Geny kandydujące związane z teorią neurotrofinową

Wśród czynników genetycznych mogących mieć związek z zaburzeniami rozwoju mózgu szczególne zainteresowanie budzi BDNF – czynnik neurotroficzny mózgo-pochodny [395]. BDNF wpływa na rozwój neuronów dopaminergicznych,

serotoni-nergicznych i choliserotoni-nergicznych [268]. BDNF jest ważnym czynnikiem rozwoju kory czołowej i hipokampa [271]. We wczesnym okresie życia BDNF wpływa prawie na wszystkie aspekty rozwoju ośrodkowego układu nerwowego. Oddziaływanie to obej-muje: wpływ na proliferację komórek nerwowych, migrację komórek nerwowych, przeżycie i protekcję neuronów oraz plastyczność neuronalną związaną ze wzro-stem dendrytów, a także tworzeniem połączeń neuronalnych i formowaniem synaps. Dowiedziono również udział BDNF w synaptogenezie, molekularnych procesach uczenia się, powstawania oraz utrwalania pamięci poprzez długotrwałe wzmocnie-nie synaptyczne w hipokampie (long term potentialization – LTP). Podczas rozwoju ekspresja BDNF jest znacznie większa w mózgu w porówaniu do tkanek obwodo-wych. Istotny wzrost ekspresji BDNF w mózgu jest obserwowany w rozwoju post-natalnym. W dojrzałym układzie nerwowym BDNF wykazuje bardzo zróżnicowany wzór ekspresji. Najwyższy poziom mRNA zaobserwowano w hipokampie, ciele migdałowatym, korze mózgowej i podwzgórzu [78]. BDNF oddziałuje z receptorem błonowym TrkB (tyrosine kinase B) [399]. Związanie BDNF z receptorem prowadzi do aktywacji złożonych wewnątrzkomórkowych szlaków przekazywania sygnałów, w których zaangażowanych jest wiele białek tzw. wtórnych przekaźników sygnału. TrkB ulega ekspresji w różnych jądrach podwzgórza. Liczne z tych jąder są zaan-gażowane w procesy kontroli aktywności ruchowej i sytości. Z tego powodu BDNF mógłby wpływać na aktywność fizyczną oraz zachowania związane z przyjmowa-niem pokarmu. Pierwsze doniesienie Lapchak’a i Hefti’ego (1992) wskazywało na rolę BDNF w regulacji zachowań żywieniowych i ograniczenie przyrostu wagi [251]. W modelu zwierzęcym podanie BDNF bezpośrednio do podwzgórza szczu-rów spowodowało utratę wagi i supresję apetytu [334]. Opisane zaburzenia są obser-wowane w okresie niedożywienia. BDNF wpływa również na wydzielanie hormo-nalne, w tym również na oś podwzgórze-przysadka-gonady, których nieprawidłowe funkcjonowanie postuluje się w etiopatologii jadłowstrętu psychicznego. W kilku badaniach dowiedziono, że poziom BDNF w surowicy krwi pacjentek z JP jest istot-nie obniżony [311]. Ludzki gen BDNF został zlokalizowany na chromosomie 11 (11 p.13). Stosunkowo niedawno określono dokładną budowę ludzkiego genu BDNF. Gen obejmuje sekwencję około 70 tysięcy par zasad i składa się z 11 eksonów oraz posiada 9 funkcjonalnych, tkankowo specyficznych promotorów [347]. Wśród licz-nie badanych polimorfizmów genu BDNF największe znaczelicz-nie w predyspozycji do chorób neuropsychiatrycznych przypisuje się funkcjonalnemu polimorfizmowi pojedynczego nukleotydu (Single Nucleotide Polymorphism – SNP). Polimorfizm ten charakteryzuje się substytucją 196G>A, powodującą na poziomie białka zamia-nę waliny w pozycji 66 na metionizamia-nę (Val66Met). Zamiana ta wpływa na sekrecję kodowanej formy białka. Ponadto wykazano, że allel Val66 wiąże się z większą ak-tywnością białka, co wpływa na szereg szlaków przekazywania sygnału na poziomie neuronalnym. Uzyskane wyniki badań asocjacyjnych w chorobach psychicznych są niejednoznaczne. W przypadku JP pierwotnie allel Met66 wykazał silną asocjację z restrykcyjnym typem JP i niską wartością współczynnika BMI (body mass index) w populacji hiszpańskiej [357]. Wykonane badania replikacyjne potwierdziły aso-cjację allelu Met66 w całej grupie zaburzeń odżywiania się, niezależnie od badanej

