Geny kandydujące, związane z paleniem tytoniu

Badania typu linkage studies (analiza sprzężeń) pozwoliły zidentyfikować regiony ludzkiego genomu, w których mogą znajdować się loci genów, wpływających na feno-typ palenia oraz rozwój uzależnienia [15, 322]. Z kolei lepsze poznanie mechanizmów funkcjonowania układu nagrody, związanych z neurotransmisją monoaminową, pozwo-liło wytypować kandydujące geny, hipotetycznie zaangażowane w patogenezę palenia [190, 287]. Podobnie, geny determinujące metabolizm nikotyny uważane są za poten-cjalnie wpływające na rozwój uzależnienia od tej substancji [143, 222, 257, 346]. Od początku lat 90. pojawiło się wiele doniesień na temat związku pomiędzy polimorficz-nym zróżnicowaniem genów kandydujących a paleniem tytoniu i różpolimorficz-nymi aspektami tego zachowania [225]. Obecnie dokonywane są również przeglądy i metaanalizy badań asocjacyjnych dla lepszej oceny tego związku [225, 320].

1.5.1. Gen receptora D2 dopaminy (DRD2)

Pierwsze badania obejmowały loci genów wpływających na neurotransmisję do-paminy [55, 57, 185, 187, 237, 297, 318]. Wykazały one znamienne różnice w wystę-powaniu alleli genów kodujących receptor D1, D2 i D4 dopaminy oraz transporter do-paminy (DAT) u palaczy i osób niepalących. Potwierdzało to hipotetyczną rolę

bada-nych genów kandydujących w rozwoju uzależnienia od nikotyny. Podstawą do przyję-cia takiej hipotezy było odkrycie, że wzmacniające działanie nikotyny odbywa się na drodze pobudzenia dopaminowego układu nagrody po jej przyłączeniu się do receptora nikotynowego na neuronach dopaminergicznych, co z kolei powoduje uwolnienie do-paminy do synapsy [53, 168]. W prawidłowym funkcjonowaniu układu nagrody klu-czową rolę odgrywać może zatem gen dla postsynaptycznego receptora D2 dopaminy, nazwany przez Noble’a genem nagradzania (reward gene) [237]. W 1989 roku Grandy i wsp. [114] określili lokalizację tego genu na chromosomie 11q. Od tego czasu poznano również warianty polimorficzne genu DRD2. Blum i wsp. [20] opisali polimorfizm typu TaqIA RFLP w 3’ niekodującym regionie genu DRD2 receptora dopaminy, z dwoma typami alleli: DRD2*A1 i *A2, przy czym obecność allelu DRD2*A1 związana była z mniejszą gęstością receptorów typu D2 w mózgu [151, 235, 334]. Inny polimorfizm, TaqIB RFLP, zlokalizowany został w regionie 5’ genu, bliżej regionu regulatorowego i kodującego genu DRD2, a dwa warianty polimorficzne nazwano odpowiednio DRD2*B1 i DRD2*B2 [124]. Niedawno wykazano, że oryginalnie opisywany polimor-fizm TaqIA DRD2 RFLP dotyczy położonego w jego sąsiedztwie nowo odkrytego genu, nazwanego ANKK1 (ankyrin repeat and kinase domain controlling 1), kodującego jedną z kinaz białkowych [231]. Stąd w nowszych publikacjach niektórzy autorzy dla uściśle-nia lokalizacji polimorfizmu używają określeuściśle-nia polimorfizm TaqIA DRD2/ANKK1 RFLP [274], inni stosują tradycyjne określenie TaqIA DRD2 RFLP [16, 67, 282], przy-jęte również w niniejszej rozprawie.

Według Noble’a, z powodu mniejszej liczby receptorów dopaminy w prążkowiu, nosiciele rzadziej występującego allelu DRD2*A1 mają upośledzoną neurotransmisję dopaminergiczną. To z kolei powoduje, że osoby te mają niewydolnie funkcjonujący system nagradzania i po ekspozycji na dopaminergiczne czynniki ich odczuwanie na-grody jest wzmożone. Osoby z takim czynnościowym deficytem w zakresie działania układu nagrody mogą zatem być bardziej skłonne do uzależnień, gdyż potrzebują czę-ściej powtarzających się stymulujących bodźców, np. nikotyny [237]. Badania wskazu-ją, że polimorfizmy receptora dopaminy D2 mają także związek z otyłością [236], wy-stępowaniem neuropsychiatrycznych chorób [54, 56], alkoholizmem [235]. Metabolizm dopaminy i czynność dopaminowych neuronów są modyfikowane jednocześnie przez

