1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Генетика
  4. T. 59, № 4, 2023

Генетика, 2023, T. 59, № 4, стр. 481-486

Ассоциация полиморфизма VNTR гена AS3MT с риском развития шизофрении

Г. И. Коровайцева 1, *, Т. В. Лежейко 1, И. В. Олейчик 1, В. Е. Голимбет 1, **

1 Научный центр психического здоровья
115522 Москва, Россия

* E-mail: korovaitseva@mail.ru
** E-mail: golimbet@mail.ru

Поступила в редакцию 26.05.2022
После доработки 27.06.2022
Принята к публикации 20.09.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Ген AS3MT кодирует метилтрансферазу мышьяка(III). VNTR-полиморфизм гена AS3MT, характерен только для генома человека и связан с экспрессией специфичной для человека изоформы белка AS3MTd2d3, которая является потенциальным фактором риска развития шизофрении. Нами проведен анализ распределения частот аллелей и генотипов полиморфизма VNTR на большой выборке этнических русских. Изучена ассоциация VNTR с риском развития шизофрении. Анализ проводили на выборке, включающей в себя 1002 больных шизофренией и расстройствами шизофренического спектра и 1510 человек контрольной группы. Обнаружено, что у женщин, носителей генотипа V3/V3, риск развития шизофрении увеличивается (ОШ = 1.4, 95% ДИ: 1.11–1.77).

Ключевые слова: полиморфизм VNTR, ген AS3MT, шизофрения.

Шизофрения является многофакторным заболеванием, причем генетический фактор играет значительную роль в развитии этого тяжелого психического расстройства [1, 2]. Проведенные полногеномные исследования ассоциаций (GWAS от англ. genome-wide association studies) выявили множество геномных локусов, связанных с риском шизофрении в мировых популяциях [3, 4]. Показано, что большинство вариантов риска, зарегистрированных в этих локусах, расположено в некодирующих областях генома, обогащенных регуляторными элементами, которые влияют на сплайсинг или транскрипцию генов-мишеней [5, 6].

Исследования механизмов регуляции генов, связанных с подобными генетическими вариантами, проводятся систематически [7]. Однако анализ генетических ассоциаций сохраняет, на наш взгляд, свою актуальность. Анализ частотного распределения изучаемых полиморфизмов в различных популяциях позволяет охарактеризовать их генетические особенности и оценить связь заболевания с фактором риска.

Полиморфизм вариабельного числа тандемных повторов (VNTR-полиморфизм) в экзоне 1 гена AS3MT, кодирующего метилтрансферазу мышьяка(III), является важным функциональным элементом, влияющим на активность промотора гена. Этот VNTR-полиморфизм присутствует только в геноме человека и ассоциирован с экспрессией специфичной для человека изоформы белка AS3MTd2d3, являющейся потенциальным фактором риска развития шизофрении [8].

Цель настоящего исследования – анализ распределения частот генотипов VNTR-полиморфизма AS3MT в группе этнических русских и изучение ассоциации этого полиморфизма с риском развития шизофрении.

Общая выборка больных включала в себя 1002 человека с шизофренией и расстройствами шизофренического спектра (рубрики F20, F21, F23 и F25 по МКБ-10; средний возраст 30.8 ± 11.2 лет; 500 женщин и 502 мужчины). В выборку не включали лиц с относительно острой и тяжелой хронической соматической патологией в стадии декомпенсации. Группу контроля, которая была сопоставима по полу и возрасту с группой пациентов, составили 1510 психически здоровых человек без наследственной отягощенности психическими заболеваниями (средний возраст 29.1 ± 11.3 лет; 761 женщина и 749 мужчин). Более 95% в каждой группе являлись этническими русскими.