subpopulacji (bulimia, jadłowstręt psychiczny restrykcyjny i bulimiczno-oczyszcza-jący) [95, 238, 359-360, 371]. Nieliczne jak dotąd doniesienia negatywne [88, 123] nie wykluczają allelu Met66 jako czynnik ryzyka dla JP. Ponadto badania asocjacyj-ne genów – receptorów (NTRK2 i NTRK3) dla BDNF wskazują na istotasocjacyj-ne znaczenie neurotrofin w regulacji zachowań żywieniowych i potencjalnych czynników predys-ponujących do JP. W badaniach z wykorzystaniem czynnościowego rezonansu ma-gnetycznego wykazano, że polimorfizm Val66Met jest związany z różnicami w ob-jętości hipokampa i tym samym może stanowić czynnik zwiększający podatność na rozwój dysfunkci związanych z tym obszarem mózgu [48, 422]. Potwierdzono również związek funkcjonalny pomiędzy hipokampem i korą przedczołową. Wcze-sne uszkodzenie hipokampa prowadzi do obniżenia ekspresji genu BDNF w korze przedczołowej, związanej ze sprawnością pamięci operacyjnej [270]. Liczne badania wskazują na związek polimorfizmów genu BDNF ze sprawnością pamięci operacyj-nej, badanej z wykorzystaniem m.in. testu WCST [247, 312, 375, 377]. Stwierdzono również korelację pomiędzy polimorfizmami genu BDNF a cechami osobowości, takimi jak zależność od nagrody mierzonej kwestionariuszem TCI oraz ekstrawery-zmu mierzonego kwestionariuszem NEO-PI [126, 195, 230].

NTRK2 (Neurotrophic Tyrosine Receptor Kinase, type 2)

Gen NTRK2 kodujący receptor TrkB zlokalizowano na chromosomie 9q22.1 [309]. TrkB należy do rodziny białkowej receptorów neurotrofinowych typu kinazy tyrozy-nowej. Ligandami dla TrkB są BDNF oraz neurotrofina 4/5 [20]. Gen charakteryzuje się złożoną budową; składa się z 24 eksonów, posiada kilka miejsc promotorowych, splicingowych i potencjalnych sygnałów poliadenylacji. Na jego matrycy może po-wstać 10 mRNA, jednak dominuje ekspresja białka pełnej długości oraz izoformy trkB.T1 o krótszej domenie cytoplazmatycznej. Ekspresja genu rozpoczyna się na wczesnym etapie rozwoju embrionalnego i jest utrzymywana w trakcie całego życia. Ekspresja białka o pełnej długości, jak i krótszych form jest ściśle regulowana [409].

W badaniach asocjacyjnych całego genomu (Genome Wide Association Study – GWAS) polimorfizm rs2769605 w NTRK2 wykazał istotny związek z chorobą afektywną dwubiegunową (CHAD) w populacji afroamerykanów, zależności takiej nie wykazano dla populacji euroamerykanów. Pojedyncze doniesienia dotyczące analizy polimorfizmów genu NTRK2 w schizofrenii (SCH) jak dotąd nie przyniosły pozytywnych rezultatów [176, 392]. Dotychczas opublikowano, jedno doniesienie obejmujące analizę 14 polimorfizmów SNP w obrębie genu NTRK2 u pacjentek z JP. Potwierdzono związek tego genu w predyspozycji do JP tylko w szczególności JP_B, oraz cechą unikania szkody charakterystyczną dla JP [358]. W chwili obecnej brak jest doniesień na temat wpływu badanych polimorfizmów na sprawność funkcji poznawczych.

