Γονιδιωματική σύγκλιση για τον προσδιορισμό των υπεύθυνων γονιδίων για πολυπαραγοντικά νοσήματα

Abstract

Autism Spectrum Disorders (ASD), including autism, Asperger's disorder, and pervasive developmental disorder-not otherwise specified (PDD-NOS), is a clinically and genetically heterogenous group of neurodevelopmental disorders characterized by significant impairment in social communication and interaction as well as the presence of restricted interests, stereotyped and repetitive behaviors (1). It is one of the most common neurodevelopmental disorders in early childhood, affecting approximately 1 in 59 children. Autism spectrum disorders (ASDs) usually coexist with other conditions, such as motor problems (79%), gastrointestinal problems (up to 70%), epilepsy (up to 30%), mental retardation (45%) and sleep disorders (50- 80%) (2). Also, speech disorders occur very often in children with ASD and therefore were one of the diagnostic criteria for the syndrome according to the fourth edition of the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-IV). Studies have shown that intensive early intervention programs can improve cognitive and language skills as well as the social behavior of children with ASDs (3, 4, 5).ASD is a multifactorial disease that is affected by a variety of genetic, environmental and possibly immune factors that act during critical periods of life and alter key developmental processes. The interaction of the environment with the genetic background of an individual leads to the great phenotypic heterogeneity of the disease. This has made it very difficult to elucidate the underlying genes despite the tremendous progress that has been made in this area. It is estimated that approximately 40% of children with ASDs are currently diagnosed with a genetic syndrome or chromosomal abnormality (including duplication or deletion of DNA fragments) or a single gene disorder or genetic variants of specific genes (genetic polymorphisms) or metabolic diseases.The purpose of this thesis is to investigate the genetic background of Autism.The results of the genome wide linkage studies (GWLS) were synthesized using the HEGESMA methodology of linkage genome meta-analysis (gene scanning) to identify important genetic loci associated with autism spectrum disorders. The present meta-analysis identified chromosomal regions with some indication of association with autism, such as regions 7q22.3-q34, 5p15.33-5p15.1, 15q22.32-15q26.1, 1q23.2-1q31.1 and 8p21.1-8q13.2, where some strong autism candidate genes are located but still need further investigation.At the same time, a field summary of all genetic association studies, both candidate gene association studies and genome wide association studies on autistic disorders, was conducted. In total, 57 genes and 128 polymorphisms were investigated in 159 GAS. The main meta-analyses showed a statistically significant role for 28 genetic polymorphisms, which are located on 19 genes. These polymorphisms are located to the following 19 genes: ADA, CD157 / BST1, DRD1, EN2, MET, MTHFR, SLC6A4, SNAP25, VDR, ADRA1B, ASMT, C4B, DRD3, NLGN4, NRXN1, OXTR, PFTK1, REL.In addition, the methodology of genomic convergence was applied to identify genetic loci with concomitant statistical support from independent methodological approaches.

