En studie om risikomutasjoner av sårbarhetsgener ved schizofreni

4a. Spesifikke mål. I vårt tidligere arbeid basert på en taiwansk prøve, har vi funnet at schizofreni var signifikant assosiert med 11 kandidatgener, inkludert GNPAT (1q42.1), DISC1 (1q42.1), MRDS1 (6p24.3), NOTCH4 (6p21.3), NRG1 (8p21-p12), DAAO (12q22), G72 (13q32), CHRNA7 (15q14), PRODH (22q11.21), HMOXI (22q12) og CACNG2 (22q12). I dette 3-årige forslaget har vi 5 spesifikke mål, der mål 1 er en fortsettelse av vår tidligere studie av Positional Cloning Study of SCH (POCOS) ved bruk av familiedata, mens mål 2 til 5 er nyutviklede forskningsmål.

Spesifikt mål 1: Å undersøke tettere assosiasjon av disse 11 kandidatsårbarhetsgenene med forskjellige undertyper definert av kliniske eller endofenotypevariabler. Endofenotypevariablene inkluderer de nevropsykologiske funksjonene til vedvarende oppmerksomhet målt ved kontinuerlig ytelsestest (CPT), eksekutiv funksjon målt ved Wisconsin Card Sorting Test (WSCT) og den hudfysiologiske funksjonen til niacin-skylleresponser.

Hypotesen som skal testes er at schizofreni er genetisk heterogen og de spesifikke risiko-SNP-markørene eller spesifikke risiko-SNP-haplotypene av forskjellige kandidatgener vil være assosiert med spesifikke kliniske subtype- eller spesifikke endofenotypeindikatorer med høyere grad av statistisk signifikans.

Spesifikt mål 2: Å søke etter funksjonelle risikomutasjoner av disse kandidatgenene ved bruk av direkte sekvenseringsteknikk, og å undersøke den medvirkende genetiske variansen til de spesifikke risikomutasjonene i spesifikke undertyper av schizofreni, som nevnt i spesifikke mål 1, ved bruk av case-kontroll studiedesign . Interaksjonseffektene av disse funksjonelle risikomutasjonene vil bli utforsket.

Hypotesen som skal testes er at det er flere spesifikke risikomutasjoner fra 11 kandidatgener. De medvirkende variansene til disse ulike risikomutasjonene vil være forskjellige.

Spesifikt mål 3: Å finne variasjonen av funksjonelle uttrykk for disse identifiserte risikomutasjonene i Epstein-Barr-virus (EBV) transformerte lymfoblastoidcellelinjer fra pasientene og nevroncellelinjer.

Vi antar at disse kandidatgenene har uttrykksdiskriminering når de bærer risikomutasjoner, som vil kunne påvises fra EBV-transformerte lymfoblastoidceller fra disse pasientene og nevronale cellelinjer eller fra konstruert reportergenuttrykk.

Spesifikt mål 4: Å utforske og avklare kandidatgenene som er ansvarlige for den svekkede niacin-skylleresponsen ved schizofreni.

Vi antok at forskjellen i hudens niacin-spylingsrespons vil avsløre forskjellen i genuttrykket i lymfocyttene ved bruk av mikroarray-tilnærming basert på et matchet case-control design.

Spesifikt mål 5: Å etablere en prosedyre for å vurdere prepulse inhibition function (PPI) hos normale mus som endofenotypeindikator for schizofreni, og teste dens gyldighet med akutt eller kronisk administrering av amfetamin. Denne dyremodellen vil tjene ytterligere funksjonelle studier på knock-out- eller knock-down-musene som bærer disse identifiserte risikomutasjonene.

Hypotesen som skal testes er at akutt eller kronisk administrering av amfetamin vil blokkere PPI i villtype mus.

I tillegg vil vi under gjennomføringen av dette forslaget undersøke følgende muligheter: (1) Å skaffe menneskelig hjernevev for å studere de funksjonelle uttrykkene til disse sårbarhetsgenene med spesifikke risikomutasjoner; (2) Å bruke dyremodellen for å vurdere nevrofysiologiske og atferdsmessige abnormiteter hos mus som bærer de funksjonelle risikomutasjonene; (3) Å utforske ny behandling for å forhindre den unormale nevrobiologiske prosessen på grunn av risikomutasjonene; og (4) Å utvikle tidlig deteksjon og tidlig intervensjonsprogram, inkludert genetisk rådgivning, basert på data om risikomutasjoner.

