDC2. Хромосомный регион 9q21.12, в котором располагается данный ген, ассоциирован c редким врожденным заболеванием, проявляющимся характерными чертами лица и умственной отсталостью – синдромом Кабуки у японцев [9]. Ген MAMDC2 кодирует белок MAM, содержащий домен 2 (mephrin, A5 antigen, proteintyrosinephosphatasemu). Известно, что данный белок участвует в обмене гликозаминогликанов. Ген MAMDC2 состоит из 14 экзонов, охватывая около 183 т. п. н. геномной ДНК, в настоящее время в данном гене идентифицировано 1182 ОНП. Нарушение обмена гликозаминогликанов приводит к развитию целого класса заболеваний – мукополисахаридозы. К настоящему времени известно по крайней мере 11 нарушений обмена мукополисахаридов с различным первичным биохимическим дефектом, т. е. дефицитом разных ферментов. Вся группа объединена повышенным накоплением в клетках кислых мукополисахаридов и повышенной экскрецией этих веществ с мочой. Большинство из этих заболеваний характеризуется изменениями скелета и внутренних органов, выраженными при разных формах в различной степени, сопровождается грубыми нарушениями нервной системы, приводящими к тяжелому слабоумию [10].

На экспериментальных моделях животных с болезнью Альцгеймера было установлено, что ген MAMDC2, высоко экспрессируемый в микроглии, положительно регулирует врожденный противовирусный ответ на нейротропную вирусную инфекцию [11]. Кроме того, секвенирование экзома выявило мутации de novo в 32 генах, включая MAMDC2, ассоциированные с умственной отсталостью [12]. Ученые из Турции идентифицировали ассоциацию хромосомного региона 9q21.12–21.31 с дефектом нервной трубки, а именно с менингомиелоцеле [13].

В исследуемой нами выборке больных и контроля татарской этнической принадлежности наиболее высокий уровень ассоциации параноидной шизофрении обнаружен с ОНП rs12376586. Гомозиготный генотип rs12376586*G/G у больных параноидной шизофренией встречался редко, в 13.17% случаев, а в контроле определялся чаще – в 24.54% случаев (p = 8.02E–05; OR = 0.47, CI95% 0.31–0.70). Частота генотипа rs12376586*A/A была значительно выше у больных ПШ, чем в контрольной группе индивидов (41.46 и 25.33% соответственно) (p = 3.2E–06, OR = 2.09, CI95% 1.51–2.89).

Поправка на множественное сравнение FDR показала отсутствие статистически значимых различий (rs12376586*G/G p_fdr = 0.999, rs12376586*G/A p_fdr = 0.881, rs12376586*A/A p_fdr = 0.451) (табл. 2).

 

Таблица 2. Распределение частот генотипов и аллелей полиморфного варианта rs12376586 в выборках больных параноидной шизофренией и в контрольных группах у татар

Генотип, аллель	Больные		Контроль		p	pfdr	OR (CI95%)
	ni	pi ± spCI (%)	ni	pi ± spCI (%)
rs12376586
G/G	47	13.17 ± 1.79 9.84–17.12	94	24.54 ± 2.2 20.31–29.17	8.2E–05	0.999	0.47 (0.31–0.70)
G/A	162	45.38 ± 2.63 40.13–50.7	192	50.13 ± 2.55 45.01–55.25	0.196	0.881	–
A/A	148	41.46 ± 2.61 36.3–46.76	97	25.33 ± 2.22 21.05–29.99	3.2E–06	0.451	2.09 (1.51–2.89)
G	256	35.85 ± 1.79 32.33–39.49	380	49.61 ± 1.81 46.01–53.21	1.89E–07	0.05	0.57 (0.46–0.7)
A	458	64.15 ± 1.79 60.51–67.67	386	50.39 ± 1.81 46.79–53.99	1.89E–07	0.05	1.76 (1.43–2.17)
rs11141100
G/G	45	12.61 ± 1.76 9.34–16.5	87	22.72 ± 2.14 18.61–27.24	3.3E–04	0.999	0.49 (0.32–0.74)
G/A	160	44.82 ± 2.63 39.58–50.14	185	48.3 ± 2.55 43.2–53.43	0.342	0.936	–
A/A	152	42.58 ± 2.62 37.39–47.89	111	28.98 ± 2.32 24.49–33.81	1.1E–04	0.999	1.82 (1.32–2.49)
G	250	35.01 ± 1.79 31.51–38.64	359	46.87 ± 1.8 43.29–50.47	6.72E–06	0.632	0.61 (0.49–0.75)
A	464	64.99 ± 1.79 61.36–68.49	407	53.13 ± 1.8 49.53–56.71	6.72E–06	0.632	1.64 (1.33–2.02)

