ASSOCIATION OF LRRK2 GENE POLYMORPHISMS WITH THE DEVELOPMENT OF PARKINSON’S DISEASE

Abstract


Mutations in the LRRK2 gene occur in 1-5% of patients with sporadic form and in 5-20% of patients with the family form of Parkinson’s disease, as well as in 1.8% of healthy individuals. The aim of the research was to study the association of polymorphisms rs7966550, rs1427263 and rs11176013 in the LRRK2 gene with the development of Parkinson’s disease. The research covered 49 patients with Parkinson’s disease, as well as 46 control persons. As a result, it was revealed that the carriage of the mutant CC genotype of polymorphism rs7966550 increases the odds ratio by 37.9 times. There were no significant differences in other polymorphisms. There was no correlation between the genotypes of the studied polymorphisms and the clinical picture of the disease. Statistically significant differences in ethnicity and frequency of different genotypes in polymorphisms have not been identified.

Full Text

Болезнь Паркинсона (БП) относится к мультифакторным заболеваниям, при которых в реализации генетических механизмов развития патологического процесса большую роль играют экзогенные воздействия [2]. Отягощенный семейный анамнез выявляется у 10-15% пациентов, причем наличие БП у близких родственников может увеличить риск заболевания в 2-10 раз в зависимости от степени родства [3, 19]. В настоящее время известны около 20 наследственных форм БП, которые могут различаться по клинической картине, возрасту дебюта и скорости прогрессирования нейродегенеративного процесса [2, 10, 19]. Хотя в подавляющем большинстве случаев БП носит спорадический характер, определенная генетическая предрасположенность может прослеживаться в 27-40% всех случаев заболевания [16]. Особый интерес для изучения представляет ген LRRK2 (leucine-rich repeat kinase), поскольку мутации в данном гене встречаются у 1-5% пациентов со спорадической и у 5-20% пациентов с семейной формой БП, а также у 1,8% здоровых лиц [9]. Ген LRRK2 расположен на хромосоме 12p12, включает 51 экзон, кодирующий белок дардарин (dardara при переводе с баскского «тремор»), который состоит из 2527 аминокислот. Ген включает несколько доменов: ARM (Armadillo), ANK (ankyrin repeat), LRR (leucine-rich repeat), Roc (Ras of complex protein: GTPase), COR (COOH-terminal of Roc), домен тирозин-подобной киназы (TKL), MAPKKK (mitogen-activated protein kinase kinase kinase) и WD40 [10]. Целью исследования было изучение вклада полиморфизмов rs7966550, rs1427263 и rs11176013 гена LRRK2 в развитии БП. Материалы и методы исследования. В основ-ную группу были включены 49 неродственных пациентов с верифицированным диагнозом БП согласно критериям Банка головного мозга общества БП Великобритании за исключением пункта о наличии одного или более родственника первой степени родства. Из них 22 (44,9%) мужчины и 27 (55,1%) женщин, медиана возраста составила 69,0 [64,0; 75,0] лет, медиана возраста дебюта заболевания - 63,0 [55,5; 68,5] года. Все пациенты имели 2-4 стадии болезни по шкале Хен-Яра. По клинической картине смешанная (акинетико-ригидно-дрожательная) форма выявлена у 35 (71,4%) пациентов, акинетико-ригидная - у 7 (14,3%), дрожательная - у 7 (14,3%). Наследственный анамнез был прослежен у 10 (20,4%) пациентов. По этнической принадлежности 