Οι διαταραχές του φάσματος του αυτισμού (ASD), συμπεριλαμβανομένης της αυτιστικής διαταραχής, της διαταραχής του Asperger και της διάχυτης αναπτυξιακής διαταραχής μη προσδιοριζόμενης αλλιώς (PDD-NOS), είναι χρόνιες νευροαναπτυξιακές διαταραχές που εμφανίζονται στην παιδική ηλικία και χαρακτηρίζονται από έκπτωση της επικοινωνίας και της κοινωνικής αλληλεπίδρασης καθώς και από στερεοτυπικές ή επαναλαμβανόμενες συμπεριφορές, ενδιαφέροντα ή δραστηριότητες (1). Αποτελούν τις πιο συχνές νευροαναπτυξιακές διαταραχές της παιδικής ηλικίας, προσβάλλοντας περίπου 1 στα 59 παιδιά. Συνήθως οι διαταραχές του φάσματος του αυτισμού (ASD) συνυπάρχουν με άλλες καταστάσεις, όπως κινητικά προβλήματα (79%), διαταραχές του γαστρεντερικού συστήματος (έως 70%), επιληψία (έως 30%), νοητική υστέρηση (45%) και διαταραχές ύπνου (50-80%) (2). Επίσης, διαταραχές υοθ λόγου εμφανίζονται πολύ συχνά στα παιδιά με ASD και για αυτό αποτελούσαν και ένα από τα διαγνωστικά κριτήρια του συνδρόμου σύμφωνα με την τέταρτη έκδοση του Διαγνωστικού και Στατιστικού Εγχειριδίου Ψυχικών Διαταραχών (DSM-IV). Μελέτες έχουν δείξει ότι τα εντατικά προγράμματα έγκαιρης παρέμβασης μπορούν να βελτιώσουν τις γνωστικές και γλωσσικές ικανότητες καθώς και την κοινωνική συμπεριφορά των παιδιών με ASDs (3, 4, 5). Πρόκειται για πολυπαραγοντική ασθένεια που επηρεάζεται από μια ποικιλία γενετικών, περιβαλλοντικών και πιθανώς ανοσολογικών παραγόντων που δρουν κατά τη διάρκεια κρίσιμων περιόδων της ζωής και μεταβάλλουν βασικές αναπτυξιακές διεργασίες. Η αλληλεπίδραση του περιβάλλοντος με το γενετικό υπόβαθρο ενός ατόμου εκδηλώνεται διαφορετικά σε κάθε περίπτωση, οδηγώντας έτσι στην μεγάλη φαινοτυπική ετερογένεια της νόσου. Αυτό έχει καταστήσει πολύ δύσκολη την αποσαφήνιση των υποκείμενων γονιδίων παρά την τεράστια πρόοδο που έχει κάνει η επιστήμη. Υπολογίζεται ότι σήμερα περίπου σε ποσοστό 40% των περιπτώσεων παιδιών με ASDs αναγνωρίζεται κάποιο γενετικό σύνδρομο ή χρωμοσωμική ανωμαλία (συμπεριλαμαβνομένων διπλασιασμών ή διαγραφών τμημάτων DNA) ή μονογονιδιακό νόσημα ή γενετικές παραλλαγές συγκεκριμένων γονιδίων (γενετικοί πολυμορφισμοί) ή μεταβολικά νοσήματαΣκοπός της συγκεκριμένης διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση του γενετικού υποβάθρου του Αυτισμού.Για την ανίχνευση γενετικών τόπων που συνδέονται με τις διαταραχές του αυτιστικού φάσματος έγινε η σύνθεση των αποτελεσμάτων των μελετών ευρείας γονιδιωματικής σύνδεσης (genome wide linkage studies-GWLS) χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία της μετα-ανάλυσης γονιδιώματος σύνδεσης (γονιδιακή σάρωση) HEGESMA. Η συγκεκριμένη μετα-ανάλυση προσδιόρισε χρωμοσωμικά τμήματα με σημαντική ένδειξη σύνδεσης με την αυτιστική διαταραχή, όπως οι περιοχές 7q22.3-q34, 5p15.33-5p15.1, 15q22.32-15q26.1, 1q23.2-1q31.1 και 8p21.1-8q13.2, όπου εδράζονται κάποια ισχυρά υποψήφια γονίδια του αυτισμού αλλά χρήζουν ωστόσο περαιτέρω διερεύνησης.Παράλληλα, έγινε σύνθεση όλων των μελετών γενετικής συσχέτισης υποψήφιων γονιδίων (GAS) αλλά και μελετών ευρείας γονιδιωματικής συσχέτισης (GWAS), όσον αφορά τις αυτιστικές διαταραχές. Συνολικά, 57 γονίδια και 128 πολυμορφισμοί εξετάστηκαν σε 159 ΜΓΣ. Οι κύριες μετα-αναλύσεις ανέδειξαν ως στατιστικά σημαντικούς 28 γενετικούς πολυμορφισμούς, οι οποίοι εδράζονται σε 19 γονίδια. Οι συγκεκριμένοι πολυμορφισμοί ανήκουν στα εξής 19 γονίδια: ADA, CD157/BST1, DRD1, EN2, MET, MTHFR, SLC6A4, SNAP25, VDR, ADRA1B, ASMT, C4B, DRD3, NLGN4, NRXN1, OXTR, PFTK1, RELN και RIT2.Τέλος, εφαρμόστηκε η μεθοδολογία της γονιδιωματικής σύγκλισης συνδυάζοντας τα αποτελέσματα από ανεξάρτητες μεθοδολογικές προσεγγίσεις.