Preview

Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины

Расширенный поиск

Современные исследования генетики многофакторных заболеваний, связанных с нарушением когнитивных функций человека

https://doi.org/10.29001/2073-8552-2021-36-4-37-44

Полный текст:

Аннотация

 В представленной работе обобщены данные современных исследований, связанных с поиском генетической компоненты широко распространенных социально  значимых заболеваний, которые приводят к нарушениям  когнитивных функций человека. Основное внимание уделено таким патологиям многофакторной природы, как шизофрения (ШЗ) и болезнь Альцгеймера (БА). В статье приводится подробный анализ широкого спектра методов  современной генетики: от близнецовых до эпигенетических исследований. 

Об авторах

А. В. Бочарова
Научно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
Россия

 младший научный сотрудник, лаборатория эволюционной генетики

 634050, Российская Федерация, Томск, ул. Набережная реки Ушайки, 10 



В. А. Степанов
Научно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук
Россия

 д-р биол. наук, профессор, чл.-корр. РАН, директор Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук; профессор кафедры генетики и клеточной биологии, Институт биологии, экологии, почвоведения, сельского и лесного хозяйства, Национальный исследовательский Томский государственный университет. 

 634050, Российская Федерация, Томск, ул. Набережная реки Ушайки, 10 



Список литературы

1. Cardno A.G., Gottesman I.I. Twin studies of schizophrenia: from bowand-arrow concordances to star wars Mx and functional genomics. Am. J. Med. Genet. 2000;97(1):12–17.

2. Hilker R., Helenius D., Fagerlund B., Skytthe A., Christensen K., Werge T.M. et al. Heritability of schizophrenia and schizophrenia spectrum based on the Nationwide Danish Twin Register. Biol. Psychiatry. 2018;83(6):492–498. DOI: 10.1016/j.biopsych.2017.08.017.

3. Besteher B., Brambilla P., Nenadić I. Twin studies of brain structure and cognition in schizophrenia. Neurosci. Biobehav. Rev. 2020;109:103–113. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2019.12.021.

4. Sullivan P.F., Kendler K.S., Neale M.C. Schizophrenia as a complex trait: evidence from a meta-analysis of twin studies. Arch. Gen. Psychiatry. 2003;6(12):1187–1192. DOI: 10.1001/archpsyc.60.12.1187.

5. Lambert J.C., Ibrahim-Verbaas C.A., Harold D., Naj A.C., Sims R., Bellenguez C. et al. Meta-analysis of 74,046 individuals identifi es 11 new susceptibility loci for Alzheimer’s disease. Nat. Genet. 2013;45(12):1452–1458. DOI: 10.1038/ng.2802.

6. Степанов В.А., Бочарова А.В., Марусин А.В., Жукова Н.Г., Алифирова В.М., Жукова И.А. Репликативный анализ ассоциаций генетических маркеров когнитивных признаков с болезнью Альцгеймера в российской популяции. Молекулярная биология. 2014;48(6):952–962. DOI: 10.7868/S0026898414060160.

7. Бочарова А.В., Степанов В.А., Марусин А.В., Харьков В.Н., Вагайцева К.В., Федоренко О.Ю. и др. Анализ ассоциаций генетических маркеров шизофрении и ее когнитивных эндофенотипов. Генетика. 2017;53(1):100–108. DOI: 10.7868/S0016675817010039.

8. Rajan K.B., Weuve J., Barnes L.L., Wilson R.S., Evans D.A. Prevalence and incidence of clinically diagnosed Alzheimer’s disease dementia from 1994 to 2012 in a population study. Alzheimers Dement. 2019;15(1):1–7. DOI: 10.1016/j.jalz.2018.07.216.

9. Samper-Ternent R., Kuo Y.F., Ray L.A., Ottenbacher K.J., Markides K.S., Al Snih S. Prevalence of health conditions and predictors of mortality in oldest old Mexican Americans and non-Hispanic whites. J. Am. Med. Dir. Assoc. 2012;13(3):254–259. DOI: 10.1016/j.jamda.2010.07.010.