30 (61,2%) пациентов относились к якутской этнической, остальные 19 (38,8%) - к русской этнической группам. Контрольная группа включала 46 лиц без БП и отягощенной наследственности, сопоставимых по половозрастному и этническому признакам с основной исследуемой группой. Медиана возраста составила 65,0 [62,0; 72,25] лет (p = 0,06). Из 46 человек мужчин было 21 (45,7%), женщин - 25 (54,3%) (p = 0,94). К якутской и русской этническим группам относились 21 (45,7%) и 25 (54,3%) человек соответственно (p = 0,94). Забор крови выполнялся из кубитальной вены в вакуумные пробирки Improvacuter с EDTA в объеме 10 мл. Экстракция ДНК проводилась с использованием комплекта реактивов «ДНК-сорб-В» (Медиген, Россия). Генотипирование ДНК проводилось на амплификаторе CFX96 Real-Time PCR (Bio-Rad Laboratories, США) с использованием реакционной смеси qPCRmax-HS SYBR и синтезированных праймеров (ЗАО «Евроген», Россия). Нуклеотидная последовательность прямого и обратного праймеров исследованных однонуклеотидных полиморфизмов представлена в табл. 1. Для проведения ПЦР готовили реакционную смесь, которая при расчете на одну пробу содержит: 1) 5 мкл смеси qPCRmax-HS SYBR; 2) 0,4 мкМ прямого праймера; 3) 0,4 мкМ обратного праймера; 4) 1 нг изучаемой ДНК; 5) 18,2 мкл стерильной воды. Контрольный образец, содержащий 1 нг стерильной воды вместо ДНК, включался в каждый анализ. Программа амплификации включала предварительную денатурацию при 95°С в течение 5 минут, далее 40 циклов денатурации при 94°С в течение 30 с, отжига при 66,5°С в течение 30 с и элонгации при 72°С при 45 с. После завершения амплификации начинали процесс плавления при температуре от 70°С с шагом 0,5°С до 95°С с последующим анализом пиков температуры плавления. Статистическая обработка результатов исследования производилась с использованием программы SPSS Statistics 22 (США, договор от 14.08.2014 г. № 2037-08/14). Поскольку количественные данные более чем в 50% не подчинялись закону нормального распределения, описательная статистика для них приведена в виде медианы и 25 и 75 квантилей (Me [Q25; Q75]). Анализ данных для двух независимых групп был проведен с использованием U-критерия Манна-Уитни. Соотношение частот генотипов и аллельных вариантов генов проверялось на соответствие закону Харди-Вайнберга. Частоты генотипов и аллелей каждого полиморфизма рассчитывались в % от общего их количества, принятого за 100%, с вычислением относительных шансов (ОШ) и 95% доверительного интервала (ДИ). Критический уровень статистической значимости для двух групп определен при p≤0,05. Результаты исследования. В результате исследования однонуклеотидного полиморфизма rs7966550 выявлено, что носительство мутантного гомозиготного генотипа CC встречается исключительно среди группы пациентов с БП с увеличением относительного шанса заболевания в 37,9 раз (p=0,0002). По частоте генотипов полиморфизма rs1427263 статистически значимые различия не выявлены (p=0,15). Несколько противоречивые данные получены при изучении полиморфизма rs11176013. Так, носительство мутантного гомозиготного генотипа GG сопровождалось увеличением относительного шанса в 4,89 раза, в то же время носительство гетерозиготного генотипа AG - в 7,03 раза. В табл. 2 приведены сводные данные о взаимосвязи полиморфизмов гена LRRK2 с развитием БП. Мутантный