정신분열증의 취약성 유전자의 위험 돌연변이에 관한 연구

4a. 특정 목표. 대만 샘플을 기반으로 한 이전 작업에서 우리는 정신분열증이 GNPAT(1q42.1), DISC1(1q42.1), MRDS1(6p24.3), 노치4(6p21.3), NRG1(8p21-p12), DAAO(12q22), G72(13q32), CHRNA7(15q14), PRODH(22q11.21), HMOXI(22q12) 및 CACNG2(22q12). 이 3개년 제안에서 우리는 5가지 구체적인 목표를 가지고 있는데, 목표 1은 가족 데이터를 사용한 SCH의 위치 복제 연구(POCOS)에 대한 이전 연구의 연속이고 목표 2~5는 새로 개발된 연구 목표입니다.

특정 목표 1: 임상 또는 내 표현형 변수에 의해 정의된 다른 하위 유형과 이러한 11개 후보 취약성 유전자의 긴밀한 연관성을 조사합니다. endophenotype 변수에는 CPT(Continuous Performance Test)로 측정한 지속적인 주의력의 신경심리학적 기능, WSCT(Wisconsin Card Sorting Test)로 측정한 실행 기능 및 니아신 홍조 반응의 피부 생리학적 기능이 포함됩니다.

테스트할 가설은 정신분열증이 유전적으로 이질적이며 다른 후보 유전자의 특정 위험 SNP 마커 또는 특정 위험 SNP 일배체형이 특정 임상 하위 유형 또는 통계적 유의도가 더 높은 특정 내피형 지표와 연관될 것이라는 것입니다.

특정 목표 2: 직접 시퀀싱 기술을 사용하여 이러한 후보 유전자의 기능적 위험 돌연변이를 검색하고 특정 목표 1에서 언급한 바와 같이 정신분열증의 특정 하위 유형에서 특정 위험 돌연변이의 기여하는 유전적 변이를 조사하기 위해 케이스 컨트롤 연구 설계를 사용합니다. . 이러한 기능적 위험 돌연변이의 상호작용 효과를 탐구할 것입니다.

테스트할 가설은 11개의 후보 유전자에서 몇 가지 특정 위험 돌연변이가 있다는 것입니다. 이러한 다양한 위험 돌연변이의 기여 분산은 다를 것입니다.

특정 목표 3: 환자 피험자의 엡스타인-바 바이러스(EBV) 형질전환 림프모세포양 세포주 및 신경 세포주에서 이러한 확인된 위험 돌연변이의 기능적 표현의 변이를 찾기 위함.

우리는 이러한 후보 유전자가 위험 돌연변이를 운반할 때 발현 차별을 가지고 있으며, 이는 이러한 환자의 EBV 형질전환 림프모세포양 세포 및 신경 세포주 또는 구성된 리포터 유전자 발현으로부터 검출될 수 있을 것이라고 가정합니다.

특정 목표 4: 정신분열증에서 손상된 니아신 피부 홍조 반응을 담당하는 후보 유전자를 탐색하고 명확히 합니다.

우리는 피부 니아신 홍조 반응의 차이가 일치하는 케이스 컨트롤 디자인에 기반한 마이크로어레이 접근법을 사용하여 림프구에서 유전자 발현의 차이를 드러낼 것이라는 가설을 세웠습니다.

특정 목표 5: 정상 마우스에서 정신분열증의 내피형 지표로서 전맥박 억제 기능(PPI)을 평가하는 절차를 수립하고 암페타민의 급성 또는 만성 투여로 그 유효성을 테스트합니다. 이 동물 모델은 이러한 확인된 위험 돌연변이를 지닌 녹아웃 또는 녹다운 마우스에 대한 추가 기능 연구를 제공할 것입니다.

테스트할 가설은 암페타민의 급성 또는 만성 투여가 야생형 마우스에서 PPI를 차단한다는 것입니다.

