O balanço GABA-Glutamato na suscetibilidade ao transtorno de déficit de atenção/hiperatividade e implicações farmacogenéticas

Abstract

O Transtorno de Déficit de Atenção/Hiperatividade (TDAH) está entre as doenças psiquiátricas mais comuns na infância e adolescência, determinando prejuízo significativo na qualidade de vida dos pacientes. Os estudos moleculares nos últimos anos não foram suficientes para entender a base genética do transtorno nem esclarecer quais os genes envolvidos, devido ao pequeno efeito de cada um e da interação entre genes e destes com fatores ambientais. Estudos recentes sugerem que os sintomas de hiperatividade/impulsividade do TDAH podem ser devido à falha da inibição comportamental resultante de uma modulação inapropriada das sinalizações GABA e glutamato. É possível que os déficits de transmissão de catecolaminas presentes no TDAH sejam um efeito secundário do desbalanço excitatório/inibitório. Os estudos de variantes genéticas envolvidas na variabilidade de resposta ao tratamento com o metilfenidato, o fármaco mais utilizado para tratar o TDAH, poderiam fornecer dados que potencialmente poderiam auxiliar no aprimoramento do tratamento. Portanto o presente trabalho teve como objetivo geral investigar o papel de variantes nos genes LPHN3, GAD1, GABRA1, GABRB2 e GAT1 na suscetibilidade e na farmacogenética do TDAH. Ao longo da Tese, os resultados foram organizados em quatro artigos. No primeiro, o estudo de associação entre a LPHN3 e o TDAH avaliou 523 crianças e adolescentes com TDAH e 132 controles, o estudo farmacogenético avaliou 172 crianças através da escala de sintomas SNAP-IV no momento da prescrição, no primeiro e terceiro mês de tratamento. Os resultados sugerem o haplótipo CGC derivado dos SNPs rs6813183, rs1355368 e rs734644 como sendo de risco para o TDAH (P = 0,02; OR = 1,46; IC95%: 1.07 – 1,97). A interação desse haplótipo com o SNP rs965560, localizado no cromossomo 11q, aumenta levemente o risco ao nível nominal (P = 0,03; OR = 1,55; IC95%: 1,02 - 2,36). Pacientes homozigotos para o haplótipo CGC mostraram uma resposta mais rápida ao tratamento, com interação significante entre o haplótipo e o tratamento ao longo do tempo (P < 0,001). Homozigotos para o haplótipo GT derivado dos SNPs rs6551665 e rs1947275 mostraram uma interação nominalmente significante com o tratamento ao longo do tempo (P = 0,04). Nossos resultados replicaram estudos prévios, demonstrando que a LPHN3 confere suscetibilidade ao TDAH, interage com o cromossomo 11q e modula a resposta ao metilfenidato. No segundo trabalho, o estudo de associação de GAD1 e o TDAH avaliou 547 crianças com TDAH e seus pais biológicos, e os sintomas de hiperatividade/impulsividade foram avaliados pela escala SNAP-IV em 323 crianças. Uma amostra composta de 2.000 crianças que nasceram em Pelotas em 1993 e que foram avaliadas aos 10 e 15 anos para a escala de hiperatividade SDQ também foi analisada. Os resultados demonstram que o alelo C do SNP rs11542313 foi mais transmitido dos pais para crianças com TDAH (χ2= 5,02; P = 0,03); os haplótipos de GAD1 foram associados com escores de sintomas de hiperatividade/impulsividade (χ2= 8,98; P=0,01), sendo que o haplótipo CG derivado dos SNPs rs3749034 e rs11542313 confere os escores mais altos desses sintomas (IC95%: 0,02–0,43; P=0,03). Embora GAD1 não tenha sido associado com os sintomas de hiperatividade na amostra populacional, nossos resultados na amostra clínica sugerem que o GAD1 está associado à suscetibilidade do TDAH, contribuindo principalmente para os sintomas de hiperatividade/impulsividade. No terceiro trabalho, avaliamos SNPs nos genes GABRA1, GABRB2 e GAT1 através de análises caso-controle e baseadas em famílias. A amostra compreendeu 542 crianças com TDAH e seus pais biológicos e 132 controles. Não houve evidência de associação entre esses polimorfismos e a suscetibilidade ao TDAH (valores de P entre 0,108 e 0, 937). O quarto trabalho foi uma revisão sistemática entre os anos de 2010 e 2013 sobre os estudos farmacogenéticos do TDAH. Nós pudemos comprovar o aumento exponencial dos estudos marcados principalmente pela mudança de foco do sistema dopaminérgico para outros genes de neurotransmissão e de neurodesenvolvimento; e o aumento de estudos com novas abordagens. Contudo, a heterogeneidade metodológica ainda provavelmente determina as divergências encontradas na literatura. A presente Tese acrescenta dados de uma rota biológica pouco explorada que é o balanço excitatório/inibitório gerado por glutamato e GABA, e que pode estar envolvida na etiologia do TDAH. Mais estudos são necessários para reiterar a participação desses sistemas e aumentar a compreensão dos mecanismos moleculares na suscetibilidade ao TDAH.

Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is one of the most common psychiatric disorders in children and adolescents, leading to significant impairments in the life quality of patients. At present, molecular studies still did not disclose the genetic basis of the disorder or clarified which genes are implicated in the disorder, due to the small effect of each variant and the interaction between genes and among them with environmental factors. Recent studies have suggested that ADHD hyperactive/impulsive symptoms are due to behavioral disinhibition resulting from inappropriate modulation of both glutamatergic and GABAergic signaling. It is possible that deficits in catecholaminergic transmission observed in ADHD may arise as a secondary effect of excitatory/inhibitory imbalance. Genetic variants studies involved in the variability of methylphenidate response, the most widely drug used to treat ADHD, could provide data that potentially help to improve the treatment management. The aim of the present study was to investigate the contribution of single nucleotide polymorphisms (SNPs) at LPHN3, GAD1, GABRA1, GABRB2 e GAT1 genes to ADHD susceptibility and pharmacogenetics. First, the association between LPHN3 and ADHD was evaluated in 523 children and adolescents with ADHD and 132 controls. In the pharmacogenetics study, 172 children with ADHD were investigated. The primary outcome measure was the parent-rated Swanson, Nolan, and Pelham Scale - version IV (SNAP-IV) applied at baseline, first and third months of treatment with methylphenidate. The results suggest that the CGC haplotype derived from SNPs rs6813183, rs1355368, rs734644 as an ADHD risk haplotype (P = 0.02; OR = 1.46; CI95%: 1.07 – 1.97). Its interaction with the 11q chromosome SNP rs965560 slightly increases risk, at nominal level (P = 0.03; OR = 1.55; CI95%: 1.02 – 2.36). Homozygous individuals for the CGC haplotype showed a faster response to MPH treatment as a significant interaction effect between CGC haplotype and treatment over time (P < 0.001). Homozygous individuals for the GT haplotype derived from SNPs rs6551665 and rs1947275 showed a nominally significant interaction with treatment over time (P = 0.04). Our findings replicate previous findings reporting that LPHN3 confers ADHD susceptibility, interacts with 11q region, and moderates MPH treatment response in children and adolescents with ADHD. In the second paper, the association study evaluated a clinical sample that consisted of 547 families with ADHD probands and hyperactive/impulsive symptoms which were evaluated based on SNAP-IV scores. Also, a population-based sample comprised of 2,000 individuals from the Pelotas 1993 Birth Cohort Study was evaluated for SDQ hyperactivity subscale collected at both 11 and 15 years assessments. The C allele of rs11542313 was significantly overtransmitted from parents to ADHD probands (χ2= 5.02; P = 0.03). GAD1 haplotypes were associated with higher hyperactive/impulsive scores in ADHD youths (χ2= 8.98; P=0.01). In the specific haplotype test, the GC haplotype was the one with the highest hyperactive/impulsive scores (CI 95%: 0.02–0.43; P=0.03). Even though GAD1 was not associated with ADHD symptoms in the general population sample, our results from the clinical sample suggest that the GAD1 gene is associated with ADHD susceptibility, contributing particularly to the hyperactive/impulsive symptoms domain. The SNPs at GABRA1, GABRB2 e GAT1 genes were investigated by family-based and case-control approaches. The sample comprised 542 youths with ADHD and their parents, and 132 youths without ADHD as controls. There was no evidence of association between these polymorphisms and ADHD susceptibility (P values ranging from 0.108 to 0.937). The last paper was a systematic review of the literature on ADHD pharmacogenetics between 2010 and 2013. We observed that the number of studies continues to grow with a focus shift on ADHD pharmacogenetics studies from dopaminergic genes to other neurotransmitters and neurodevelopmental genes. An increasing number of studies using new approaches were also observed. However, the heterogeneity in methodological strategies of the studies likely explains the inconsistent results. All these findings add data about an underexplored pathway which is the excitatory/inhibitory balance induced by glutamate and GABA, and may be involved in ADHD etiology. Further studies are needed to elucidate the potential role of these systems and increase the understanding of molecular mechanisms to ADHD susceptibility.