inne neurony, m.in. serotoninowe, noradrenergiczne, GABA-ergiczne i opioidowe. W związku z tym, Comings i Blum [58] sugerują istnienie złożonego defektu, wynikające-go z istnienia polimorficznych wariantów genów dla tych neurotransmiterów, proponu-jąc dla tego zespołu nazwę Reward Deficiency Syndrom (RDS). Zakłada się, że osoby cierpiące na ten zespół mogą mieć zwiększoną skłonność do uzależnień z powodu nie-prawidłowo funkcjonującego układu nagrody. Jednak badania nad zależnością pomię-dzy allelami TaqIA (A1 i A2) oraz allelami TaqIB (B1 i B2) genu DRD2 a paleniem ty-toniu nie dały dotychczas jednoznacznych wyników [18, 55, 120, 150, 237, 312, 318, 378, 381]. Obok badań potwierdzających związek pomiędzy allelem A1 a paleniem ty-toniu [55, 88, 237, 378], inne prace wykazały brak tego związku [381].

1.5.2. Gen transportera dopaminy (SLC6A3)

Transporter dopaminy (DAT), białko względnie swoiste dla komórek dopaminer-gicznych, uczestniczy w wychwycie (reuptake) dopaminy uwolnionej do zakończeń pre-synaptycznych. Gen DAT1 (locus SCL6A3), zlokalizowany na krótszym ramieniu piątego chromosomu (5p15.3) [353], jest jednym z kolejnych genów istotnych dla przemiany do-paminy w ustroju. Opisano kilka polimorfizmów typu VNTR (variable number of tandem repeats) tego genu w obrębie nie ulegającego translacji regionu na końcu 3’. Polimorfizm ten polega na występowaniu w genie różnej liczby kopii powtarzającej się sekwencji (tandemowych powtórzeń). W przypadku transportera dopaminy sekwencja ta ma dłu-gość 40 par zasad, a liczba jej powtórzeń waha się od trzech do jedenastu [353]. Badania wskazują, że najczęściej występujący wariant tego genu zawiera 10 kopii [153, 187].

Początkowo, funkcjonalny status polimorfizmu genu transportera dopaminy był niepewny. Dopiero Heinz i wsp. w badaniu przeprowadzonym in vivo przy wykorzysta-niu najnowszych technik obrazowania mózgu i wykrywania jego dysfunkcji (SPECT;

single photon emission computed tomography), wykazali zmniejszoną o 22% dostęp-ność transportera dopaminy w prążkowiu dla znakowanego ligandu u nosicieli allelu *9, w porównaniu z homozygotami *10/*10 [130]. Wyniki te potwierdzały zatem sugestie, że mniejsza ilość transportera, uwarunkowana najpewniej zmniejszoną transkrypcją u posiadaczy allelu *9, może być przyczyną większego stężenia dopaminy w synapsie