10. Bigdeli T.B., Genovese G., Georgakopoulos P., Meyers J.L., Peterson R.E.,Iyegbe C.O. et al. Contributions of common genetic variants to risk of schizophrenia among individuals of African and Latino ancestry. Mol. Psychiatry. 2019(10):2455–2467. DOI: 10.1038/s41380-019-0517-y.

11. Lam M., Chen C.Y., Li Z., Martin A.R., Bryois J., Ma X. et al. Comparative genetic architectures of schizophrenia in East Asian and European populations. Nat. Genet. 2019;51(12):1670–1678. DOI: 10.1038/s41588-019-0512-x.

12. Schizophrenia Working Group of the Psychiatric Genomics Consortium. Biological insights from 108 schizophrenia-associated genetic loci. Nature. 2014;511(7510):421–427. DOI: 10.1038/nature13595.

13. Pardiñas A.F., Holmans P., Pocklington A.J., Escott-Price V., Ripke S., Carrera N. et al. Common schizophrenia alleles are enriched in mutation-intolerant genes and in regions under strong background selection. Nat. Genet. 2018;50(3):381–389. DOI: 10.1038/s41588-018-0059-2.

14. Федоренко О.Ю., Иванова С.А. Новый взгляд на генетику нейро-когнитивного дефицита при шизофрении. Журнал неврологии и психиатрии им. C.C. Корсакова. 2020;120(8):183–192. DOI: 10.17116/jnevro2020120081183.

15. Nho K., Kim S., Horgusluoglu E., Risacher S.L., Shen L., Kim D. et al. Association analysis of rare variants near the APOE region with CSF and neuroimaging biomarkers of Alzheimer’s disease. BMC Medical Genomics. 2017;10(1):29. DOI: 10.1186/s12920-017-0267-0.

16. Kong A., Frigge M.L., Masson G., Besenbacher S., Sulem P., Magnusson G. et al. Rate of de novo mutations and the importance of father’s age to disease risk. Nature. 2012; 488(7412):471–475. DOI: 10.1038/nature11396.

17. Girard S.L., Gauthier J., Noreau A., Xiong L., Zhou S., Jouan L. et al. Increased exonic de novo mutation rate in individuals with schizophrenia. Nat. Genet. 2011;43(9):860–863. DOI: 10.1038/ng.886.

18. Xu B., Roos J.L., Dexheimer P., Boone B., Plummer B., Levy S. et al. Exome sequencing supports a de novo mutational paradigm for schizophrenia. Nat. Genet. 2011;43(9):864–868. DOI: 10.1038/ng.902.

19. Purcell S.M., Moran J.L., Fromer M., Ruderfer D., Solovieff N., Roussos P. et al. A polygenic burden of rare disruptive mutations in schizophrenia. Nature. 2014;506(7487):185–190. DOI: 10.1038/nature12975.

20. Vega-Sevey J.G., Martínez-Magaña J.J., Genis-Mendoza A.D., Escamilla M., Lanzagorta N., Tovilla-Zarate C.A. et al. Copy number variants in siblings of Mexican origin concordant for schizophrenia or bipolar disorder. Psychiatry Res. 2020;291:113018. DOI: 10.1016/j.psychres.2020.113018.

21. Stefansson H., Rujescu D., Cichon S., Pietiläinen O.P., Ingason A., Steinberg S. et al. Large recurrent microdeletions associated with schizophrenia. Nature. 2008;455(7210):232–236. DOI: 10.1038/nature07229.

22. International Schizophrenia Consortium. Rare chromosomal deletions and duplications increase risk of schizophrenia. Nature. 2008;455(7210):237–241. DOI: 10.1038/nature07239.

23. Heinzen E.L., Need A.C., Hayden K.M., Chiba-Falek O., Roses A.D., Strittmatter W.J. et al. Genome-wide scan of copy number variation in late-onset Alzheimer’s disease. J. Alzheimers Dis. 2010;19(1):69–77. DOI: 10.3233/JAD-2010-1212.