Геномную ДНК выделяли из венозной крови методом фенол/хлороформной экстракции. Генотипирование проводили методом полимеразной цепной реакции (ПЦР), выполненной по стандартной процедуре с небольшими модификациями на амплификаторе C1000 Touch (Bio-Rad). Использовали олигонуклеотидные праймеры: прямой 5'-ATG CTG ATA CCG ACC TCC TG-3' и обратный 5'-GGT GAG GGG AGG ACA AAG G-3'. Полученные ПЦР-фрагменты разделяли в 8%-ном полиакриламидном геле. Аллель V2 (ПЦР-фрагмент из 419 пн) содержал две повторяющихся единицы, аллель V3 (ПЦР-фрагмент 455 пн) – три повторяющихся единицы. Аллель V4 включал четыре повтора, а ПЦР-фрагмент составлял 491 пн.

При анализе данных соответствие распределения частот генотипов равновесию Харди–Вайнберга оценивали с помощью критерия χ2. Для оценки значимости различий в распределении аллелей и генотипов полиморфного локуса в изучаемых подгруппах использовали критерий χ2 Пирсона. Риск того или иного аллеля или генотипа в развитии шизофрении определяли с помощью показателя отношение шансов (ОШ) с 95% доверительным интервалом (ДИ). За порог статистической значимости при определении ОШ и χ2 был принят стандартный уровень р = 0.05. Для анализа количественных данных применяли факторный дисперсионный анализ. Апостериорный анализ проводили с использованием поправки Бонферрони на множественность сравнений.

Молекулярно-генетическое исследование, проведенное на выборке больных шизофренией (1002 человек), показало следующее распределение генотипов VNTR-полиморфизма гена AS3MT: V3/V3 – 391 (39.0%), V2/V3 – 462 (46.1%), V2/V2 – 147 (14.7%), V3/V4 2 (0.19%). Частота аллеля V4 являлась очень низкой, поэтому мы исключили двух пациентов (один мужчина и одна женщина) с генотипами V3/V4 из дальнейшего анализа. Выборка больных шизофренией в результате составила 1000 человек. Распределение частот генотипов в ней соответствовало равновесию Харди–Вайнберга (χ2 = 0.31; р = 0.59). Частоты аллелей и генотипов у женщин и мужчин значимо не отличались. Распределение генотипов в группе здорового контроля было: V3/V3 – 497 (32.9%), V2/V3 – 746 (49.4%), V2/V2 – 267 (17.7%). Распределение частот генотипов соответствовало равновесию Харди–Вайнберга (χ2 = 0.2; р = 0.67). Достоверных отличий частот аллелей и генотипов у женщин и мужчин в контрольной группе не обнаружено.

Анализ распределения частот аллелей и генотипов выявил достоверное увеличение частоты генотипа V3/V3 у больных шизофренией по сравнению с контрольной группой (χ2 = 10.07, р = 0.0015). Для того чтобы выяснить, связано ли это различие с полом, мы проанализировали распределение частот генотипов в группах мужчин и женщин. Значения частот генотипов и аллелей у больных шизофренией и людей из контрольной группы, представлены в табл. 1.

Таблица 1.  

Распределение частот аллелей и генотипов VNTR-полиморфизма гена AS3MT у больных шизофренией и здоровых индивидов

Генотип,
аллель 		Больные шизофренией (n = 1000) Контрольная группа (n = 1510)
женщины (n = 492) мужчины (n = 508) женщины (n = 761) мужчины (n = 749)
V3/V3 201 (0.41)* 190 (0.37) 251 (0.33) 246 (0.33)
V2/V3 222 (0.45) 240 (0.47) 362 (0.48) 384 (0.51)
V2/V2 69 (0.14) 78 (0.15) 148 (0.19) 119 (0.16)
V3 624 (0.63)* 620 (0.61) 864 (0.57) 876 (0.58)
V2 360 (0.37) 396 (0.39) 658 (0.43) 622 (0.42)

Примечание. Для каждой группы приведено количество человек с определенным генотипом/аллелем, в скобках указана частота генотипа/аллеля; * – достоверные различия частот (р < 0.05).