4. Forskningsplan (fortsettelse) 4b. Bakgrunn og betydning. Schizofreni (SCH) er en ødeleggende og stigmatisert psykiatrisk lidelse med høy genetisk belastning. Identifiseringen av sårbarhetsgener til SCH er ved daggry i dag. Etter hvert som sårbarhetsgenene og de spesifikke risikomutasjonene blir identifisert, vil det komme den revolusjonerende utviklingen innen SCH-forskning og klinisk praksis, inkludert pålitelig og valid diagnose basert på genetiske og relaterte nevrobiologiske data, ny behandling og tidlig forebygging av schizofreni basert på kunnskap om unormal genfunksjon og dens interaksjon med miljøfaktorene.

Genomic Psychiatry Study Group (GENOP), et tverrfaglig team ved National Taiwan University Hospital, har med suksess jobbet med å studere genetiske faktorer i psykopatologien til SCH. Denne GENOP har utført den posisjonelle kloningsstudien på sårbarhetsgener for schizofreni (POCOS), støttet av NRPGM i disse 3 årene, og har funnet 11 kandidater for sårbarhetsgener gjennom tett SNP-finkartleggingsstudie. Denne GENOP har også en grundig nevrobiologisk og klinisk psykopatologisk studie (Hwu et al., 2002; Chen et al., 1998; Chiu et al., 2004; Hsieh et al., 2004; Hwu, 1999; Hwu et al., 2003 ). Dermed er GENOP klar til å ta et skritt videre for å søke etter risikomutasjoner av SCH som foreslått her.

Vi konkluderer med at funnet av sårbarhetsgener for schizofreni er ved daggry basert på følgende linjer med empirisk bevis:

1. Genetisk epidemiologisk studie SCH er en svært arvelig sykdom, basert på familie, tvillinger (Kendler KS 1983; Gottesman II 1993; Prescott og Gottesman II, 1993) og adopsjon (Heston 1966; Kety et al., 1968, 1994; Kendler et al. , 1994) studier med en arvbarhet på 0,70 (Tsuang et al., 1980, 1995; Guze et al., 1983; Kendler, 1988) og en λ, risiko for førstegrads slektninger versus kontroller, verdi på 10 (Kendler KS, 1983; Gottesman II 1993; Prescott og Gottesman II, 1993; Chang et al., 2002). En oligogenetisk modell av SCH-etiologi ble vanlig akseptert (Faraone og Tsuang, 1985; Risch og Baron, 1984; Vogler et al., 1990, Risch, 1990).

2. Molekylærgenetiske studier av schizofreni 2-1. Koblingsanalyser Genomomfattende skanninger av SCH i tiåret fant at mange kromosomregioner hadde antydende bevis for kobling (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), mens påfølgende studier avslørte en replikering og ikke- replikasjonsmønster (Riley, 2000). Utilstrekkelig prøvestørrelse og blandet etnisitet kan være de største metodiske problemene (Altmuller et al., 2001, Hauser et al., 1996).

   2-2. Kandidatkromosomregiontilnærming En balansetranslokasjon (1; 11) (q42.1; q14.3) ble funnet å være assosiert med alvorlige psykiske lidelser inkludert schizofreni (St Clair et al., 1990). Det nye genet DISC1 ved kromosom 1q42.1 ble gjentatte ganger funnet å ha signifikant assosiasjon med SCH, inkludert våre taiwanske prøver (Millar et al., 2000; 2001; Hovatta et al., 1999; Ekelund et al., 2001; Hwu et al. , 2001; Ekelund et al., 2004, Liu YL et al., 2004).

   2-3. Kandidatgentilnærming Mange kandidatgener, som dopamin (D1, D2, D3, D4 og D5), serotonin- og glutamatreseptorgener, basert på psykofarmakologisk hypotese (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), samt utviklings- og fysiologisk-baserte gener som nevronvekstrelaterte gener (Margolis et al., 1994), fosfolipasegener (Peet, 1998, Wei 1998) og et kaliumkanalgen (hKCa3/KCNN3) (Dror et al., 1999), har blitt rapportert å ha assosiasjon, men ikke konsistent, med schizofreni. Blandingen av etnisitet i prøven kan blåse opp type I-feilene.

   2-4. Assosiasjonsstudie ved bruk av SNP-finkartlegging og familieinternkontrollmetode Ved hjelp av genetisk epidemiologisk retningslinje som bruk av koblingsulikevektsstrategi og foreldre-avkom-trioer som internkontroll for å veilede den forbedrede metoden for å lokalisere mottakelighetsgenene for kompleks lidelse (Risch og Merikangas, 1996; Owen et al., 2000; Baron 2001), ble det funnet rundt 10 kandidatgener ved å bruke denne studiemetoden (Elkin et al., 2004). Disse kandidatgenene inkluderte 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 og 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). Likevel venter alle disse kandidatgenene på å bli replikert i forskjellige studieprøver.

   GENOP av NTUH, ved å bruke tett SNP-finkartleggingsmetode, har funnet at 8 signifikante kandidatgener av MRDS1(6p24.3), NOTCH4(6p21.3), NRG1(8p21-p12), DAAO(12q22), G72(13q32) og PRODH(22q11.21), HMOXI (22q12), og CACNG2 (22q12) (Liu et al., 2004). Dette forskerteamet er dermed klar til å ta et skritt videre for å søke etter risikomutasjonene til disse kandidatgenene og valideringsstudien av disse risikomutasjonene. Basert på metaanalysen av publiserte studier, antydet Altmuller et al (2001) og Risch et al. (2000) at SNP-assosiasjonsanalyse med høy tetthet i kombinasjon med funksjonelle genomiske data kan være nødvendig for å oppdage følsomhetsloci (som kan være av små effekt) for kompleks menneskelig sykdom, som vist i noen få nylige rapporter (Emamian et al., 2004; Mukai et al., 2004). Dette foreslåtte RIGOS vil følge denne strategien som hovedtilnærmingen som vist i våre spesifikke mål.

3. Endofenotypeindikatorer og problem med heterogenitet av SCH 3-1. Nevrobiologisk svekkelse ved schizofreni SCH ble funnet å ha svekkelse i nevropsykologiske funksjoner av eksekutiv funksjon, vedvarende oppmerksomhet målt og arbeidsminne (Goldberg et al, 1993) med underliggende frontostriatal dysfunksjon (Elliot et al., 1995), eller dysfunksjon av frontal-temporal- limbisk krets (Gold og Harvey, 1993), eller dorsolateral prefrontal cortex (Weinberger et al., 1988; Berman et al., 1988).

   Disse svekkede nevrobiologiske funksjonene hadde signifikant assosiasjon med spesifikke kliniske symptomer (Nuechterlein et al., 1986; Hain et al., 1993; Johnstone og Frith, 1996; Liu et al., 1997; Nuechterlein et al., 1986; Strauss et al. , 1993; Nelson et al., 1998; Liu et al., 1997) og varig langvarig funksjonshemming (Weinberger et al., 1986; Goldberg et al., 1988).

   SCH er preget av kjernemangel i informasjonsbehandling og oppmerksomhetsmekanisme (Bleuler, 1911; Kraepelin og Robertson, 1919; McGhie og Chapman, 1961; Venables, 1964; Braff og Geyer, 1990), som skyldtes svekket "filtrering". " eller "gate" funksjon av hjernen (Braff og Geyer 1990). P50 hendelsesrelatert potensiell undertrykkelse (P50I) [Freedman et al., 1987; Olincy et al., 2000] og prepulshemming av den akustiske skremselsrefleksen (PPI) (Braff et al., 2001; Geyer et al., 2001) er pålitelige målinger. Både P50I og PPI mekanismer, under forskjellige nevronale kretsløp (Swerdlow et al., 2001; Adler et al., 1998), er utenfor forsøkspersonens viljekontroll, og begge er svekket hos pasienter med SCH (Freedman et al., 1987; Braff et al., 2001), i spekteret lidelse av schizotyp lidelse (Cadenhead et al., 1998; Cadenhead et al., 2000) og klinisk upåvirkede slektninger til SCH-pasienter (Siegel et al., 1984; Waldo et al., 1988; Waldo et al., 1991; Adler et al., 1992; Clementz et al., 1998; Cadenhead et al., 2000). Både underskudd i P50I og PPI kan være som endofenotypeindikatorer med forskjellige nevrale substratprosesser. I denne studien har vi til hensikt å bruke P50I og PPI som spesifikk endofenotypeindikator for å identifisere mulige ansvarlige risikomutasjoner av mulige kandidatsårbarhetsgener.

   Dyrestudier har vist at PPI-mangel kan induseres farmakologisk av midler som endrer systemer involvert i nevrobiologien til schizofreni, slik som dopaminerg eller NMDA glutamaterg nevrotransmisjon (Mansbach et al., 1988; Hutchison & Swift, 1999). Denne eksperimentelt induserte PPI-svekkelsen av amfetamin har blitt tenkt som en antatt dyremodell med ansikts-, prediktiv- og konstruksjonsvaliditeter for visse schizofrene symptomer (Koch, 1999; Swerdlow et al, 2000).

   Nedsatt Niacin Skin Flush Response ved schizofreni: Den niacininduserte vasodilatatoriske responsen var enten fraværende eller svekket hos schizofrene pasienter (Horrobin, 1980; Wilson og Douglass, 1986; Fielder et al., 1986; Hudson et al., Ryle og Webakowski7ter, 1997; , 1991; Hudson et al., 1997, 1999; Ward et al., 1998; Puri et al., 2001; Shah et al., 2000; Maclean et al., 2003). Det er ingen signifikant sammenheng mellom antipsykotisk legemiddeldose og niacinfølsomhet (Hundson et al., 1997; Messamore et al., 2003).

   Niacinfølsomheten kan være gjennom nikotinsyrereseptoren HM74 (lavaffinitetsreseptor) og HM74a (høyaffinitetsreseptor) nylig identifisert (Wise et al., 2003; Soga et al., 2003), og de er begge Gi-G-protein -koblede reseptorer (GPCR). De to reseptorene ble uttrykt i lymfocyttene (Wise et al., 2003). Det gjensto fortsatt å avklare detaljmolekylene og signalveien som er involvert i niacin-hudspylingsrespons. I dette RIGOS-prosjektet er det ønskelig å utforske mulige ansvarlige gener i dette ustuderte området ved hjelp av mikroarray-metoden.

   3-2. Endofenotypetilnærming i molekylærgenetiske studier av schizofreni For å møte den genetiske heterogeniteten til SCH, var en alternativ strategi å bruke spesifikke nevrobiologiske egenskaper ved sykdommen som en endofenotype som gjenspeiler effekten av en enkelt genetisk endring (Lander, 1988). I denne forbindelse har underskudd på Continuous Performance Test (CPT) blitt postulert å være en potensiell endofenotype av den genetiske følsomheten for SCH (Chen og Faraone, 2000; Grove et al., 1991; Mirsky et al., 1995; Chen et al. al., 1998).

   CPT-underskudd var en potensiell endofenotype av den genetiske følsomheten for SCH (Chen og Faraone, 2000; Grove et al., 1991; Mirsky et al., 1995; Chen et al., 1998).

   Denne endofenotypestrategien har vært vellykket i kartlegging av et nevrofysiologisk underskudd, reduksjon av P50-hemming, til loki ved kromosom 15q13-14 (Freedman et al., 1997). Det andre nevrobiologiske underskuddet, øyesporingsdysfunksjon av schizofreni, har blitt kartlagt til kromosom 6p23-21 med maksimal multipoint lod-score på 4,02 (Arolt et al., 1996). Dette RIGOS-prosjektet vil ta denne endofenotypestrategien for validering av risikomutasjoner, spesielt ved å bruke oppmerksomhetssvikt målt med CPT samt P50I og PPI-indikatorer.

   3-3. Problemstilling om heterogenitet Genetisk og klinisk heterogenitet er hovedspørsmålet i dette studieområdet. Å søke etter gyldig klinisk subtype og endofenotype er avgjørende for en gjennombruddsstudie. Vår GENOP-gruppe hadde betydelige psykopatologiske data på dette området, og RIGOS-prosjektet vil ta denne strategien.

4. Funksjoner av kandidatsårbarhetsgener Dette RIGOS-prosjektet vil håndtere disse 11 kandidatssårbarhetsgenene identifisert av vårt forrige POCOS-prosjekt. Nevronfunksjonene til disse 11 kandidatgenene som skal studeres har ikke blitt godt karakterisert. Nåværende kunnskap om funksjonene til noen av disse 11 kandidatgenene er oppført som følgende: GNPAT er en dihydroksyacetonfosfatacyltransferase (DHAPAT eller DAPAT) som deltar i eterfosfolipidbiosyntesen (Ofman et al., 2001), NOTCH4 er en hetvolerodimer reseptor i utviklingen av vaskulær og leddbrusk (Hayes et al., 2003; Iso et al., 2003), er NRG1 (neuregulin 1) en gruppe isoformproteiner produsert fra NRG1-genet ved alternativ spleising, disse isomerene samhandler med ERBB-reseptor og indusere vekst og differensiering av nevron- og gliaceller (Kerber et al., 2003; Fallon et al., 2004). DAAO (D-aminosyreoksidase) er et peroksisomalt enzym aktivert av G72 (D-aminosyreoksidaseaktivator) (Chumakov et al., 2002). CHRNA7 er en nikotinisk acetylkolinreseptor-underenhet som tilhører superfamilien av ligand-gatede ionekanaler og som involverer utviklingen av sentralnervesystemet (Agulhon et al., 1999; Raux et al., 2002). PRODH (proline dehydrogenase) er et enzym som katalyserer prolin til Δ-1-pyrrolin-5-karboksylat (P5C), det første trinnet i omdannelsen av prolin til glutamat (Harrison og Owen 2003; Lee et al., 2003). Sletting av dette genet har vært assosiert med hyperprolinemi (Jacquet et al., 2002). De funksjonelle rollene til disse genene på nevroncellene garanterer ytterligere undersøkelser for å forutsi den mulige patologiske prosessen for schizofreni. I dette RIGOS-prosjektet vil vi bruke in vitro-cellelinje for å utføre funksjonelle laboratoriestudier for å validere noen av disse risikomutasjonene identifisert i dette RIGOS-prosjektet.