The genetic basis of Gilles de la Tourette syndrome in populations of european ancestry

Abstract

Tourette syndrome (TS) is a childhood-onset neuropsychiatric disorder of complex aetiological background with multiple genes interacting with environmental factors to lead to the onset of symptoms. Clinically it is characterized by both multiple motor and at least one vocal tic. In the majority of cases it is accompanied by other comorbidities such as obsessive compulsive disorder, attention deficit hyperactivity disorder and autism spectrum disorders. Over the last two decades, various approaches were implemented from different studies aiming to the identification of susceptibility genes. However, the positive findings from the early studies presented difficulties in replication. This outcome was mainly due to the low power of individual studies, resulting from small sample sizes, analysed in each study. In the present PhD thesis, we attempted to further investigate the involvement of specific genes and regions in the aetiology of TS, for which there has already been positive evidence from previous studies suggesting them as candidates (SLITRK1, HDC, the 42 top SNPs of the 1st TS-GWAS), and also of novel genes which did not have any previous involvement with the syndrome (LHX6 and LHX8). For this purpose, we analysed a particular set of samples in each case, including TS trios but also TS cases and healthy controls depending on the used approach. The majority of samples were of European origin and were collected as parts of collaborative efforts, with many participating countries. Different methods were applied for analysis, such as targeted genotyping of common SNPs followed by investigation for genetic association, analysis of the LD patterns among the studied populations and in some cases meta-analysis including data from other studies. In some cases, our findings provided further support for the original findings that implicated particular genes in TS aetiology. More specifically, we reported possible association of SNPs and haplotypes within the SLITRK1 gene and TS. In addition, we provided further support for the histaminergic hypothesis with the positive association of SNPs and haplotypes in the HDC gene and we also managed to replicate the association signal of rs2060546, which was amongst the top hits of the first genome-wide association study (GWAS) for TS, in an independent sample. Moreover, some of our findings yielded evidence for the possible implication of genes that were not previously involved in TS aetiology (such as LHX6), while in the case of LHX8 we did not detect any significant association signals. In conclusion, the field of TS genetics has greatly improved during the last decades with many different approaches being implemented for the detection of different types of variants across the genome. The next couple of years are very promising for the field of TS genetics since the results of many collaborative efforts are expected.

Το Σύνδρομο Tourette (ΣΤ) είναι μια νευροψυχιατρική διαταραχή που εμφανίζεται κατά την παιδική ηλικία, η οποία έχει περίπλοκο αιτιολογικό υπόβαθρο, με πολλά εμπλεκόμενα γονίδια που αλληλοεπιδρούν με περιβαλλοντικούς παράγοντες ώστε να οδηγήσουν στην εμφάνιση των συμπτωμάτων. Από κλινικής πλευράς, χαρακτηρίζεται από πολλαπλά κινητικά και τουλάχιστον ένα φωνητικό τικ. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων συνοδεύεται από άλλες διαταραχές όπως η ιδεοψυχαναγκαστική διαταραχή, η διαταραχή ελλειμματικής προσοχής και υπερκινητικότητας και οι διαταραχές του φάσματος του αυτισμού. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, ποικίλες προσεγγίσεις εφαρμόστηκαν από διαφορετικές μελέτες, στοχεύοντας στην αναγνώριση γονιδίων προδιάθεσης. Ωστόσο, τα θετικά ευρήματα από τις πρώιμες μελέτες παρουσίασαν δυσκολίες στην επαλήθευσή τους. Το αποτέλεσμα αυτό οφειλόταν κυρίως στη χαμηλή ισχύ των μεμονωμένων μελετών, που προέκυψαν από τα μικρά μεγέθη δειγμάτων, που αναλύθηκαν σε κάθε μελέτη. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, προσπαθήσαμε να διερευνήσουμε περαιτέρω τη συμμετοχή συγκεκριμένων γονιδίων και περιοχών στην αιτιολογία του ΣΤ, για τα οποία έχουν ήδη υπάρξει θετικές ενδείξεις από προηγούμενες μελέτες που τα υπέδειξαν ως υποψήφια γονίδια (SLITRK1, HDC, τα 42 κορυφαία SNPs του 1ου TS-GWAS), καθώς επίσης και νέων γονιδίων που δεν είχαν προηγούμενη εμπλοκή με το σύνδρομο (LHX6 και LHX8). Για το σκοπό αυτό, αναλύσαμε σε κάθε περίπτωση ένα συγκεκριμένο σύνολο δειγμάτων, συμπεριλαμβανομένων πυρηνικών οικογενειών με ΣΤ (υγιείς γονείς και έναν απόγονο που νοσεί) αλλά και ασθενών με ΣΤ και ατόμων ελέγχου ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη προσέγγιση. Τα περισσότερα δείγματα ήταν Ευρωπαϊκής καταγωγής και συλλέχθηκαν μέσω συνεργατικών προσπαθειών, στις οποίες συμμετείχαν πολλές χώρες. Διαφορετικές μέθοδοι εφαρμόστηκαν για την ανάλυση, όπως η στοχευμένη γονοτύπηση κοινών μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών (SNPs), ακολουθούμενη από διερεύνηση γενετικής συσχέτισης, ανάλυση των προτύπων ανισορροπίας σύνδεσης μεταξύ των μελετώμενων πληθυσμών και σε μερικές περιπτώσεις μετα-ανάλυση συμπεριλαμβανομένων δεδομένων από άλλες μελέτες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα αποτελέσματά μας παρείχαν περαιτέρω υποστήριξη για τα αρχικά ευρήματα που ενέπλεξαν τα συγκεκριμένα γονίδια στην αιτιολογία του ΣΤ. Ειδικότερα, αναφέραμε πιθανή συσχέτιση μεταξύ SNPs και απλοτύπων εντός του γονιδίου SLITRK1 και του ΣΤ. Επιπλέον, παρείχαμε περαιτέρω υποστήριξη της ισταμινεργικής υπόθεσης με τη θετική συσχέτιση SNPs και απλοτύπων στο γονίδιο HDC, ενώ επίσης καταφέραμε να αναπαραγάγουμε το σήμα συσχέτισης του rs2060546, το οποίο ήταν μεταξύ των κορυφαίων σημάτων της πρώτης μελέτης συσχέτισης σε επίπεδο ολόκληρου του γονιδιώματος (GWAS) για το ΣΤ, σε ένα ανεξάρτητο δείγμα. Επιπλέον, μερικά από τα ευρήματά μας αποτέλεσαν ενδείξεις για την πιθανή εμπλοκή γονιδίων που δεν είχαν προηγουμένως σχετιστεί με την αιτιολογία του ΣΤ (όπως το LHX6), ενώ στην περίπτωση του LHX8 δεν ανιχνεύσαμε σημαντικά σήματα συσχέτισης. Συμπερασματικά, το πεδίο της γενετικής για το ΣΤ έχει βελτιωθεί σημαντικά κατά τις τελευταίες δεκαετίες με πολλές διαφορετικές προσεγγίσεις να εφαρμόζονται για την ανίχνευση διαφορετικών τύπων παραλλαγών στο γονιδίωμα. Τα επόμενα χρόνια είναι πολύ ελπιδοφόρα για τον τομέα της γενετικής για το ΣΤ, καθώς αναμένονται τα αποτελέσματα πολλών συνεργατικών προσπαθειών.