Обнаружено значимое увеличение как частоты аллеля V3, так и генотипа V3/V3 у женщин больных шизофренией по сравнению с женщинами из контрольной группы (табл. 2). Частоты аллелей и генотипов у мужчин в группах достоверно не отличались. В качестве количественной меры эффекта при сравнении данных, мы использовали показатель отношения шансов (ОШ). Полученные значения ОШ указывают на то, что наличие генотипа V3/V3 повышает риск развития шизофрении у женщин (табл. 2).

Таблица 2.  

Оценка значимости различий в распределении аллеля V3 и генотипа V3/V3 VNTR-локуса гена AS3MT у мужчин и женщин в группах у больных шизофренией и здоровых индивидов

  Генотип V3/V3 Аллель V3
Женщины, χ2, р, ОШ (95% ДИ) χ2 = 8.03 χ2 = 10.95
p = 0.0046 р = 0.0009
ОШ = 1.4 (ДИ: 1.11–1.77) ОШ = 1.32 (ДИ: 1.12–1.56)
Мужчины, χ2, р, ОШ (95% ДИ) χ2 = 2.78 χ2 = 1.11
р = 0.096 р = 0.202
ОШ = 1.22 (ДИ: 0.97–1.55) ОШ = 1.11 (ДИ: 0.94–1.31)

Примечание. Для анализа использовали критерий χ2 Пирсона, ОШ – отношение шансов, ДИ – 95% доверительный интервал.

Чтобы проверить, не влияет ли генотип риска на некоторые характеристики заболевания, мы изучали возраст начала инициальных проявлений заболевания, не достигающих уровня клинической значимости, и возраст на момент постановки диагноза у носителей различных генотипов в группе женщин. Клинические характеристики в зависимости от генотипа представлены в табл. 3.

Таблица 3.  

Возраст инициальных проявлений заболевания и возраст на момент постановки диагноза у носителей различных генотипов VNTR-локуса гена AS3MT в группе женщин, больных шизофренией

Клинические показатели Генотип
V3/V3 V2/V3 V2/V2
Средний возраст начала инициальных проявлений заболевания, годы, стандартное отклонение 21.2 ± 9.9 19.9 ± 9.2 21.5 ± 10.6
Средний возраст на момент постановки диагноза, годы, стандартное отклонение 25.3 ± 10.4 25.4 ± 9.4 25.8 ± 11.21

Нами обнаружено, что генотип VNTR не оказывает влияния на эти клинические показатели. Не выявлено достоверной разницы среднего возраста начала проявления клинических симптомов и возраста проявления выраженной симптоматики у носителей различных генотипов.

Исследования GWAS выявили более 270 независимых локусов риска шизофрении [9, 10]. Локус 10q24.32-33 является одним из наиболее значимых участков генома, связанных с увеличением риска развития шизофрении как в европейских, так и в азиатских популяциях [3, 11–13]. Этот геномный район содержит блок генов, которые могут быть вовлечены в патогенез шизофрении и среди них ген AS3MT [8, 14, 15]. Была обнаружена специфичная только для человека изоформа AS3MTd2d3, в которой отсутствуют экзоны 2 и 3 по сравнению с полноразмерной формой. Показано, что эта укороченная изоформа экспрессируется предпочтительно в головном мозге, при этом у больных шизофренией экспрессия AS3MTd2d3 значительно выше, чем у людей без психических патологий [8]. Исследования, проведенные на выборках европейцев, афроамериканцев и азиатов показали, что функциональным полиморфизмом, влияющим не только на активность промотора гена AS3MT, но и на экспрессию уникальной изоформы AS3MTd2d3, является вариабельное число тандемных повторов в экзоне 1 гена AS3MT [8, 16]. В дальнейшем изучение VNTR-полиморфизма гена AS3MT вели в различных направлениях: анализировали связь VNTR с когнитивными нарушениями, характерными для шизофрении [17], определяли, регулирует ли этот полиморфизм напрямую альтернативный сплайсинг, приводящий к образованию уникальной изоформы AS3MTd2d3 [16]. Однако до сих пор, как это ни удивительно, не проводили анализ ассоциации вариантов VNTR с риском развития шизофрении в исследованиях “случай–контроль”. Кроме того, частоты аллелей и генотипов VNTR-полиморфизма гена AS3MT определяли на очень небольших выборках. Так, например одни авторы анализировали 60 афроамериканцев и 60 европейцев [18], другие – 93 человека из китайской популяции [17]. Небольшой размер выборок был связан с тем, что цели и методы исследований ограничивали авторов в количестве анализируемых образцов.