FYN (Fyn Tyrosine Kinase)

Gen FYN zlokalizowano na chromosomie 6q21. Region ten wykazał sprzężenie ze schizofrenią, dlatego stał się interesującym genem kandydującym w chorobach

psy-chicznych [53]. Gen składa się z 11 eksonów, w wyniku alternatywnego składania eksonu 7 mogą powstać trzy izoformy kinazy Fyn. Fyn należy do rodziny kinaz białkowych Src o szczególnie wysokiej ekspresji w układzie limbicznym. Bierze udział w regulacji rozwoju neurytów, mielinizacji, a także procesie długotrwałego wzmocnienia synaptycznego (long-term potentialization – LTP) podczas uczenia się i zapamiętywania [299]. W dojrzałych synapsach Fyn łączy się funkcjonalnie z re-ceptorami: NMDA i nikotynowymi, TrkB, oraz amyloidem β. Fosforylacji przez Fyn preferencyjnie ulega podjednostka GRIN2B receptora NMDA, co zwiększa jego przepuszczalność dla jonów. Proces ten bierze udział w kilku funkcjach mózgu – tolerancji na etanol, LTP, podatności na padaczkę [172]. Fyn zaangażowany jest w szlaki przekazywania sygnału BDNF/TrkB [197]. Kinaza Fyn ulega szczególnie wysokiej ekspresji w układzie limbicznym [481]. Nieliczne badania w związku z za-burzeniami psychicznymi wymagają badań replikacyjnych, ale wskazują na kierunek dalszych badań. W analizie trzech polimorfizmów genu FYN (rs706895, rs6916861 i rs3730353) potwierdzono rolę genu w CHAD w populacji polskiej [420], natomiast w przypadku JP nie ma tego typu doniesień. Stwierdzony podwyższony poziom eks-presji genu FYN w korze przedczołowej zmarłych pacjentów z SCH [321] pozwolił w kolejnych badaniach na wykazanie związku ekspresji genu FYN z zaburzeniami funkcji poznawczych [179]. Późniejsze badania z wykorzystaniem testu WCST po-twierdziły wpływ polimorfizmów tego genu na wykonanie testu WCST [376]. Gen GSK3β (Glycogen Synthase Kinase-3beta gene)

Gen GSK3β został zmapowany na chromosomie 3q13.3 – q21. GSK3β i odgrywa kluczową rolę w Wnt i insulinowej kaskadzie sygnału. Kinaza syntazy glikogenu 3β fosforyluje syntazę glikogenu i dezaktywuje w ten sposób enzym. GSK3β pełni waż-ną rolę w ośrodkowym systemie nerwowym poprzez regulację licznych procesów cytoszkieletowych mogących prowadzić do neurodegenracji. GSK3β jest zaangażo-wane również w procesy regulacji ekspresji genów o.u.n., bierze udział w regulacji wzrostu komórkowego i transformacji nowotworowej czy apaptozie. W nawiązaniu do neurorozwojowej teorii schizofrenii postuluje się udział GSK3β w etiopatoge-nezie tej choroby, co potwierdzają badania aktywności GSK3β w korze czołowej pacjentów ze schizofrenią, która jest 45% niższa niż w grupie kontrolnej. Wykryto, że stężenie białka GSK3β jest znacznie niższe u pacjentów chorych na schizofre-nię. Badania polimorfizmów w obrębie genu GSK3β w schizofrenii nie przyniosły jednoznacznych wyników, ponieważ istnieją zarówno pozytywne, jak i negatywne wyniki badań obejmujących łącznie analizę 9 polimorfizmów genu GSK3β. Stwier-dzono natomiast wpływ tego genu na zwiększone ryzyko wystąpienia choroby afek-tywnej dwubiegunowej potwierdzone obserwacjami inhibicyjnego działania soli litu na GSK3β [196, 421]. Wśród najczęściej analizowanych polimorfizmów znalazły się dwa zlokalizowane w obrębie sekwencji promotora nieulagającej translacji: – 1727A/T i -50 C/T (rs334558). Jednak dotychczasowe badania również przynoszą rozbieżne wyniki [326, 381, 396]. W badaniach JP jak dotąd nie prowadzono podob-nych analiz.

Gen GRIN2B (Glutamate Receptor, Ionotropic, N-methyl-D-aspartate, Subunit 2B) Gen GRIN2B zlokalizowano w regionie chromosomowym 12p.12. Neurotransmi-sja glutaminergiczna wpływa na liczne procesy komórek nerwowych, takie jak: szybkość transmisji synaptycznej, migracja neuronów, proliferacja, powstawanie synapsy, stabilność i plastyczność neuronalna, a także długoterminowa potencja-lizacja. Receptory NMDA składają się z dwóch podjednostek GRIN1 oraz dwóch podjednostek GRIN2(A-D). Pięć genów GRIN2 ulega ekspresji w różnych obsza-rach mózgu. Podjednostki GRIN2(A-D) odpowiedzialne są za różne właściwości podtypów receptorów NMDA. Receptory zawierające podjednostkę GRIN2B od-powiedzialne są za długotrwałe wzmocnienie synaptyczne oraz procesy uczenia się i pamięci. W trakcie rozwoju prenatalnego GRIN2B ulega ekspresji w całym mózgu, natomiast w okresie postnatalnym ulega ograniczeniu do obszarów kory czołowej, ciemieniowej oraz hipokampa, jąder migdałowatych oraz wzgórza [274, 465], w tym obszarów związanych ze sprawnością pamięci operacyjnej. Wyniki ostatnio opubli-kowanej metaanalizy wydają się potwierdzać związek zarówno genu GRIN2A, jak i GRIN2B ze schizofrenią i chorobami afektywnymi [66, 264]. Niemniej nieliczne jak dotąd badania nie pozwalają na ostateczne podsumowania. Podobna sytuacja dotyczy JP; dotychczas opublikowano pojedyncze doniesienie dotyczące związku polimorfizmu 5073T>G genu GRIN2B z JP.

Gen GRIN2A (Glutamate Receptor, Ionotropic, N-methyl-D-aspartate, Subunit 2A) Gen kodujący podjednostkę kanału NMDA – GRIN2A zlokalizowano w regionie 16p13. Receptory zawierające podjednostkę 2A odpowiadają za aktywnosć moto-ryczną. W związku z tym gen GRIN2A kodujący jedną z podjednostek receptora NMDA może stanowić ważny gen kandydujący w chorobach neuropsychologicz-nych. W badaniach sprzężeń Turic i wsp. uzyskali sygnał ADHD z locus na chromo-somie 16p13 [450]. W tym miejscu właśnie zlokalizowany jest gen GRIN2A. Badań asocjacyjnych genu GRIN2A z JP jak dotychczas nie prowadzono.

Gen SNAP-25 (Synaptosomal-associated protein)

Gen SNAP-25 jest zlokalizowany na chromosomie 20p11.2. Produkt genu bierze udział w wydzielaniu katecholamin, a jego wysoka ekspresja jest specyficzna dla komórek nerwowych. Wspólnie z syntaksyną i VAMP-synaptobrewiną tworzy kom-pleks, który wpływa na fuzję pęcherzyków zawierających neurotransmiter z błoną presynaptyczną. Zmiany w poziomie ekspresji genu SNAP-25 mogą być przyczy-ną zmian poziomu uwalniania neurotransmiterów [473]. Stąd mutacje w tym genie mogą wpływać na poziom tego białka i funkcjonowanie synapsy oraz magazyno-wanie neuroprzekaźników. Badania asocjacyjne wskazują na związek polimorfi-zmów tego genu ze zwiększonym ryzykiem zachorowania na schizofrenię i ADHD. Stwierdzono również związek z odpowiedzią na działanie leków antypsychotycz-nych i wzrostem wagi po ich zastosowaniu [109, 252, 306]. W przypadku JP brak doniesień o prowadzeniu podobnych badań.