또한, 이 제안을 수행하는 동안 다음과 같은 실현 가능성을 탐색할 것입니다. (2) 기능적 위험 돌연변이를 보유하는 마우스에서 신경생리학적 및 행동 이상을 평가하기 위해 동물 모델을 사용하는 것; (3) 위험 돌연변이로 인한 비정상적인 신경생물학적 과정을 예방하기 위한 새로운 치료법을 모색하기 위해; (4) 위험 돌연변이 데이터를 기반으로 유전자 상담을 포함한 조기 발견 및 조기 개입 프로그램을 개발합니다.

4. 연구 계획(계속) 4b. 배경 및 의의. 정신분열증(SCH)은 유전적 부하가 높은 파괴적이고 낙인이 찍힌 정신 장애입니다. SCH의 취약성 유전자의 확인은 오늘날 새벽입니다. 취약성 유전자와 특정 위험 돌연변이가 확인됨에 따라 유전 및 관련 신경 생물학적 데이터를 기반으로 하는 신뢰할 수 있고 유효한 진단, 비정상적인 유전자 기능 및 환경 요인과의 상호 작용.

National Taiwan University Hospital의 다학제 팀인 Genomic Psychiatry Study Group(GENOP)은 SCH의 정신 병리학에서 유전적 요인을 연구하는 데 성공적으로 운영되고 있습니다. 이번 GENOP은 지난 3년간 NRPGM의 지원을 받아 정신분열증의 취약성 유전자(POCOS)에 대한 위치 복제 연구를 수행했으며, dense SNP fine mapping 연구를 통해 11개의 후보 취약성 유전자를 찾아냈다. 이 GENOP은 또한 철저한 신경생물학적 및 임상적 정신병리학적 연구를 가지고 있다(Hwu et al., 2002; Chen et al., 1998; Chiu et al., 2004; Hsieh et al., 2004; Hwu, 1999; Hwu et al., 2003). ). 따라서 GENOP는 여기에 제안된 SCH의 위험 돌연변이를 검색하기 위해 한 단계 더 나아갈 준비가 되어 있습니다.

우리는 정신분열증에 대한 취약성 유전자의 발견이 다음과 같은 경험적 증거에 기초하여 새벽에 발견되었다고 결론을 내립니다.

1. 유전 역학 연구 SCH는 가족, 쌍둥이(Kendler KS 1983; Gottesman II 1993; Prescott and Gottesman II, 1993) 및 입양(Heston 1966; Kety et al., 1968, 1994; Kendler et al. , 1994) 유전 가능성이 0.70인 연구(Tsuang et al., 1980, 1995; Guze et al., 1983; Kendler, 1988) 및 λ, 1차 친척 대 대조군에 대한 위험, 값 10(Kendler KS, 1983; Gottesman II 1993; Prescott 및 Gottesman II, 1993; Chang et al., 2002). SCH 병인의 oligogenetic 모델이 일반적으로 인정되었습니다(Faraone and Tsuang, 1985; Risch and Baron, 1984; Vogler et al., 1990, Risch, 1990).

2. 정신분열증의 분자유전학적 연구 2-1. 연결 분석 10년 동안 SCH의 게놈 전체 스캔은 많은 염색체 영역이 연결에 대한 암시적인 증거를 가지고 있음을 발견했습니다(Coon et al., 1994; Shaw et al., 1998; Levinson et al.1998; Blouin et al., 1998; Kaufmann et al.1998; Faraone et al., 1998; Rees et al., 1999; Williams et al., 1999; Hovatta et al., 1999; Brzustowicz et al., 2000), 후속 연구에서는 복제 및 비- 복제 패턴(Riley, 2000). 부적절한 표본 크기와 혼합 인종이 주요 방법론적 문제일 수 있습니다(Altmuller et al., 2001, Hauser et al., 1996).

   2-2. 후보 염색체 영역 접근 A 균형 전위(1; 11)(q42.1; q14.3)은 정신분열증을 포함한 주요 정신질환과 관련이 있는 것으로 밝혀졌다(St Clair et al., 1990). 염색체 1q42.1의 새로운 유전자 DISC1은 우리의 대만 샘플을 포함하여 SCH와 유의미한 연관성이 있는 것으로 반복적으로 발견되었습니다(Millar et al., 2000; 2001; Hovatta et al., 1999; Ekelund et al., 2001; Hwu et al. , 2001; Ekelund 등, 2004, Liu YL 등, 2004).

   2-3. 후보 유전자 접근 정신약리학적 가설에 기초한 도파민(D1, D2, D3, D4, D5), 세로토닌, 글루타메이트 수용체 유전자 등 다수의 후보 유전자(Asherson et al., 1995, Breyler et al, 1995; Hranilovic et al., al. 2000; Catalano et al., 1993, Serretti et al., 1999; Chen et al., 1996, 1997), 신경 성장 관련 유전자(Margolis et al., 1994), 포스포리파제 유전자(Peet, 1998, Wei 1998) 및 칼륨 채널 유전자(hKCa3/KCNN3)(Dror et al., 1999)는 일관성은 없지만 정신분열증과 관련이 있는 것으로 보고되었습니다. 샘플의 인종 혼합은 제1종 오류를 부풀릴 수 있습니다.

   2-4. SNP 미세 매핑 및 가족 내부 통제 방법을 이용한 연관성 연구 복합 장애의 감수성 유전자를 찾는 개선된 방법을 안내하기 위해 연관 불균형 전략 및 부모-자손 트리오를 내부 통제로 사용하는 것과 같은 유전 역학 지침에 의해(Risch and Merikangas, 1996; Owen) et al., 2000; Baron 2001), 이 양식의 연구 접근법을 사용하여 발견된 약 10개의 후보 유전자가 있었습니다(Elkin et al., 2004). 이러한 후보 유전자에는 RGS4(1q)(Mirnics et al., 2001), MRDS1(6p24.3), DTNBP1(6p22.3) (Straub et al., 2002; Tang et al., 2003; van Den Bogaert et al., 2003; van den Oord et al., 2003), TNFa(6p22)(Boin et al., 2001; Pae et al. , 2003), NOTCH4(6p21.3) (Wei and Hemmings, 2000; Fan et al., 2002; Sklar et al., 2001; Skol et al., 2003; Takahashi et al., 2003), PPP3CC(8p21.3) (Gerber et al., 2003), NRG1(8p21-p12)(Stefansson et al., 2002; 2003; Yang et al., 2003), DAAO(12q22) (Chumakov et al., 2002), G72(13q33) (Chumakov et al., 2002), CHRNA7(15q14) (Leonard S et al., 2002), PRODH(22q11.21) (Liu et al., 2002; Jacquet et al., 2002), COMT(22q11.21) (Shifman et al., 2002). 그럼에도 불구하고 이러한 모든 후보 유전자는 여전히 다른 연구 샘플에서 복제되기를 기다립니다.

   NTUH의 GENOP은 dense SNP fine mapping 방법을 이용하여 MRDS1(6p24.3)의 8개의 유의한 후보 유전자를 발견하였다. 노치4(6p21.3), NRG1(8p21-p12), DAAO(12q22), G72(13q32) 및 PRODH(22q11.21), HMOXI(22q12) 및 CACNG2(22q12)(Liu et al., 2004). 따라서 본 연구팀은 이러한 후보 유전자의 위험 변이를 탐색하고 이러한 위험 변이에 대한 검증 연구를 위해 한 단계 더 나아갈 준비가 되어 있습니다. 발표된 연구의 메타 분석에 기초하여, Altmuller et al.(2001)과 Risch et al.(2000)은 기능적 게놈 데이터와 결합된 고밀도 SNP 연관 분석이 감수성 유전자좌(작은 몇 가지 최근 보고서(Emamian et al., 2004; Mukai et al., 2004)에서 볼 수 있듯이 복잡한 인간 질병에 대한 효과). 이 제안된 RIGOS는 우리의 특정 목표에 표시된 주요 접근 방식으로 이 전략을 따를 것입니다.

3. Endophenotype 지표와 SCH의 이질성 문제 3-1. 정신분열증의 신경생물학적 손상 SCH는 실행 기능, 지속적인 주의력 측정 및 작업 기억(Goldberg et al, 1993)의 신경심리학적 기능에 손상이 있는 것으로 나타났습니다(Goldberg et al, 1993). 변연계 회로(Gold and Harvey, 1993) 또는 배외측 전두엽 피질(Weinberger et al., 1988; Berman et al., 1988).

   이러한 손상된 신경생물학적 기능은 특정 임상 증상과 상당한 관련이 있었습니다(Nuechterlein et al., 1986; Hain et al., 1993; Johnstone and Frith, 1996; Liu et al., 1997; Nuechterlein et al., 1986; Strauss et al. , 1993; Nelson et al., 1998; Liu et al., 1997) 및 지속적인 장기 장애(Weinberger et al., 1986; Goldberg et al., 1988).

   SCH는 정보 처리 및 주의 메커니즘의 핵심 결함을 특징으로 합니다(Bleuler, 1911; Kraepelin and Robertson, 1919; McGhie and Chapman, 1961; Venables, 1964; Braff and Geyer, 1990). " 또는 뇌의 "게이팅" 기능(Braff and Geyer 1990). P50 이벤트 관련 전위 억제(P50I)[Freedman et al., 1987; Olincy et al., 2000] 및 음향 놀람 반사(PPI)의 사전 펄스 억제(Braff et al., 2001; Geyer et al., 2001)는 신뢰할 수 있는 측정입니다. P50I 및 PPI 기전은 서로 다른 신경 회로(Swerdlow et al., 2001; Adler et al., 1998) 하에서 피험자의 의지 제어 범위를 벗어나며 둘 다 SCH 환자에서 손상됩니다(Freedman et al., 1987; Braff et al., 2001), 정신분열형 장애의 스펙트럼 장애(Cadenhead et al., 1998; Cadenhead et al., 2000) 및 SCH 환자의 임상적으로 영향을 받지 않은 친척(Siegel et al., 1984; Waldo et al., 1988; Waldo 등, 1991; Adler 등, 1992; Clementz 등, 1998; Cadenhead 등, 2000). P50I와 PPI의 결함은 모두 신경 기질 과정이 다른 내 표현형 지표가 될 수 있습니다. 이 연구에서 우리는 가능한 후보 취약성 유전자의 가능한 책임 위험 돌연변이를 식별하기 위한 특정 내피형 지표로 P50I 및 PPI를 사용하려고 합니다.

   동물 연구에서 PPI 결핍은 도파민성 또는 NMDA 글루탐산성 신경전달과 같은 정신분열증의 신경생물학에 연루된 시스템을 변경하는 작용제에 의해 약리학적으로 유도될 수 있음이 밝혀졌습니다(Mansbach et al., 1988; Hutchison & Swift, 1999). 암페타민에 의한 이 실험적으로 유도된 PPI 손상은 특정 정신분열증 증상에 대한 얼굴, 예측 및 구성 유효성을 가진 추정 동물 모델로 생각되었습니다(Koch, 1999; Swerdlow et al, 2000).

   정신분열증에서 니아신 피부 홍조 반응의 손상: 정신분열증 환자에서 니아신 유도 혈관확장 반응은 없거나 손상되었습니다(Horrobin, 1980; Wilson 및 Douglass, 1986; Fielder et al., 1986; Hudson et al., 1997; Rybakowski and Weterle , 1991; Hudson 등, 1997, 1999; Ward 등, 1998; Puri 등, 2001; Shah 등, 2000; Maclean 등, 2003). 항정신병 약물 용량과 니아신 감수성 사이에는 유의미한 관계가 없습니다(Hundson et al., 1997; Messamore et al., 2003).

   나이아신 민감성은 최근에 확인된 니코틴산 수용체 HM74(저친화성 수용체) 및 HM74a(고친화성 수용체)를 통해 발생할 수 있으며(Wise et al., 2003; Soga et al., 2003), 둘 다 Gi-G-단백질입니다. -결합 수용체(GPCR). 두 수용체는 림프구에서 발현되었다(Wise et al., 2003). 니아신 피부 홍조 반응과 관련된 세부 분자 및 신호 전달 경로는 아직 밝혀지지 않았습니다. 이 RIGOS 프로젝트에서는 마이크로어레이 방법을 사용하여 이 미연구 영역에서 가능한 원인 유전자를 탐색하는 것이 바람직합니다.

   3-2. 정신분열증의 분자유전학 연구에서의 내표현형 접근법 SCH의 유전적 이질성에 직면하기 위한 대체 전략은 질병의 특정 신경생물학적 특성을 단일 유전적 변경의 효과를 반영하는 내표현형으로 사용하는 것이었습니다(Lander, 1988). 이와 관련하여 CPT(Continuous Performance Test)의 결함은 SCH에 대한 유전적 감수성의 잠재적인 내표현형인 것으로 가정되었습니다(Chen and Faraone, 2000; Grove et al., 1991; Mirsky et al., 1995; Chen et al., 알., 1998).

   CPT 결핍은 SCH에 대한 유전적 감수성의 잠재적인 내표현형이었다(Chen and Faraone, 2000; Grove et al., 1991; Mirsky et al., 1995; Chen et al., 1998).

   이 endophenotype 전략은 염색체 15q13-14(Freedman et al., 1997)의 유전자좌에 대한 신경생리학적 결손, P50 억제 감소의 매핑에 성공적이었습니다. 다른 신경생물학적 결손, 정신분열증의 안구 추적 기능 장애는 4.02의 최대 다지점 lod 점수로 염색체 6p23-21에 매핑되었습니다(Arolt et al., 1996). 이 RIGOS 프로젝트는 특히 CPT와 P50I 및 PPI 지표로 측정된 주의력 손상을 사용하여 위험 돌연변이의 검증을 위해 이 내 표현형 전략을 취할 것입니다.

   3-3. 이질성 문제 유전적 및 임상적 이질성은 이 연구 분야의 주요 문제입니다. 유효한 임상 하위 유형 및 내 표현형을 검색하는 것은 획기적인 연구에 중요합니다. 우리 GENOP 그룹은 이 분야에서 상당한 정신병리학적 데이터를 가지고 있었고 RIGOS 프로젝트는 이 전략을 취할 것입니다.

4. 후보 취약성 유전자의 기능 이 RIGOS 프로젝트는 이전 POCOS 프로젝트에서 식별된 11개의 후보 취약성 유전자를 다룰 것입니다. 연구될 이들 11개 후보 유전자의 신경 기능은 잘 규명되지 않았다. 이러한 11개 후보 유전자 중 일부의 기능에 대한 현재 지식은 다음과 같이 나열되어 있습니다. 혈관 및 관절 연골 발달에서(Hayes et al., 2003; Iso et al., 2003), NRG1(neuregulin 1)은 대체 스플라이싱에 의해 NRG1 유전자로부터 생성된 이소형 단백질 그룹이며, 이들 이성질체는 ERBB 수용체와 상호작용하고 신경세포 및 아교세포의 성장 및 분화를 유도한다(Kerber et al., 2003; Fallon et al., 2004). DAAO(D-아미노산 산화효소)는 G72(D-아미노산 산화효소 활성화제)에 의해 활성화되는 과산화소체 효소입니다(Chumakov et al., 2002). CHRNA7은 리간드 개폐 이온 채널 슈퍼패밀리에 속하고 중추 신경계의 발달에 관여하는 니코틴성 아세틸콜린 수용체 서브유닛이다(Agulhon et al., 1999; Raux et al., 2002). PRODH(프롤린 탈수소효소)는 프롤린을 Δ-1-피롤린-5-카르복실레이트(P5C)로 촉매하는 효소로, 프롤린이 글루타메이트로 전환되는 첫 번째 단계입니다(Harrison and Owen 2003; Lee et al., 2003). 이 유전자의 결실은 고프롤린혈증과 관련이 있다(Jacquet et al., 2002). 신경세포에 대한 이들 유전자의 기능적 역할은 정신분열증의 가능한 병리학적 과정을 예측하기 위한 추가 조사를 보증합니다. 이 RIGOS 프로젝트에서 우리는 이 RIGOS 프로젝트에서 식별된 이러한 위험 돌연변이를 검증하기 위해 기능적 실험실 연구를 수행하기 위해 체외 세포주를 사용할 것입니다.