Определяя частоты аллелей и генотипов данного полиморфного локуса, мы впервые провели анализ на большой выборке этнических русских (1510 психически здоровых человек). Следует отметить, что определенные нами частоты гетерозиготы V2/V3 (49.4%) и гомозиготы V3/V3 (32.9%) отличались от значений, полученных ранее другими авторами для европейцев: частота встречаемости V2/V3 (38.3%) была ниже V3/V3 (43.3%) [18]. Возможно это отличие вызвано тем, что группа, на которой авторы проводили исследование, была невелика и включала всего 60 человек. В то же время частоты генотипов в выборках китайской популяции (V2/V3 – 50.5% и V3/V3 – 25.8%) и афроамериканцев (V2/V3 – 43.3% и V3/V3 – 33.3%) были сравнимы с полученными нами результатами [17, 18]. В 2006 г. С. Wood с соавт. опубликовали результаты исследования, согласно которым полиморфизм VNTR AS3MT является триаллельным у афроамериканцев (аллели с двумя, тремя и четырьмя повторами) и двуаллельным у европейцев (два и три повтора) [18]. В нашей работе в группе контроля (1510 человек) ни одного носителя аллеля V4 обнаружено не было. Однако анализ генотипов выборки больных шизофренией (1002 человека) выявил двух носителей V3/V4. У нас была возможность исследовать ДНК родителей одного из этих пациентов. Оказалось, что мать больного, не имеющая симптомов какого-либо психического расстройства, также является носителем этого аллеля. Такое отличие генотипических характеристик различных европейских популяций может быть объяснено либо мутацией de novo, либо очень низкой частотой V4, в результате чего этот аллель может быть обнаружен только в крупных выборках. Интересно, что при анализе небольшой выборки китайской популяции авторы также обнаружили образцы с аллелем, несущим четыре повтора, и его частота составляла 1.5% [17]. Таким образом, нельзя утверждать, что аллель V4 присутствует только у африканцев и полностью отсутствует в популяциях Европы и Азии. Однако его частота в последних значительно ниже.

Проведенный нами анализ ассоциаций вариантов VNTR гена AS3MT в исследованиях “случай–контроль” в группе этнических русских выявил связь генотипа V3/V3 с риском развития шизофрении. Полученные в настоящей работе результаты согласуются с данными исследований других авторов. Так, известно об увеличении уровня экспрессии специфичной изоформы AS3MTd2d3 в мозге больных шизофренией, носителей аллеля с тремя VNTR-повторами [8, 16]. Помимо этого, имеются данные о нарушении пластичности префронтальной коры у людей с аллелем V3 [17]. По мнению авторов статьи, это может объяснить механизм вклада VNTR AS3MT в развитие шизофрении, учитывая то, что у больных наблюдается задержка развития некоторых областей мозга, включая префронтальную кору [19, 20]. Кроме того, Х. Cai с соавт. в 2021 г. обнаружили, что повышенная экспрессия AS3MTd2d3, на которую влияет VNTR-полиморфизм гена AS3MT, значительно снижает плотность грибовидных дендритных шипиков [16]. Являясь наиболее зрелым типом шипиков, они отвечают за синаптическую пластичность и долговременную память [21], а потому являются важным эндофенотипом шизофрении. Во всех этих исследованиях продемонстрировано потенциальное регулирующее влияние VNTR AS3MT на риск развития шизофрении и роль аллеля V3 в этом процессе.

В настоящей работе мы показали, что V3/V3 повышает риск шизофрении у женщин, но не является фактором риска у мужчин. Значение показателя ОШ свидетельствует о том, что изучаемый полиморфизм вносит определенный вклад в риск развития заболевания, хотя и не обладает большим самостоятельным эффектом. Ранее мы изучали влияние генотипов VNTR на выраженность симптомов шизофрении в группах с родовыми осложнениями и без них, учитывая фактор пола [22]. Примечательно, что определенные закономерности также были выявлены в группе женщин: у носителей генотипа V2/V2 при наличии родовых осложнений отмечено увеличение средних бальных значений негативных симптомов, что связано с плохим прогнозом заболевания.

Наши исследования показали, что генотип V3/V3 влияет на риск развития шизофрении, но не связан с тяжестью заболевания. В то время как гомозигота по аллелю V2 оказывает влияние на тяжесть заболевания, увеличивая негативную симптоматику, но только у женщин и только при взаимодействии с дополнительным фактором – родовыми осложнениями. Таким образом, роль VNTR-полиморфизма гена AS3MT в опосредовании развития шизофрении и связанных с ней патологических изменений очевидна. Однако мы видим, что существуют отличия в том, как этот полиморфизм влияет на развитие и протекание заболевания у мужчин и женщин. Кроме того, необходимо учитывать возможное наличие ряда других генетических и средовых факторов, которые при взаимодействии с VNTR AS3MT могут определять особенности развития и протекания шизофрении.

Итак, в настоящей работе нами впервые было изучено распределение частот аллелей и генотипов VNTR AS3MT на большой выборке этнических русских и показана ассоциация данного VNTR-полиморфизма с риском развития шизофрении. Мы обнаружили, что женщины, носители генотипа V3/V3, имеют повышенный риск развития заболевания.

Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам институционального и/или национального комитета по исследовательской этике и Хельсинской декларации 1964 г. и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики.

От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Список литературы

  1. Riley B., Kendler K.S. Molecular genetic studies of schizophrenia // Eur. J. Hum. Genet. 2006. V. 14. № 6. P. 669–680. https://doi.org/10.1038/sj.ejhg.5201571

  2. Marder S.R., Cannon T.D. Schizophrenia. // N. Engl. J. Med. 2019. V. 381. № 18. P. 1753–1761. https://doi.org/10.1056/NEJMra1808803

  3. Schizophrenia Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium. Biological insights from 108 schizophrenia-associated genetic loci // Nature. 2014. V. 511. P. 421–427. https://doi.org/10.1038/nature13595

  4. Lam M., Chen C.Y., Li Z. et al. Comparative genetic architectures of schizophrenia in East Asian and European populations // Nat. Genet. 2019. V. 51. № 12. P. 1670–1678. https://doi.org/10.1038/s41588-019-0512-x

  5. Jaffe A.E., Straub R.E., Shin J.H. et al. Developmental and genetic regulation of the human cortex transcriptome illuminate schizophrenia pathogenesis // Nat. Neurosci. 2018. V. 21. № 8. P. 1117–1125. https://doi.org/10.1038/s41593-018-0197-y

  6. Takata A., Matsumoto N., Kato T. Genome-wide identification of splicing QTLs in the human brain and their enrichment among schizophrenia-associated loci // Nat. Commun. 2017. V. 8. P. 14519–14529. https://doi.org/10.1038/ncomms14519

  7. Huo Y., Li S., Liu J. et al. Functional genomics reveal gene regulatory mechanisms underlying schizophrenia risk // Nat. Commun. 2019. V. 10. № 1. P. 670–688. https://doi.org/10.1038/s41467-019-08666-4

  8. Li M., Jaffe A.E., Straub R.E. et al. A human-specific AS3MT isoform and BORCS7 are molecular risk factors in the 10q24.32 schizophrenia-associated locus // Nat. Med. 2016. V. 22. № 6. P. 649–656. https://doi.org/10.1038/nm.4096

  9. Schizophrenia Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium, Ripke S., Walters J.T., O’Donovan M.C. Mapping genomic loci prioritises genes and implicates synaptic biology in schizophrenia // MedRxiv. 2020.09.12. https://doi.org/10.1101/2020.09.12.20192922