 

Анализ распределения частот аллелей данного полиморфного локуса показал, что частота аллеля rs12376586*G у больных ПШ была ниже (35.85%), чем в контроле (49.61%). Аллель rs12376586*A у больных ПШ определялся в 64.15% случаев, а у здоровых – в 50.39%. Показатель отношения шансов для аллеля rs12376586*G составил 0.57 (CI95% 0.46–0.7), (p = 1.89E-07), а для аллеля rs12376586*A – 1.76 (CI95% 1.43–2.17). При введении поправки FDR уровень значимости остался статистически значимыми (rs12376586*G p_fdr = 0.05, rs12376586*A p_fdr = 0.05) (табл. 2).

Полиморфный однонуклеотидный вариант rs11141100 в исследуемой нами выборке больных и контроля татарской этнической принадлежности показал высокий уровень ассоциации с ПШ (p = 6.72E–06) (табл. 1).

У больных параноидной шизофренией частота гомозиготного генотипа rs11141100*G/G (12.61%) была значительно ниже таковой в контрольной группе (22.72%) (p = 3.3E–04, OR = 0.49, CI95% 0.32–0.74). Генотип rs11141100*A/A чаще встречался у больных ПШ – в 42.58%, чем в контрольной группе индивидов (28.98%) (p = 1.1E-04, OR = 1.82, CI95% 1.32–2.49). Частота аллеля rs11141100*G в группе здоровых индивидов была значительно выше (46.87%), чем у больных ПШ (35.01%) (p = 6.72E–05, OR = 0.61. CI95% 0.49–0.75). Частота аллеля rs11141100*A у больных ПШ (64.99%) превышала его частоту в контрольной группе, где составила 53.13% (OR = 1.64, CI95% 1.33–2.02). Однако после введении поправки FDR уровень значимости оказался статистически не значимым (rs11141100*G/G p_fdr = 0.999, rs11141100*G/A p_fdr = 0.936, rs11141100*A/A p_fdr = 0.999, rs11141100*G p_fdr = 0.632, rs11141100*A p_fdr = 0.632) (табл. 2).

Таким образом, в проведенном нами полногеномном исследовании впервые установлена ассоциация однонуклеотидного полиморфного варианта rs12376586 гена MAMDC2, расположенного в области 9q21.13 с развитием параноидной шизофрении у татар. Генетическим маркером риска развития параноидной шизофрении у индивидов татарской этнической принадлежности является аллель rs12376586*A. Генетическим маркером пониженного риска развития ПШ у индивидов татарской этнической принадлежности является аллель rs12376586*G.

Ранее (по данным литературы) ассоциация параноидной шизофрении с данной областью и геном MAMDC2 не была выявлена ни в одной популяции. Результаты исследований по изучению его экспрессии, полиморфных вариантов весьма ограниченны. Однако, учитывая данные об участии белка, кодируемого геном MAMDC2, в обмене гликозаминогликанов, можно предположить, что полиморфные варианты этого гена могут играть важную роль в формировании структуры наследственной предрасположенности к параноидной шизофрении у татар.

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 и за участие в проекте.

Директору ИБГ УФИЦ РАН проф. Э.К. Хуснутдиновой за научное консультирование.

About the authors

A. E. 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

Author for correspondence.
Email: annagareeva@yandex.ru
Russian Federation, Ufa; Kemerovo; Moscow

References

Supplementary files