генотип СС полиморфизма rs7966550 гена LRRK2 выявлялся у 78,6% пациентов с акинетико-ригидно-дрожательной формой БП, однако статистически значимое различие не обнаружено (p=0,15). Медиана возраста дебюта болезни в зависимости от генотипа данного полиморфизма также статистически значимо не различалась. По другим изученным полиморфизмам - rs1427263 и rs11176013 - статистически значимые различия по форме БП и медиане возраста дебюта не обнаружены. Было изучено влияние полиморфных вариантов гена LRRK2 на развитие семейных форм БП. Так, из десяти случаев заболевания с отягощенным семейным анамнезом мутантный генотип CC полиморфизма rs7966550 был выявлен у 5 (50,0%), мутантный генотип TT полиморфизма rs1427263 - у 1 (10,0%), генотип GT полиморфизма rs1427263 - у 5 (50,0%) пациентов. Генотип AG полиморфизма rs11176013 встречался у 8 (80,0%) пациентов с БП с семейной отягощенностью. Изучение частоты различных генотипов полиморфизмов rs7966550, rs1427263 и rs11176013 гена LRRK2 у пациентов с БП двух этнических групп (якутской, русской) статистически значимого различия не выявило (табл. 3). Обсуждение. В последние годы передовые возможности генетического обследования существенно ускоряют поиск новых мутаций [7]. В России проведены широкомасштабные исследования для определения роли мутаций в генах PARK2, SNCA, LRRK2, GBA в развитии БП [4, 5, 6]. В 2017 году опубликованы результаты крупного исследования ассоциации полиморфных вариантов генов дофаминергической системы с БП [1]. Впервые мутации в гене LRRK2 описаны в 2002 году в японской семье, которая страдала аутосомно-доминантной формой БП с поздним началом и с хорошей леводопа-чувствительностью [13]. В 2004 году идентифицирован полиморфизм rs34637584 гена LRRK2, который приводит к замене глицина на серин в позиции 2019 (мутация G2019S) [11]. Пенетрантность данной мутации вариабельна и увеличивается в зависимости от возраста пациента, составляя 28% в 59 лет, 51% - в 69 и 74% - в 79 [15]. В России мутация G2019S выявлена у 5,9% пациентов с аутосомно-доминантной БП [18]. В азиатской популяции идентифицированы два полиморфизма (G2385R и R1628P) в гене LRRK2, которые увеличивают риск БП. Так, в китайской популяции частота мутации G2385R (rs34778348) при БП составляет более 8% [8]. Гетерозиготный генотип G2385R также был выявлен у пациентов с БП Тайваня и Японии [12, 14]. В корейской популяции среди больных с БП мутация G2385R обнаруживалась в 8,9% случаев [17]. Представляется весьма интересным, что в нашей исследованной подборке гомозиготное носительство мутантного аллеля С полиморфизма rs7966550 выявлено исключительно среди пациентов с БП и сопровождалось увеличением относительного шанса ее развития в 37,9 раза. Наши данные дополняют результаты исследования Н.А. Шнайдер и М.Р. Сапроновой [5], которые определили, что полиморфизмы rs1427263, rs11176013, сцепленные с геном LRRK2, не ассоциируются с развитием БП, а частота встречаемости генетического маркера rs7966550 по гомозиготному генотипу СС в группе пациентов с БП выше, чем в группе здоровых добровольцев (44,5 % против 16,5 %). Полученные данные, а именно проведение генетического анализа на наличие мутации по полиморфизму rs7966550 гена LRRK2, могут быть использованы для оценки шансов развития болезни Паркинсона у лиц с отягощенным анамнезом.

