Az elmebetegségek genetikája

1. Az elmebetegségek genetikája Janka Zoltán Szegedi Tudományegyetem Pszichiátriai Klinika „Genetika és az emberi változékonyság” 2006. november 9., MTA, Budapest

2. Pszichés zavarok (pz) kialakulásának háromdimenziós modellje pz1 pz2 Környezet/életesemény pz3 Pszichológia pz4 Biológia/genetika jz

3. Az ázsiai katicabogár (Harmonia axyridis) szárnyszín mintázatának sokfélesége

4. Dopamin és szerotonin receptorok aminosav szekvenciája és membrán topológiája (Cravchik és Goldman, Arch Gen Psychiat 57: 1105-1114, 2000)

5. Fogékonysági Intermedier Szindrómák allélok fenotípusok Weinberger (2001) nyomán Gén a Gén b Gén c Gén a Gén d Gén e Gén e Gén f Gén g Gén f Gén g Gén h Vonás 1 Vonás 2 Vonás 3 Vonás 4 Környezet B C A Kapcsolt vonások gén gén gén gén gén gén Módosító allélok

8. Az affektív zavarok genetikai epidemiológiája • Családi halmozódás: recurrence risk ratio, λR=érintett személy rokonának betegségkockázata/átlagpopuláció • Bipoláris affektív zavar: lifetime risk: 0.3-1.5% (N:F azonos); elsőfokú rokon λR=7, egypetéjű iker λR=60 (NIMH, 1999) • Unipoláris major depresszió: 2-19% prevalencia (N:F=2:1), elsőfokú rokon (kétpetéjű iker) λR=1.1-1.6. Odds ratio (érintett proband vs. elsőfokú rokon) =2.84 (5 családvizsgálat átlaga, Sullivan et al, 2000)

9. Családvizsgálatok major depresszióban: elsőfokú rokonok betegségkockázata (morbidity risk, MR) Sullivan et al, Am J Psychiat 157: 1552-1562, 2000

10. Depresszióhajlam (major d.) öröklődési becslés-értékei férfi és női ikerpárok-ban az egyes ikervizsgá-latokban Sullivan et al, AJP 157: 1552, 2000

12. Genetikai kapcsoltsági vizsgálatok hangulatzavarokban 1. (Tsuang et al, J Psychiat Res 38: 3-15, 2004)

13. Genetikai kapcsoltsági vizsgálatok hangulatzavarokban 2. (Tsuang et al, J Psychiat Res 38: 3-15, 2004)

14. Genetikai kapcsoltsági vizsgálatok hangulatzavarokban 3. (Tsuang et al, J Psychiat Res 38: 3-15, 2004)

15. Szerotonin transzporter (5-HTT) promoter polimorfizmus • Gén: 17. kromoszóma (17q11.2) • Promoter régió: polimorf • Két leggyakoribb allél: • 14 (short, S), 16 (long, L) repeat unit • S-allél: csökkent 5-HTT kifejeződés • 40 % kaukázusiakban, 60 % ázsiaiakban • Depresszió, SAD, anxietas, impulzivitás • Rosszabb terápiás válasz SSRI-re • 5-HT antidepr. indukált mánia bipoláris zavarban (Mundo et al. AGP 58: 539, 2001)

16. Major depressziós epizód kialakulása (ordinata, %) 26 éves korban a 21-26 év közötti stressz életesemények száma (abscissa) és a szerotonin transzporter genetikai status (rövid/hosszú allél) függvényében Caspi et al, Science 301: 386-389, 2003

17. Genomra terjedő szignifikáns kapcsoltság recurrens, korai-kezdetű major depresszióban a 15q kromoszómán (Holmans et al, Am J Hum Genet 74: 1154-1167, 2004) 389 mikroszatellita marker; Zlr = 4.14; ekvivalens LOD = 3.73; p = 0.023; kapcsoltság: kromoszóma 15q25.3-26.2

18. Genomra terjedő szignifikáns kapcsoltság recurrens, korai-kezdetű major depresszióban a 15q kromoszómán (Holmans et al, Am J Hum Genet 74: 1154-1167, 2004) Sötét vonal: Zlr értékek (b.o.); világos vonal: ALLEGRO program információtartalom (j.o.); chr 15q: 103.2 cM; ábra alsó sávjában a markernevek

19. C.Serre: Savoir vivre, Glénat 1981

21. C.Serre Savoir vivre Glénat 1981

22. Cusp catastrophe model A y3 = x + zy C B D y y E x z z x

23. Cusp catastrophe model of suicide y=behaviourx=normal factorz=splitting factor y3 = x + zy life suicidal behaviour y death x biology/5-HT hopelessness z life events, sociocultural norms

24. A: Clustered image map (CIM) of the hierarchical cluster analysis of significantly different genes (218 up-regulated, red; 73 down-regulated, blue spectrum) in depressed suicide brains (BA11, orbital gyrus). B: CIM of a subsample of genes up-regulated (5-HT2A receptor, cytoskeleton protein Actinin 1). C: PCA on the differentially expressed genes (blue: controls, red: depressed suicide) [Gwadry et al, Am J Med Genet 133C: 48-56, 2005]

25. Hierarchical cluster analysis of the 375 genes identified as being differently expres-sed in BA 11. A: Clustered image map (red spectrum: up-regulated, blue: down-regulated). C, controls; DSC, depressed suicide completers; SC, suicide completers. B: Cluster set plots (light green line: average expression profile). C: Principal component analysis. DSC, SC, and C groups show separation on the first component. D: Gene Ontology terms in %. (Sequeira et al, AGP, 2006)

26. Hierarchical cluster analysis of the 282 genes identified as being differently expres-sed in BA 8/9. A: Clustered image map (red spectrum: up-regulated, blue: down-regulated). C, controls; DSC, depressed suicide completers; SC, suicide completers. B: Cluster set plots (light green line: average expression profile). C: Principal component analysis. DSC, SC, and C groups show separation on the first component. D: Gene Ontology terms in %. (Sequeira et al, AGP, 2006)

27. Confirmation of spermine/ spermidine N1-acetyltransferase (the rate-limiting enzyme in the catabolism of polyamines) gene (SSAT) expression differences at the protein level. A: Immu-nohistochemical staining photomicrographs of adjacent brain sections using an anti-SSAT polyclonal antibody in BA 4, 8/9, and 11. C, control; SC, suicide completer; DSC, depressed suicide completer. B: Western blot analysis using an anti-SSAT polyclonal antibody in BA 4, 8/9, and 11. Asterisk: significant difference. (Sequeira et al, AGP, 2006)

28. Microarray and real-time PCR mRNA quantification for selected serotonin and neurotrophic receptors in depressed-suicide (SD) victims vs. controls (C). Microarray expression levels [a] for 5-HT1A and 5-HT2A receptors; [b] for fibroblast growth factor receptor 3 (FGFR3) and neurotrophic receptor kinase receptor 2 (NTRK2). [c] Real-time PCR (Sybr-PCR) mRNA quantification: good correlation with microarray results. [d] Average fold change differences (SD vs. C). Sibille et al, Neuropsychopharmacology 29: 351-361, 2004

29. The absence of difference between patients and controls was independently verified by real-time PCR (Sybr-PCR) for selected genes (#) Sibille et al, Neuropsy-chopharma-cology 29: 351-361, 2004

30. Triptofán hidroxiláz 1 (intron 7) A218C génpolimorfizmus öngyilkosságot megkísérelt személyekben (Ambrus et al, 2005)

31. Családvizsgálatok és örökbefogadási tanulmányok bipolaris hangulatzavarban • Családvizsgálatok: (1) A bipolaris probandusok rokonai magasabb kockázatot mutatnak mind bipolaris, mind unipolaris hangulatzavar kialakulására. (2) Az unipolaris probandusok rokonai magasabb kockázatot mutatnak az unipolaris, de nemigen a bipolaris hangulatzavar kialakulására. • Örökbefogadás: (1) Adoptált, később bipolaris probandusok biológiai szüleiben magasabb ezen betegség előfordulása az örökbefogadó szülőkhöz képest. (2) Adoptált és nem-adoptált bipolaris probandusok biológiai szüleiben azonos a betegség gyakorisága. (3) Normál örökbefogadottak biológiai és örökbefogadó szüleiben ennél alacsonyabb a betegség kockázata és azonos a bipolaris probandusok örökbefogadó szüleivel. ( Mendlewicz & Rainer, 1977; Wender et al, 1986)

32. Bipolaris zavar (BP) kialakulásának kockázata (%) elsőfokú rokonokban

33. Nagyobb ikervizsgálatok bipolaris hangulatzavarban (MZ=monozigóta, DZ=dizigóta, konk.=konkordancia)

34. BP

35. Főbb szignál transzdukciós utak bipolaris hangulatzavarban

37. A glükogén szintáz kináz 3-beta enzim genetikai polimorfiz-musa (promoter régió –50T/C) befolyásolja a bipolaris I han-gulatzavar kialakulásának kezdetét (n=60, átlagok: T/T=29.33 T/C=35.67, C/C=39.33 év) [Benedetti et al, Neurosci Lett, 2004]

38. A glükogén szintáz kináz 3-beta enzim genetikai polimorfizmusa (promoter régió –50T/C) befolyásolja a lithiumra adott hosszú távú terápiás választ bipolaris I hangulatzavarban (n=88, C allélt hordozók: jobb válasz) [Benedetti et al, Neurosci Lett 376: 51-55, 2005]