24. Zheng X., Demirci F.Y., Barmada M.M., Richardson G.A., Lopez O.L., Sweet R.A. et al. A rare duplication on chromosome 16p11.2 is identified in patients with psychosis in Alzheimer’s disease. PLoS One. 2014;9(11):e111462. DOI: 10.1371/journal.pone.0111462.

25. Hollingworth P., Sweet R., Sims R., Harold D., Russo G., Abraham R. et al. Genomewide association study of Alzheimer’s disease with psychotic symptoms. Mol. Psychiatry. 2012;17(12):1316–1327. DOI: 10.1038/mp.2011.125.

26. De Jager P.L., Srivastava G., Lunnon K., Burgess J., Schalkwyk L.C., Yu L. et al. Alzheimer’s disease: Early alterations in brain DNA methylation at ANK1, BIN1, RHBDF2 and other loci. Nat. Neurosci. 2014;17(9):1156–1163. DOI: 10.1038/nn.3786.

27. Abdolmaleky H.M., Cheng K.H., Russo A., Smith C.L., Faraone S.V., Wilcox M. et al. Hypermethylation of the reelin (RELN) promoter in the brain of schizophrenic patients: A preliminary report. Am. J. Med. Genet. B Neuropsychiatr. Genet. 2005; 134B(1):60–66. DOI: 10.1002/ajmg.b.30140.

28. Huang H.S., Akbarian S. GAD1 mRNA expression and DNA methylation in prefrontal cortex of subjects with schizophrenia. PLoS One. 2007;2(8):e809. DOI: 10.1371/journal.pone.0000809.

29. Carrard A., Salzmann A., Malafosse A., Karege F. Increased DNA methylation status of the serotonin receptor 5HTR1A gene promoter in schizophrenia and bipolar disorder. J. Affect. Disord. 2011;132(3):450–453. DOI: 10.1016/j.jad.2011.03.018.

30. Alfimova M., Kondratyev N., Golov A., Golimbet V. Profiling haplotype specific CpG and CpH methylation within a schizophrenia GWAS locus on chromosome 14 in schizophrenia and healthy subjects. Sci. Rep. 2020;10(1):4704. DOI: 10.1038/s41598-020-61671-2.

31. Rao J.S., Keleshian V.L., Klein S., Rapoport S.I. Epigenetic modifications in frontal cortex from Alzheimer’s disease and bipolar disorder patients. Transl. Psychiatry. 2012;2(7):e132. DOI: 10.1038/tp.2012.55.

32. Gräff J., Rei D., Guan J.S., Wang W.Y., Seo J., Hennig K.M. et al. An epigenetic blockade of cognitive functions in the neurodegenerating brain. Nature. 2012;483(7388): 222–226. DOI: 10.1038/nature10849.

33. Benes F.M., Lim B., Matzilevich D., Walsh J.P., Subburaju S., Minns M. Regulation of the GABA cell phenotype in hippocampus of schizophrenics and bipolars. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007;104(24):10164–10169. DOI: 10.1073/pnas.0703806104.

34. Jakovcevski M., Bharadwaj R., Straubhaar J., Gao G., Gavin D.P., Jakovcevski I. et al. Prefrontal cortical dysfunction after overexpression of histone deacetylase 1. Biol. Psychiatry. 2013;74(9):696–705. DOI: 10.1016/j.biopsych.2013.03.020.

35. Kurita M., Holloway T., García-Bea A., Kozlenkov A., Friedman A.K., Moreno J.L. et al. HDAC2 regulates atypical antipsychotic responses through the modulation of mGlu2 promoter activity. Nat. Neurosci. 2012;15(9):1245–1254. DOI: 10.1038/nn.3181.

36. Mitchell A.C., Javidfar B., Pothula V., Ibi D., Shen E.Y., Peter C.J. et al. MEF2C transcription factor is associated with the genetic and epigenetic risk architecture of schizophrenia and improves cognition in mice. Mol. Psychiatry. 2018;23(1):123–132. DOI: 10.1038/mp.2016.254.

37. Fiore R., Khudayberdiev S., Saba R., Schratt G. MicroRNA function in the nervous system. Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 2011;102:47–100. DOI: 10.1016/B978-0-12-415795-8.00004-0.

38. Nunez-Iglesias J., Liu C.C., Morgan T.E., Finch C.E., Zhou X.J. Joint genome-wide profiling of miRNA and mRNA expression in Alzheimer’s disease cortex reveals altered miRNA regulation. PLoS One. 2010;5(2):e8898. DOI: 10.1371/journal.pone.0008898.

39. Fan X., Liu Y., Jiang J., Ma Z., Wu H., Liu T. et al. miR-20a promotes proliferation and invasion by targeting APP in human ovarian cancer cells. Acta Biochim. Biophys. Sin. 2010;42(5):318–324. DOI: 10.1093/abbs/gmq026.

40. Vilardo E., Barbato C., Ciotti M., Cogoni C., Ruberti F. MicroRNA-101 regulates amyloid precursor protein expression in hippocampal neurons. J. Biol. Chem. 2010;285(24):18344–18351. DOI: 10.1074/jbc.M110.112664.

41. Smith P., Al Hashimi A., Girard J., Delay C., Hébert S.S. In vivo regulation of amyloid precursor protein neuronal splicing by microRNAs. J. Neurochem. 2011;116(2):240–247. DOI: 10.1111/j.1471-4159.2010.07097.x.

42. Guo A., Sun J., Jia P., Zhao Z. A novel microRNA and transcription factor mediated regulatory network in schizophrenia. BMC Syst. Biol. 2010;4:10. DOI: 10.1186/1752-0509-4-10.

43. Zhu Y., Kalbfleisch T., Brennan M.D., Li Y. A microRNA gene is hosted in an intron of a schizophrenia-susceptibility gene. Schizophr. Res. 2009;109(1–3):86–89. DOI: 10.1016/j.schres.2009.01.022.

44. Mellios N., Huang H.S., Baker S.P., Galdzicka M., Ginns E., Akbarian S. Molecular determinants of dysregulated GABAergic gene expression in the prefrontal cortex of subjects with schizophrenia. Biol. Psychiatry. 2009;65(12):1006–1014. DOI: 10.1016/j.biopsych.2008.11.019.

45. Алфимова М.В., Кондратьев Н.В., Голов А.К., Голимбет В.Е. Метилирование ДНК в локусе MIR137HG, ассоциированном с шизофренией и интеллектом, может быть связано с заболеванием и когнитивными функциями. Генетика. 2019;55(2):207–213. DOI: 10.1134/S0016675819020036.

46. Hoffmann A., Ziller M., Spengler D. Childhood-onset schizophrenia: Insights from induced pluripotent stem cells. Int. J. Mol. Sci. 2018;19(12):3829. DOI: 10.3390/ijms19123829.

47. Lee K.M., Hawi Z.H., Parkington H.C., Parish C.L., Kumar P.V., Polo J.M. et al. The application of human pluripotent stem cells to model the neuronal and glial components of neurodevelopmental disorders. Mol. Psychiatry. 2020;25(2):368–378. DOI: 10.1038/s41380-019-0495-0.

48. Gottesman I.I., Gould T.D. The endophenotype concept in psychiatry: etymology & strategic intentions. Am. J. Psychiatry. 2003;160:636–645. DOI: 10.1176/appi.ajp.160.4.636.

49. Greenwood T.A., Swerdlow N.R., Gur R.E., Cadenhead K.S., Calkins M.E., Dobie D.J. et al. Genome-wide linkage analyses of 12 endophenotypes for schizophrenia from the Consortium on the Genetics of Schizophrenia. Am. J. Psychiatry. 2013;170(5):521–532. DOI: 10.1176/appi.ajp.2012.12020186.

50. Manoach D.S., Agam Y. Neural markers of errors as endophenotypes in neuropsychiatric disorders. Front. Hum. Neurosci. 2013;7:350. DOI: 10.3389/fnhum.2013.00350.

51. Knowles E.E., Carless M.A., de Almeida M.A., Curran J.E., McKay D.R., Sprooten E. et al. Genome-wide significant localization for working and spatial memory: Identifying genes for psychosis using models of cognition. Am. J. Med. Genet. B Neuropsychiatr. Genet. 2014;165B(1):84–95. DOI: 10.1002/ajmg.b.32211.

52. Zhang P., Zhang N., Fang S., He J., Fan L., Luo X. et al. Factor structure and measurement invariance of the Chinese version of the Snaith-Hamilton Pleasure Scale (SHAPS) in non-clinical and clinical populations. J. Affect. Disord. 2021;281:759–766. DOI: 10.1016/j.jad.2020.11.068.

53. Bradley E.R., Tai M., Hankin M., Woolley J.D. Preliminary evidence that oxytocin does not improve mentalizing in women with schizophrenia. Horm. Behav. 2021;128:104915. DOI: 10.1016/j.yhbeh.2020.104915.

54. Stevens B.W., DiBattista A.M., William Rebeck G., Green A.E. A gene-brain-cognition pathway for the effect of an Alzheimer׳s risk gene on working memory in young adults. Neuropsychologia. 2014;61:143–149. DOI: 10.1016/j.neuropsychologia.2014.06.021.

55. Johansson L. Can stress increase Alzheimer’s disease risk in women? Expert. Rev. Neurother. 2014;4(2):123–125. DOI:10.1586/14737175.2014.878651.

56. Киренская А.В., Сторожева З.И., Ткаченко А.А. Нейрофизиологические эндофенотипы шизофрении как инструмент для изучения внимания и контроля поведения: перспективы исследований и диагностики. СПб.: Нестор-История; 2015:336.

57. Macedo A., Gómez C., Rebelo M.Â., Poza J., Gomes I., Martins S. et al. Risk variants in three Alzheimer’s disease genes show association with EEG endophenotypes. J. Alzheimers Dis. 2021;80(1):209–223. DOI: 10.3233/JAD-200963.

58. Refisch A., Chung H.Y., Komatsuzaki S., Schumann A., Mühleisen T.W., Nöthen M.M. et al. A common variation in HCN1 is associated with heart rate variability in schizophrenia. Schizophr. Res. 2021;229:73–79. DOI: 10.1016/j.schres.2020.11.017.

59. Kohl S., Heekeren K., Klosterkötter J., Kuhn J. Prepulse inhibition in psychiatric disorders-apart from schizophrenia. J. Psychiatr. Res. 2013;47(4):445–452. DOI: 10.1016/j.jpsychires.2012.11.018.

60. Kim Y., Noh Y.W., Kim K., Kim E. Hyperactive ACC-MDT pathway suppresses prepulse inhibition in mice. Schizophr. Bull. 2021;47(1):31–43.DOI: 10.1093/schbul/sbaa090.

61. Fagan A.M., Mintun M.A., Mach R.H., Lee S.Y., Dence C.S., Shah A.R. et al. Inverse relation between in vivo amyloid imaging load and cerebrospinal fl uid Abeta42 in humans. Ann. Neurol. 2006;59(3):512–519. DOI: 10.1002/ana.20730.

62. Cruchaga C., Kauwe J.S., Mayo K., Spiegel N., Bertelsen S., Nowotny P. et al. SNPs associated with cerebrospinal fl uid phospho-tau levels infl uence rate of decline in Alzheimer’s disease. PLoS Genet. 2010;6(9):e1001101. DOI: 10.1371/journal.pgen.1001101.


Рецензия

Для цитирования:


Бочарова А.В., Степанов В.А. Современные исследования генетики многофакторных заболеваний, связанных с нарушением когнитивных функций человека. Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. 2021;36(4):37-44. https://doi.org/10.29001/2073-8552-2021-36-4-37-44

For citation:


Bocharova A.V., Stepanov V.A. Recent studies of the genetics of complex diseases associated with impaired cognitive functions. The Siberian Journal of Clinical and Experimental Medicine. 2021;36(4):37-44. (In Russ.) https://doi.org/10.29001/2073-8552-2021-36-4-37-44

Просмотров: 59


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2713-2927 (Print)
ISSN 2713-265X (Online)