About the authors

Alexey A Tappakhov

M.K. Ammosov North-Eastern Federal University

Email: dralex89@mail.ru
58, Belinsky st., Yakutsk, 677000
Medical Institute

Tatiana E Popova

M.K. Ammosov North-Eastern Federal University

58, Belinsky st., Yakutsk, 677000
Medical Institute

Polina I Golikova

M.K. Ammosov North-Eastern Federal University

58, Belinsky st., Yakutsk, 677000
Medical Institute

Tatiana G Govorova

M.K. Ammosov North-Eastern Federal University

58, Belinsky st., Yakutsk, 677000
Medical Institute

References

  1. Ахмадеева Г.Н., Хидиятова И.М., Насибуллин Т.Р. и др. Исследование ассоциации полиморфньіх вариантов генов дофаминергической системы (DRD1, DRD2, DRD3, DRD4, TH, COMT и MAO-B) с идиопатической болезнью Паркинсона // Якутский медицинский журнал. 2017. № 3 (59). С. 5-9.
  2. Иллариошкин С.Н. Этиология болезни Паркинсона: новые представления и новые вызовы. В кн.: Болезнь Паркинсона и расстройства движений: руководство для врачей по материалам III Национального конгресса по болезни Паркинсона и расстройствам движений (с международным участием). М.: ЗАО «РКИ Соверо пресс», 2014. С. 5-13.
  3. Левин О.С., Шиндряева Н.Н., Докадина Л.В. Клиническая эпидемиология болезни Паркинсона. В кн.: Экстрапирамидные расстройства: вчера, сегодня, завтра. Сборник статей. М., 2013. С. 41-52.
  4. Пчелина С.Н., Емельянов А.К., Усенко Т.С. Молекулярные основы болезни Паркинсона, обусловленной мутациями в гене LRRK2 // Молекулярная биология. 2014. Т. 48, № 1. С. 3.
  5. Сапронова М.Р., Шнайдер Н.А. Эпидемиологическая и клинико-генетическая характеристика болезни Паркинсона (на примере Железногорска) // Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. 2014. №4. С. 59-64.
  6. Шадрина М.И., Иллариошкин С.Н., Багыева Г.Х. и др. PARK8-форма болезни Паркинсона: мутационный анализ гена LRRK2 в российской популяции // Журнал неврологии и психиатрии им. C.C. Корсакова. 2007. Т. 107, № 3. С. 46-50.
  7. Шульская М.В., Зырин В.В., Федотова Е.Ю. и др. Полноэкзомное секвенирование в изучении генетических основ болезни Паркинсона. В кн.: Болезнь Паркинсона и расстройства движений: руководство для врачей по материалам IV Национального конгресса (с международным участием). М., 2017. С. 52-55.
  8. Chan D., Ng P., Mok V. et al. LRRK2 Gly2385Arg mutation and clinical features in a Chinese population with early-onset Parkinson’s disease compared to late-onset patients // J. Neural. Transm. 2008. Vol. 115, №9. P. 1275-1277.
  9. Correia Guedes L., Ferreira J., Rosa M. et al. Worldwide frequency of G2019S LRRK2 mutation in Parkinson’s disease: a systematic review // Parkinsonism Relat. Disord. 2010. Vol. 16, №4. P. 237-242.
  10. Corti O., Lesage S., Brice A. What Genetics Tells us About the Causes and Mechanisms of Parkinson’s Disease // Physiol. Rev. 2011. Vol. 91, №4. P. 1161-1218.
  11. Di Fonzo A., Rohe C., Ferreira J. et al. A frequent LRRK2 gene mutation associated with autosomal dominant Parkinson’s disease // Lancet. 2005. Vol. 365, №9457. P. 412-415.
  12. Di Fonzo A., Wu-Chou Y., Lu C. et al. A common missense variant in the LRRK2 gene, Gly2385Arg, associated with Parkinson’s disease risk in Taiwan // Neurogenetics. 2006. Vol. 7, №3. P. 133-138.
  13. Funayama M., Hasegawa K., Kowa H. et al. A new locus for Parkinson’s disease (PARK8) maps to chromosome 12p11.2-q13.1 // Ann. Neurol. 2002. Vol. 51, №3. P. 296-301.
  14. Funayama M., Li Y., Tomiyama H. et al. Leucine-rich repeat kinase 2 G2385R variant is a risk factor for Parkinson disease in Asian population // Neuroreport. 2007. Vol. 18, №3. P. 273-275.
  15. Healy D.G., Falchi M., O’Sullivan S. et al. Phenotype, genotype, and worldwide genetic penetrance of LRRK2-associated Parkinson’s disease: a case-control study // Lancet Neurol. 2008. Vol. 7, №7. P. 583-590.
  16. Keller M., Saad M., Bras J. et al. Using genome-wide complex trait analysis to quantify “missing heritability” in Parkinson’s disease // Hum. Mol. Genet. 2012. Vol. 21, №22. P. 4996-5009.
  17. Kim J., Lee J., Kim H. et al. The LRRK2 G2385R variant is a risk factor for sporadic Parkinson’s disease in the Korean population // Parkinsonism Relat. Disord. 2010. Vol. 16, №2. P. 85-88.
  18. Pchelina S.N., Yakimovskii A.F., Emelyanov A.K. Screening for LRRK2 mutations in patients with Parkinson’s disease in Russia: identification of a novel LRRK2 variant // Eur. J. Neurol. 2008. Vol. 15, №7. P. 692-696.
  19. Wider C., Ross O., Wszolek Z. Genetics of Parkinson disease and essential tremor // Curr. Opin. Neurol. 2010. Vol. 23. P. 388-393.

Statistics

Views

Abstract - 96

PDF (Russian) - 11

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2018 Tappakhov A.A., Popova T.E., Golikova P.I., Govorova T.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies