МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2014, том 48, № 6, с. 952-962
ГЕНОМИКА. ТРАНСКРИПТОМИКА
УДК 575:591
РЕПЛИКАТИВНЫЙ АНАЛИЗ АССОЦИАЦИЙ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ КОГНИТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ С БОЛЕЗНЬЮ АЛЬЦГЕЙМЕРА В РОССИЙСКОЙ ПОПУЛЯЦИИ
© 2014 г. В. А. Степанов1,2*, А. В. Бочарова1, А. В. Марусин1, Н. Г. Жукова3,
В. М. Алифирова3, И. А. Жукова3
Научно-исследовательский институт медицинской генетики Российской академии медицинских наук,
Томск, 634050
2Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, 634050 3Сибирский государственный медицинский университет, Томск, 634050 Поступила в редакцию 02.06.2014 г. Принята к печати 08.07.2014 г.
В работе проведен репликативный анализ ассоциаций с болезнью Альцгеймера (БА) 15 генетических маркеров, связанных по результатам полногеномных исследований с когнитивными нарушениями. В российской популяции выявлена ассоциация БА с rs2616984 гена CSMD1 (OR = 1.50, 95% CI = 1.07— 2.09, p-value = 0.018) и возможные взаимосвязи с заболеванием rs3131296 гена NOTCH4 (OR = 1.53, 95% CI = 0.98-2.39, p-value = 0.06) и rs2229741 гена NRIP1 (OR = 1.35, CI = 0.99-1.85, p-value = = 0.061). Обнаружены комбинации эпистатически взаимодействующих генов (CSMD1 и NRIP1; NOTCH4, CSMD1 и NRIP1; TLR4, CSMD1 и NRIP1) и сочетания их генотипов, значимо ассоциированные с БА и характеризующиеся наибольшей прогностической значимостью. Обсуждаются возможные молекулярные механизмы вовлечения изученных генов в патогенез заболевания. Биоинформационный анализ биологических процессов, молекулярных функций и белок-белковых взаимодействий генов БА показывает, что исследованные гены могут играть модулирующую или модифицирующую роль, соучаствуя в различных регуляторных и сигнальных путях, задействованных в процессах развития заболевания.
Ключевые слова: болезнь Альцгеймера, ассоциативное исследование, генетические маркеры, генные онтологии, российская популяция.
REPLICATIVE ASSOCIATION ANALYSIS OF GENETIC MARKERS OF COGNITIVE TRAITS WITH ALZHEIMER'S DISEASE IN A RUSSIAN POPULATION, by V. A. Stepanov1,2*, A. V. Bocharova1, A. V. Marusin1, N. G. Zhukova3, V. M. Alifirova3, I. A. Zhukova3 (1Research Institute for Medical Genetics, Russian Academy of Medical Scienses, Tomsk, 634050 Russia; 2National Research Tomsk State University, Tomsk, 634050, Russia; 3Siberian State Medical University, Tomsk, 634050 Russia; *e-mail: vadim.stepanov@medgenetics.ru). Replicative association analysis of Alzheimer's disease (AD) with 15 genetic markers associated with cognitive traits in genome-wide association studies was performed. In a Russian populations associations of rs2616984 in CSMD1 gene with AD (OR = 1.50, 95% CI = 1.07-2.09, p-value = = 0.018) and putative associations with the disease of rs3131296 in NOTCH4 gene (OR = 1.53, 95% CI = = 0.98-2.39, p-value = 0.06) and rs2229741 of NRIP1 gene (OR = 1.35, CI = 0.99-1.85, p-value = 0.061) were revealed. Combinations of epistatic interacting genes (CSMD1 and NRIP1; NOTCH4, CSMD1 and NRIP1; TLR4, CSMD1 and NRIP1) were found, as well as their genotypes combinations significantly associated with AD and characterized by highest predictive values. Probable molecular mechanisms implicated in the relation of genes under study to AD pathogenesis are discussed. Bioinformatic analysis of biological processes, molecular functions and protein-protein interactions of BA genes demonstrated that genes under study may play modulating and modifying role by participation in various regulatory and signal pathways involved in a disease development.
Keywords: Alzheimer's disease, association study, genetic markers, gene ontology, Russian population. DOI: 10.7868/S0026898414060160
Принятые сокращения: БА — болезнь Альцгеймера; CVC (cross-validation consistency) — кросс-валидационная согласованность; FDR (false discovery rate) — доля ложноположительных результатов; GWAS (genome-wide association study) — полногеномное исследование ассоциаций; MDR (multifactor dimensionality reduction) — снижение многомерной размерности; SNP (single nucleotide polymorphism) — однонуклеотидный полиморфизм; PXB — равновесие Харди—Вайнберга.
* Эл. почта: vadim.stepanov@medgenetics.ru
ВВЕДЕНИЕ
Болезнь Альцгеймера (БА) — нейродегенератив-ное заболевание, встречающееся в среднем и пожилом возрасте. Основными проявлениями БА являются когнитивные нарушения различной степени выраженности. Частота БА в мире постепенно возрастает — по мере роста продолжительности жизни населения планеты. Более 10% людей в возрасте старше 65 лет и около половины людей в возрасте старше 85 лет страдают БА [1]. В России точных данных по распространенности БА нет. Экстраполяция данных по частоте БА в московской популяции, где это заболевание встречается у 4.4% лиц старше 60 лет, с учетом половых и возрастных различий в частоте болезни, позволяет получить оценку числа больных в России в 1.4 млн. человек [2].
Ранняя семейная форма БА, характеризующаяся манифестацией до 65 лет, охватывает не более 5% случаев болезни, наследуется по аутосомно-доми-нантному типу и связана с мутациями в генах белка-предшественника амилоида (APP) и пресенилинов (PSEN1 и PSEN2) [3-6]. Форма БА с поздним проявлением (старше 65 лет) имеет, вероятно, многофакторную природу. Главным известным генетическим фактором, ассоциированным с поздней формой БА, считается аллель s4 гена аполипопро-теина E (APOE) [7, 8]. Многочисленные ассоциативные исследования БА, в том числе недавние полногеномые исследования ассоциаций (GWAS) выявили еще несколько десятков генов и участков генома, вариабельность которых ассоциирована с БА. Среди генов, подтвержденных более чем в одном GWAS, можно назвать локусыAPOJ(CLU), PI-CALM, CR1, GAB2, TOMM40, APOC1, MS4A, BIN1, ABCA7 [9-22].
Ассоциация варианта s4 аполипопротеина E с БА была подтверждена во многих популяциях, в том числе и в российских [23]. Ранее на наших выборках также были реплицированы ассоциации маркеров генов APOE, APOJ (CLU) и комбинации генотипов генов APOE и GAB2 [24, 25].
Несмотря на значительные успехи в поиске генетических факторов БА, совокупность известных генов и маркеров нельзя считать полной характеристикой наследственной компоненты БА с поздним проявлением. Для БА, как и любого многофакторного заболевания, проблема "недостающей наследуемости" ("missing heritability") остается очень актуальной. Репликация ранее найденных ассоциаций в новых популяциях и исследование генов, связанных с родственными фенотипами, -один из источников заполнения пробелов в поиске наследственной компоненты многофакторных заболеваний [26].
Поскольку БА характеризуется нарастающей тяжестью течения с постепенной утратой когнитивных функций, то последние (когнитивные нарушения) рассматриваются как потенциальные
эндофенотипы БА. Проведенные в последние несколько лет полногеномные исследования генетических маркеров с вариабельностью когнитивных фенотипов в нормальной популяции также выявили более сотни значимых участков генома [27—31]. В некоторых случаях гены и полиморфные маркеры, ассоциированные с БА и когнитивными нарушениями (например, SNP в локусах TOMM40 и APOC1), пересекаются.
Накапливаются и данные об общности звеньев патогенеза БА и других неврологических и психических расстройств, в частности, шизофрении [32]. БА и шизофрения, будучи сильно различающимися заболеваниями по нейропатологии, этиологии, возрастной структуре больных и симптоматике, имеют пересекающиеся звенья патогенеза и молекулярные механизмы. Вероятно, и когнитивные эндофенотипы этих заболеваний могут иметь общие характеристики. Еще в 90-е годы прошлого века были выявлены сходные черты в региональном поражении головного мозга, биохимической дисфункции и симптоматике [33]. Недавние исследования транскриптома обнаружили очень сходный паттерн экспрессии генов в верхней височной области коры головного мозга при БА и шизофрении [34].
Таким образом, генетические маркеры, надежно ассоциированные с когнитивными эндофено-типами при других нейродегенеративных и психических заболеваниях, и маркеры, связанные с межиндивидуальной вариабельностью когнитивных нарушений в нормальной популяции, представляются возможным ресурсом для поиска "недостающей наследуемости" при БА.
В данной работе мы провели репликативный анализ ассоциаций генетических маркеров, выявленных в полногеномных исследованиях когнитивных параметров в норме и при шизофрении, с БА в российской популяции и провели биоинформа-тический анализ биологических процессов и белковых взаимодействий, связанных с генами БА.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Группу обследуемых составили 110 больных (45% мужчины, 55% женщины) кафедры неврологии и нейрохирургии ГБОУ ВПО "Сибирского государственного медицинского университета" и НИИ психического здоровья СО РАМН (г. Томск) с диагнозом БА (код G30 по Международной классификации болезней МКБ-10). Диагноз устанавливали в соответствии с критериями МКБ-10, DSM-IV (Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 4-е издание) и NINCDS/ADRDA (National Institute of Neurological and Communicative Diseases and Stroke/Alzheimer's Disease and Related Disorders Association) [35, 36]. Средний возраст больных составил 72.15 ± 7.87 лет. Все больные
прошли стандартное психоневрологическое обследование, диагноз у части пациентов был подтвержден с помощью нейровизуализационных исследований (компьютерной и ядерно-магнитно -резонансной томографии головного мозга).
В контрольную группу вошли 285 здоровых индивидов (41% мужчины, 59% женщины), не имеющих в анамнезе психоневрологических заболеваний. Средний возраст контрольной группы составил 58.91 ± 8.15 лет. Группа больных и контроля не отличались по половому составу, однако средний возраст в контрольной группе был значимо ниже среднего возраста больных.
С целью оценить возможное влияние возрастных отличий на частоты аллелей, мы проводили сравнение частот аллелей в возрастных когортах контроля (старше и младше 65 лет; до 40 лет, 40— 60 лет, старше 60 лет). Поскольку достоверных отличий по частотам аллелей между возрастными когортами контрольной группы
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.