[106]. Uwzględniając rolę dopaminy jako neuroprzekaźnika w mezolimbicznym ukła-dzie nagrody, założono, że osoby o genotypie SLC6A3-10 doświadczają większego efektu przy pobudzeniu tego układu przez nikotynę, są zatem bardziej skłonne do uży-wania tytoniu. Ten możliwy patomechanizm mógł tłumaczyć wyniki wcześniejszych badań Lerman i WSP., wykazujących, że palacze znamiennie rzadziej posiadali allel *9 niż osoby nie palące, a palący tytoń nosiciele tego allelu [187] rzadziej rozpoczynali pa-lenie przed 16 rokiem życia, oraz częściej porzucali nałóg na dłuższe okresy niż palacze z innym genotypem. Warto zwrócić uwagę, że w tym badaniu istotnie rzadziej paliły tytoń osoby, będące nosicielami zarówno allelu SLC6A3-9 transportera dopaminy jak też allelu A2 genu receptora D2 dopaminy. Autorzy sugerowali, że zwiększone stężenie dopaminy w synapsie, uwarunkowane genotypem SLC6A3-9, może mieć wpływ ochronny przed paleniem, przy czym działanie to częściej wyraża się u osób z prawi-dłową gęstością receptora D2, uwarunkowaną genotypem DRD2-A2 [235]. Związek po-limorfizmu SLC6A3 ze statusem palenia tytoniu i rzucaniem tego nałogu potwierdziły badania Sabol i wsp. [288], natomiast nie potwierdzono w nich związku z wiekiem roz-poczynania palenia. W kolejnych badaniach nad hipotetyczną zależnością pomiędzy wariantami polimorficznymi genu transportera dopaminy a paleniem tytoniu wyniki by-ły jednak rozbieżne [152, 354]. Podobnie, sprzeczne wyniki uzyskiwano w badaniach określających funkcjonalne znaczenie polimorfizmu typu VNTR genu SLC6A3. Na przykład, zespoły Jacobsena i wsp. [145] oraz van Dycka i wsp. [355] wykazały na pod-stawie analizy wyników badania SPECT, że nosiciele allelu *9 mają nie mniejszą, jak to pierwotnie sugerowały badania Heinza i wsp. [130], lecz większą dostępność transpor-tera dopaminy. Inni autorzy stwierdzili w badaniach in vitro [217], że allel genu SLC6A3 z 9 powtórzeniami powoduje zwiększoną transkrypcję białka transportera do-paminy, co z kolei może prowadzić do zwiększonego wychwytu zwrotnego dopaminy i mniejszego stężenia tego neuroprzekaźnika w szczelinie synaptycznej. Dla odmiany, Martinez i wsp. [207] oraz Lynch i wsp. [198], przy zastosowaniu w swoich badaniach nowoczesnych technik obrazowania obszarów mózgu, nie wykazali związku pomiędzy polimorfizmem genu SLC6A3 a ilością transportera dopaminy w prążkowiu.

1.5.3. Gen transportera serotoniny (SLC6A4)

Badania dowodzą, że nikotyna zwiększa uwalnianie serotoniny w mózgu, a zmniejszona neurotransmisja serotoninergiczna po odstawieniu nikotyny może być czę-ściowo odpowiedzialna za wystąpienie zespołu abstynencyjnego [218, 280]. Gen trans-portera serotoniny (5-HTT; locus SLC6A4) przyciągnął uwagę badaczy jako gen poten-cjalnie zaangażowany w rozwój uzależnienia od tytoniu, ponieważ reguluje wielkość i czas trwania przekaźnictwa serotoninowego. Gen ten umiejscowiony jest na dłuższym ramieniu siedemnastego chromosomu (17q12) [277]. Polimorfizm w regionie promoto-rowym 5’ genu kodującego 5-HTT (5-HTTLPR; 5-HTT-linked polymorphism region) wyraża się w obecności tzw. krótkiego (short; S) lub długiego (long; L) wariantu allelu [129, 192]. W polimorficznym regionie może znajdować się różna liczba powtarzają-cych się, bogatych w guaninę i cytozynę, elementów o długości od 20 do 23 par zasad.

Allel L powstaje w wyniku insercji 44 par zasad i zawiera 16 powtórzeń wspomnianych elementów, allel krótki S charakteryzuje się natomiast delecją tego fragmentu genu i zawiera 14 powtórzeń. Badania wielu autorów [115, 129, 193] wykazały, że krótki allel genu 5-HTT jest związany z niższą efektywnością transkrypcyjną niż długi allel, co prowadzi do niższej ekspresji transportera serotoniny i w konsekwencji – do mniejszego zwrotnego wychwytu serotoniny. Stwierdzono także in vivo, że występowanie tego alle-lu wyraża się mniejszą gęstością transportera serotoniny w alle-ludzkim mózgu [130]. Ba-dania nad rolą polimorfizmu 5-HTTLPR w przyswojeniu i utrwaleniu się palenia tytoniu przyniosły sprzeczne wyniki. W odróżnieniu od Lerman i wsp. [186], którzy nie wyka-zali znamiennych różnic w rozkładzie genotypów 5-HTTLPR wśród palaczy i osób nie palących, badania przeprowadzone w populacji japońskiej wykazały związek pomiędzy obecnością allelu L i paleniem tytoniu [141]. Rozbieżność wyników tłumaczy się m.in.

różnicami w grupowaniu genów w poszczególnych populacjach [10, 189]. Fakt ten nie zniechęca jednak badaczy do podejmowania kolejnych prób oceny związku polimorfi-zmu genu transportera serotoniny z paleniem tytoniu. W jednym z ostatnich badań po-nownie potwierdzono znamiennie wyższą częstość występowania długiego wariantu allelu tego genu u palaczy tytoniu niż u osób nigdy nie palących [177].