Genetische Assoziationsstudie zwischen verschiedenen Polymorphismen von Reelin mit der Diagnose Schizophrenie und Volumina krankheitsassoziierter Gehirnareale

Abstract

Schizophrenie ist eine komplexe Erkrankung mit einer deutlichen genetischen Komponente. Dies wurde in Zwillingsstudien und Adoptionsstudien mit Konkordanzraten zwischen 50 und 75% gezeigt. Aus histopathologischen Untersuchungen ging hervor, dass die neuronale Schichtung in den Gehirnen erkrankter Patienten gestört ist. Bestimmte Gene, wie Reelin, steuern in der Embryonalperiode die Migration und Ausrichtung der Neurone. In Tierexperimenten mit heterozygoten Reeler-Mäusen konnte man Ähnlichkeiten von Verhaltensweisen und histologischen Befunden bei schizophrenen Patienten beobachten. In der vorliegenden Studie wurden genetische Varianten des Reelingens bei Schizophreniepatienten und gesunden Kontrollpersonen genotypisiert und deren Assoziation mit volumetrischen MRT-Daten verschiedener krankheitsassoziierter Areale verglichen. Diese Fall-Kontrollstudie bestand aus 74 Patienten mit der Diagnose paranoid-halluzinatorische Schizophrenie und 74 gesunden Kontrollpersonen. Alle Studienteilnehmer erhielten ein MRT zur Erfassung der volumetrischen Daten verschiedener Gehirnareale. Zudem wurden Blutproben zur DNA-Extraktion entnommen. Elf SNPs des Reelingens wurden nach Lokalisation, funktioneller Relevanz und Validierung ausgewählt. Darunter befanden sich neun noch nicht untersuchte und zwei bereits durch andere Studien untersuchte SNPs. Die Genotypisierung erfolgte mit Hilfe von Restriktionsfragment-Längenpolymorphismen. Weitere acht (ein bereits mehrfach untersuchter mit heterogenen Ergebnissen und sieben unbekannte) Mikrosatelliten wurden ebenfalls nach den genannten Kriterien ausgewählt und bei allen Probanden genotypisiert. Die Berechnungen mittels Regressionsanalyse und dem Allgemeinen Linearen Modell ergaben mehrere Assoziationen hinsichtlich Diagnose und Gehirnvolumen. Die SNPs rs17286505 und rs264373 zeigten eine signifikante Assoziation mit der Diagnose der Schizophrenie und dem Volumen einzelner Gehirnareale. Zusätzlich präsentierten die zwei Mikrosatelliten (MS1 und MS15) am 5’- und 3’-Ende des Gens signifikante Zusammenhänge mit der Diagnose. Weitere Polymorphismen zeigten einen Zusammenhang mit den Volumina krankheitsassoziierter Gehirnareale, darunter der Gyrus temporalis superior, eine Hauptregion der reelinproduzierenden GABAergen Interneurone und Ursprungsregion für das Symptom Halluzination, sowie der Gyrus frontalis medius, welcher bei einem verringerten Volumen einen Zusammenhang mit Affektverflachung und Schizophrenie erklärt. Es fiel auf, dass die relevanten Polymorphismen eine relative Nähe zum 5’ und 3’-Ende des Genes besaßen, in denen genregulierende Mechanismen vermutet werden. Folgende Rangliste der häufigsten assoziierten Gehirnareale konnte erstellt werden: Insula > Gyrus temporalis superior > Gyrus frontalis medius et inferior orbitalis > Thalamus > Gyrus frontalis medius, Amygdala > Gyrus parahippocampalis. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten den Einfluss von bestimmten Genotypen des Reelingens auf die Diagnosestellung und Morphologie des Gehirns. Über unterschiedliche Mechanismen können diese Polymorphismen einen Beitrag zur Senkung der verfügbaren Reelinmenge im Gehirn leisten. Die Reduktion von Reelin könnte zu einer Beeinträchtigung der reelingesteuerten Corticoneogenese führen, was zu einer Volumenabnahme reelinproduzierender Areale (Gyrus temporalis, frontalis et parahippocampalis) führt. Außerdem würden alle nachgeschalteten Signalkaskaden von Reelin dysfunktional verändert. Dazu zählen die direkte Aktivierung von NMDA-Rezeptoren und die Beeinflussung der reelinproduzierenden GABAergen Interneurone, welche mit dem dopaminergen System interferieren. Reelin ist nicht das „Schizophreniegen“, welches aufgrund der multifaktoriellen Genese der Erkrankung auch nicht existiert. Dennoch sprechen die Ergebnisse dieser Untersuchung für eine Relevanz von Reelin bei der Pathogenese der Schizophrenie, so dass weitere Studien folgen sollten, die diesen Zusammenhang genauer untersuchen.

Schizophrenia is a complex disease with an strong genetic component. This was shown in twin- and adoptions-studies with concordance-rates about 50 to 75%. Histo-pathologic analysis showed the defective neuronal striation of diseased patients brains. Specific genes, like Reelin, control the experiments with heterozygous reeler mice similarities to schizophrenia patients in behavior and histological indication were found. In the present study genetic types of reelin at schizophrenia patients and healthy persons acting as referee were genotyped. Their association was compared to volumetric MRT-data of various disease-associated brain areas. This study consisted of 74 patients with diagnosis paranoid-hallucinatic schizophrenia and 74 healthy persons. All probands were scanned by MRT to capture the volumetric data of different brain areas. In addition blood samples were taken to extract the DNA. 11 SNPs of the reelin gene were chosen by localization, functional relevance and validation. Among these 11 SNPs, 9 SNPs were non-investigated and 2 SNPs were already researched by other studies. Genotyping was made by restriction fragment length polymorphism. Additional 8 microsatellites (1 was already determined for several times with heterogeneous results and 7 microsatellites were unknown) were chosen by the mentioned criteria and genotyped by all probands. Calculations by means of regression analysis and the generalized linear model showed several associations concerning diagnosis and brain volume. The SNPs rs17286505 and rs264373 showed a significant association to the diagnosis of schizophrenia and the volume of particular brain areas. In addition to that, the 2 microsatellites (MS1 and MS15) presented significant correlations with this diagnosis in the near of 5- and 3-end of the gene. Further polymorphisms displayed a correlation with the volume of disease associated brain areas like the gyrus temporalis superior, a main area of reelin-producing GABAergic interneurons and source neurons for the symptom of hallucination, and the gyrus frontalis medius, which explains the correlation of affective flattening and schizophrenia. Notably, relevant polymorphisms were relatively close to the 5- and 3-end of the gene, where gene regulation was supposed. Following rankings of the most prevalent associated brain areas was erected: Insula > gyrus temporalis superior > gyrus frontalis medius and inferior pars orbitalis > thalamus > gyrus frontalis medius, amygdale > gyrus parahippocampalis. The conclusion of this study revealed the influence of certain genotypes of the reelin gene to the diagnosis and the brain morphology. Trough different mechanisms these polymorphisms can make a contribution to the decreasing amount of reelin in the brain. The reduction of reelin could cause a negative impact on the reelin guided corticogenesis, which leads to volume decrease of reelin producing areas (gyrus temporalis, frontalis and parahippocampalis). In addition all downstream signal cascades of reelin would be modified dysfunctional. This includes the direct activation of NMDA receptors and the influence of reelin producing GABAergic interneurons, which interfere with the dopaminergic system. Reelin is not the one and only gene of schizophrenia, which also on the basis of multifactorial pathogenesis does not exist. However, the results of this survey indicate the relevance of reelin in the pathogenesis of schizophrenia, so that additional studies should follow, which examine this correlation more exactly.