  10. Trubetskoy V., Pardiñas A.F., Qi T. et al. Mapping genomic loci implicates genes and synaptic biology in schizophrenia // Nature. 2022. Apr 8. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04434-5

  11. Li L., Chang H., Huang T. et al. Recent positive selection drives the expansion of a schizophrenia-associated variant within 10q24.33 in human populations through its pleiotropic effects on diverse human complex traits // J. Psychiatry Brain Sci. 2017. V. 2. № 1. P. 1–17. https://doi.org/10.20900/jpbs.20170001

  12. Yu H., Yan H., Li J. et al. Common variants on 2p16.1, 6p22.1 and 10q24.32 are associated with schizophrenia in Han Chinese population // Mol. Psychiatry. 2017. V. 22. № 7. P. 954–960. https://doi.org/10.1038/mp.2016.212

  13. Xiao X., Luo X.J., Chang H. et al. Evaluation of European schizophrenia GWAS loci in Asian populations via comprehensive meta-analyses // Mol. Neurobiol. 2017. V. 54. № 6. P. 4071–4080. https://doi.org/10.1007/s12035-016-9990-3

  14. Duarte R.R.R., Troakes C., Nolan M. et al. Genome-wide significant schizophrenia risk variation on chromosome 10q24 is associated with altered cis-regulation of BORCS7, AS3MT, and NT5C2 in the human brain // Am. J. Med. Genet. (part B Neuropsychiatr. Genet). 2016. V. 171. № 6. P. 806–814. https://doi.org/10.1002/ajmg.b.32445

  15. Guan F., Zhang T., Li L. et al. Two-stage replication of previous genome-wide association studies of AS3MT-CNNM2-NT5C2 gene cluster region in a large schizophrenia case-control sample from Han Chinese population // Schizophrenia Research. 2016. V. 176. P. 125–130. https://doi.org/10.1016/j.schres.2016.07.004

  16. Cai X., Yang Z.H., Li H.J. et al. A human-specific schizophrenia risk tandem repeat affects alternative splicing of a human-unique isoform AS3MTd2d3 and mushroom dendritic spine density // Schizophr. Bull. 2021. V. 47. № 1. P. 219–227. https://doi.org/10.1093/schbul/sbaa098

  17. Zhao W., Zhang Q., Chen X. et al. The VNTR of the AS3MT gene is associated with brain activations during a memory span task and their training-induced plasticity // Psychol. Med. 2021. V. 51. № 11. P. 1927–1932. https://doi.org/10.1017/S0033291720000720

  18. Wood T.C., Salavagionne O.E., Mukherjee B. et al. Human arsenic methyltransferase (AS3MT) pharmacogenetics: gene resequencing and functional genomics studies // J. Biol. Chem. 2006. V. 281. № 11. P. 7364–7373. https://doi.org/10.1074/jbc.M512227200

  19. Li X., Xiao Y., Zhao Q. et al. The neuroplastic effect of working memory training in healthy volunteers and patients with schizophrenia: Implications for cognitive rehabilitation // Neuropsychologia. 2015. V. 75. P. 149–162. https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2015.05.029

  20. Thermenos H.W., Keshavan M.S., Juelich R.J. et al. A review of neuroimaging studies of young relatives of individuals with schizophrenia: a developmental perspective from schizotaxia to schizophrenia // Am. J. Med. Genet. (part B Neuropsychiatr Genet). 2013. V. 162. № 7. P. 604–635. https://doi.org/10.1002/ajmg.b.32170

  21. Berry K.P., Nedivi E. Spine dynamics: Are they all the same? // Neuron. 2017. V. 96. № 1. P. 43–55. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2017.08.008

  22. Korovaitseva G.I., Gabaeva M.V., Yunilainen O.A., Golimbet V.E. Effect of VNTR polymorphism of the AS3MT gene and obstetrical complications on the severity of schizophrenia // Bull. Exp. Biol. Med. 2019. V. 168. № 1. P. 84–86. https://doi.org/10.1007/s10517-019-04653-3

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Генетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал