Evidências e implicações de efeitos epistáticos e de agrupamento gênico em um conjunto de transtornos psiquiátricos

Abstract

Os transtornos psiquiátricos causam forte impacto na vida dos indivíduos afetados e da sociedade como um todo e há muitas evidências indicando um forte componente genético envolvido na susceptibilidade a esses transtornos. Nos últimos anos houve um grande avanço tecnológico e analítico na área da genética, permitindo investigações em larga escala por fatores específicos que compõem a grande herdabilidade das doenças mentais. No entanto, os estudos genéticos têm esbarrado em dificuldades vinculadas à natureza complexa desses fenótipos. A presente Tese sugere abordagens alternativas para superar tais barreiras e que podem auxiliar na identificação de mecanismos e alterações genéticas com papéis relevantes em um conjunto de fenótipos comportamentais relacionados. A partir da compilação de evidências bioquímicas, fisiológicas e evolutivas, bem como do reconhecido papel do sistema dopaminérgico na modulação comportamental, procuramos esclarecer o papel de efeitos epistáticos e de agrupamentos gênicos no desenvolvimento do Transtorno de Déficit de Atenção/Hiperatividade (TDAH), Transtorno de Conduta (TC) e Transtorno por Uso de Álcool. Mais especificamente, identificamos uma interação entre variantes dos genes dos receptores de dopamina D2 (DRD2) e D4 (DRD4), a qual reflete padrões de heteromerização diferencial previamente demonstradas in vitro e in vivo, que exerce um papel importante na susceptibilidade ao Abuso/Dependência de Álcool. Além de identificarmos este efeito epistático em duas amostras independentes de adultos, em um estudo subsequente demonstramos que o efeito desta interação pode ser observado ainda na infância, estando associado com o desenvolvimento do TC em crianças com TDAH. Esses achados, além de esclarecerem associações controversas na literatura em relação ao papel dos genes DRD2 e DRD4 em fenótipos psiquiátricos, também sugerem um mecanismo potencial para a possível via causal que conecta a presença de TC na infância ao subsequente desenvolvimento do alcoolismo na vida adulta. Também visando esclarecer muitos achados inconsistentes na literatura sobre o papel do DRD2 em transtornos psiquiátricos, realizamos uma análise evolutiva do agrupamento gênico NTAD (NCAM1-TTC12-ANKK1-DRD2), o qual engloba o DRD2, além de um estudo que considerou os efeitos individuais e em conjunto de polimorfismos ao longo desta região. Os resultados obtidos indicam que o NTAD é um agrupamento gênico bastante antigo, o qual está sendo mantido com vizinhança gênica e sintenia conservadas desde a emergência dos vertebrados para o meio terrestre, provavelmente via mecanismos envolvidos em coregulação. Além disso, esta concepção do NTAD como uma “unidade funcional” é corroborada por resultados indicando a presença de múltiplos polimorfismos ao longo dos quatro genes associados com fenótipos comportamentais relacionados. Os resultados da presente Tese apoiam a premissa de que abordagens analíticas que consideram evidências de interações entre genes candidatos em amostras com vasta caracterização fenotípica representam uma alternativa muito promissora para o entendimento da fisiopatologia dos transtornos mentais.

Psychiatric disorders are highly heritable diseases that cause a major impact in the lives of the affected individuals, as well as to the society as a whole. In the last few years, extensive technological advances have been achieved in genetics research, allowing the performance of high-throughput analysis searching for specific genetic risk factors for psychiatric disorders. These studies, however, have encountered difficulties probably associated with the complexity of such phenotypes. This Thesis presents alternative approaches to deal with such difficulties and that may help in the identification of biological mechanisms and genetic variations affecting a group of related psychiatric phenotypes. Based on biochemical, biological and from comparative genomics, as well as on the known central role of dopaminergic system in behavioural outcomes, we sought to investigate the role of epistatic effects and genetic clustering in the susceptibility to Attention Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD), Conduct Disorder (CD) and Alcohol Dependence. More specifically, we identified epistatic interaction between DRD2 and DRD4 gene variants, which probably reflect different heteromerization patterns previously revealed by in vitro and in vivo experiments, associated with Alcohol Dependence in two independent adult samples (Mota et al., 2013). Further studies allowed us to show that such epistatic effects are manifested early in life since this interaction was also associated with CD susceptibility among ADHD children (Mota et al., in press). These finding shed light into the inconsistencies found in the literature regarding the effects of the DRD2 in psychiatry and also suggest a potential mechanism of a possible causal pathway linking CD in childhood and the emergence of Alcohol Dependence in adulthood. Other attempts to clear such inconsistencies were made by taking an evolutionary approach in the analysis of the NTAD (NCAM1-TTC12-ANKK1-DRD2) gene cluster and by analysing the effects of polymorphisms in these genes, both individually and in haplotypes, with psychiatric phenotypes. We were able to show that the NTAD reflects an ancient cluster, which has been maintained with conserved neighbourhood and synteny since the emergence of vertebrate from the seas, probably with an important role of co-regulatory mechanisms (Mota et al., 2012). Furthermore, this idea of approaching the NTAD as a “functional cluster” is also supported by our results showing multiple polymorphisms along this cluster having independent effects on the same or relates psychiatric phenotypes. Overall, this Thesis supports that considering the epistatic effects and gene clustering in fully characterized samples of phenotypes represent promising approaches to better understand the physiopathology of psychiatric disorders.