39. Noradrenalin (NE) szintézise a noradrenerg neuronban. A dopamin (DA) a citoplazmában szintetizálódik; felvétele a szinaptikus vezikulába a vezikuláris monoamin transzporterrel történik, a vezikuláris membrán proton grádiense energiájával. A dopamin-ß-hidroxiláz (DßH) a DA-t a vezikulákban NE-né alakítja. tyr, tirozin; TH, tirozin hidroxiláz; AADC, aromás L-aminosav dekarboxiláz

40. Plazma dopamin-ß-hidroxiláz aktivitás a gén –1021C/T polimorfizmusa függvényében (a variancia 44%-áért felel) Cubells & Zabetian, Psychopharmacology 174: 463-476, 2004

41. Pato et al, Am J Med Genet 127B: 30-34, 2004 Non-parametric multi-point linkage analysis by GENEHUNTER 2.0 in bipolar disorder

42. Pato et al, Am J Med Genet Part B (Neuropsychiat Genet) 127B: 30-34, 2004 Fine mapping of chromosomes 6 and 11 in bipolar families. NPL scores (y-axis) for original genome scan markers (black) and for all fine map markers (blue). Tick marks on x-axis represent the position of markers genotyped. Azorean (10) and Madeiran (2) Islands plus Coimbra (4) families, Portugal. Family members: 102; 46 affected (bipolar disorder). Genotyping: 366 microsatellite markers with an average inter-marker spacing of 9.6 cM. Linkage – Chr.6: D6S1021 (104.7 Mb), D6S1639 (125 Mb); Chr.11: D11S1883

43. A bipolaris hangulatzavar kialakulásának heurisztikai modellje Fogékonysági génlokuszok, felmerült gének; Környezeti, epigenetikus, stochasztikus tényezők modulációs hatása; Hajlam a kialakulásra Hasler et al, Biol Psychiat, 2006 (in press)

45. A szorongás genetikai állatmodelljei • 5-HTT génkiütött egér: szorongás-szerű viselkedés, csökkent agresszió, fokozott stressz-válasz (Holmes et al, 2003) • Metabotróp glutamát receptor III. csop. (4,6,7,8) közül a mGluR7 génkiütött (knock out) egér (Cryan et al, 2003) • Limbikus corticotropin-releasing hormon (CRF) receptor génmanipuláció (Müller et al, 2003) • 5-HT1A receptor génkiütött egér: anxiosus-szerű fenotípus (ismeretlen és új környezet kerülése, fokozott félelmi reakció és stressz-válasz, neuroendokrin változások (Toth, 2003)

46. Neuroproteomika: magas (HAB) és alacsony szorongásos viselkedést mutató (LAB) egerek; a glioxaláz-1 expressziójában különbség (nyíl) [Krömer et al, J Neurosci 25: 4375-4384, 2005]

47. Vörösvérsejt fehérje extraktumok Western blot analízise különféle laboratóriumi állatokból (HAB-M, LAB-M). Immunoreaktív glioxaláz-1 fehérjesáv(A) és annak (B) denzitometriája Krömer et al, J Neurosci 25: 4375-4384, 2005

48. A glioxaláz-1 gén (Glo1) kifejeződés microarray analízise. HAB és LAB egerek n.paraventricularisában a Glx1 mRNS expresszió mértéke (J Neurosci 25: 4375-4384, 2005)

49. A glioxaláz-1 (Glx1) fehérje, mint biomarker prediktív validitása. Ismeretlen eredetű vérminták Glx1 expressziója alapján meg lehet ítélni, hogy a minta magas (HAB), vagy alacsony szorongásos viselkedést (LAB) mutató kísérleti egerekből származik-e. Az eredmények 17 mintája, Western blot analízis, Glx1 ellenes specifikus antitest. Krömer et al, J Neurosci 25: 4375-4384, 2005

50. Pánik betegség és genetikai polimorfizmusok • Gratacòs et al (Cell 106: 367, 2001): a 15. kromoszóma 15q24-26 polimorf interstitialis duplikációja (DUP25) pánik/agorafóbia/szociális fóbia/laza izület familiáris eseteiben és nem-familiáris pánik betegségben (kontrollok 7%-ában csak, spanyol populáció, citogenetika) • Inada et al (2003): az 5-HT2A receptor gén MSpI A2 allél és pánik betegség összefüggése (japán populáció, 63 biológiailag nem rokon beteg, 100 nem rokon kontroll személy) • Hamilton et al (2002): fogékonysági lokusz pánik betegségre a 22. kromoszóma COMT génjén belül, vagy ahhoz közel (472G/A-Val/Met, 186C/T-néma és D22S944 marker iránt magas LOD értékek, asszociáció utóbbival szignifikáns)