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Perturbação Bipolar

Utilizar a sequenciação do genoma completo de famílias para descobrir variantes raras associadas à Perturbação Bipolar

A Perturbação Bipolar (PB), com a prevalência de 1% ao longo da vida, é uma doença mental comum e debilitante com um peso significativo a nível socioeconómico e de saúde. Tanto os estudos de associação do genoma (GWAS) como a sequenciação do genoma completo (WGS) implicam variantes comuns e raras na etiologia da PB.

 

Embora a hereditariedade da PB estimada a partir de variantes comuns seja cerca de 30%, a contribuição de variantes raras na patologia clínica da PB tem sido muito menos estudada. Para melhor compreender a contribuição das variantes raras e comuns para a etiologia da PB, realizamos a sequenciação do genoma completo (WGS) na amostra da coleção das ilhas portuguesas (CIP) (N=186) contendo famílias com indivíduos afetados e não afetados e controlos. Aplicamos uma abordagem analítica em duas vertentes para avaliar o impacto das variantes comuns e raras na PB.

 

Em primeiro lugar, geramos uma pontuação de risco poligénico (PRS do inglês Polygenic Risk Score) utilizando variantes comuns para a predisposição genética da coorte para PB. Em segundo lugar, dentro de uma estrutura de modelos lineares mistos (MLM), avaliamos o impacto de variantes raras deletérias na coorte PB para prever o status bipolar com base na presença do alelo de risco alternativo, associado à doença, dentro dos genes. Para variantes com evidência de segregação familiar, realizou-se 1) a comparação da presença de alelos alternativos dentro dos grupos e 2) conduziram-se permutações sobre a probabilidade de segregação familiar para calcular o valor p do genoma inteiro para variantes deletérias raras.

 

Métodos

Controlo de qualidade: foram excluídos os indivíduos com erros mendelianos excessivos, falhas na verificação do sexo e/ou leituras de baixa qualidade.

A amostra inicial era composta por 201 indivíduos, e após a verificação de controlo de qualidade, passou a ser constituída por 186 indivíduos.

 

Definição de Raridade: Variantes com MAF ≤ 0,01 na população de controlo, e se presente o genoma 1000, são definidos como raros. Todos os restantes são definidos como comuns. Variantes raras correspondem a 8,031,429 e comuns a 5,474,319.

 

Definição de variantes raras deletérias: Combinação de Depleção Dependente de Anotação (CDDA) v1.6 com hg38 usado para definir pontuações semelhantes a Phred. ANNOVAR v2020.06.08 com GRCh38 e refGene usado para definir variantes exônicas. Para variantes exônicas raras a ANNOVAR apresentou um resultado de 607. A CDDA Phred ≥ 10 apresentando o resultado de 18,998.

 

Nota: Variantes com pontuações semelhantes a 10 ou mais são preditores dos 10% mais deletérios.

A presente amostra é constituída por 3 grupos: 1) grupo de afetados, composto por 64 indivíduos e representando 34,41%; 2) grupo de indivíduos não afetados, composto por 60 indivíduos e representando 32,26%; 3) grupo de controlo, composto por 62 indivíduos e representando 33,33%. O grupo de controlo é representante de indivíduos sem qualquer histórico familiar de perturbações psiquiátricas. Para as famílias com PB, as amostras podem ser afetadas ou não afetadas (como, por exemplo, sem histórico de perturbações psiquiátricas).

 

Resultados:

Numa análise de gráfico de barras de análise PRS em casos bipolares vs. familiares não afetados, obteve-se os seguintes resultados: quando o máximo de R2 = 0,0875 verifica-se p = 0,00046, utiliza-se o ponto de corte PT = 0,00046 para a análise a seguir. No gráfico referente aos casos bipolares vs. controlos populacionais obteve-se os seguintes resultados: quando o máximo de R2 = 0,074 verifica-se p = 0,006, utiliza-se o ponto de corte PT = 0,006 para a análise a seguir. As pontuações PRS foram estimadas utilizando o PRSice-2 e as estatísticas resumidas do PB GWAS do Psychiatric Genomics Consortium (PGC).

Os resultados do modelo linear misto, reforçam a associação entre genes portadores de variantes raras e deletérias (PHRED ≥ 10) e o estado de PB na coorte CIP. O modelo foi corrigido para estratificação populacional e parentesco familiar. Valores de q FDR ≤0,10 foram relatados com notas de revisão de literatura. Os genes NDUFC2, USP37, CLIC3 e ISX contêm variantes, tendo sido relatado anteriormente como missense deletério (gnomAD v3.1.2).

O gene NDUFC2 possui 2 variantes contendo um valor de p de 0.000003 e um valor de q de 0.039968 encontrando-se implicado na modulação de reações de oxidação/redução (redox) na PB. O gene CIB4 apresenta 8 variantes onde os valores de p encontram-se nos 0,000007 e os valores de q em 0,039968 apresentando uma possível ligação com doenças neurológicas e psiquiátricas. O gene PAIP1 com 19 variantes e valores de p em 0,000011 e valores de q em 0,039968 está implicado na PB, DA e outros transtornos. O gene USP37 apresenta 15 variantes com os valores de p em 0,000011 e de q em 0,039968. O gene CLIC3 contém 4 variantes apresentado o valor de p de 0,000029 e valor de q de 0,068292, possivelmente associado com SCZ e PB. O gene HSBP1 contém 2 variantes apresentando valores de p em 0,000034 e valores de 0,068292 explicando uma possível associação com SCZ e PB. O gene ISX com 3 variantes com o valor de p 0,000034 e o valor de q 0,068292. O gene CHMP3 apresenta 5 variantes com valores de p entre 0,000053 e valores de q de 0,093355 demonstrando um envolvimento em vias de KEGG enriquecidas subjacentes ao mecanismo PB.

Foi ainda, realizada uma análise de gráfico boxplot para as variantes raras e deletérias com evidências de segregação para controles, não afetados e afetados. As contagens foram ponderadas para o tamanho da amostra dos grupos. O status deletério foi definido pelo PHRED ≥ 10 ou ANNOVAR. Apenas não-sinônimos, stopgain, startloss e stoploss foram incluídos na análise ANNOVAR. Para determinar se havia diferença na contagem entre os grupos, foi realizado o teste de Kruskal Wallis, que foi significativo em todas as análises (p < 2,2e 16). O teste Post Hoc de Dunn mostrou que todos os grupos foram significativamente diferentes entre si para as variantes deletérias definidas pela CDDA (máx. p = 1,19e 263). Para as variantes deletérias definidas pela ANNOVAR, a comparação entre grupos de controlo e não afetados não foi significativa (p = 0,24), enquanto a comparação entre grupos afetados e controlo (p = 2,25e 128) e afetados e não afetados (p = 4,70e 141) foram significativas.

 

Conclusão

Usando variantes raras e deletérias (PHRED ≥ 10) com evidência de segregação, uma análise de permutações foi conduzida para calcular a probabilidade de segregação familiar com famílias afetadas em todo o genoma, com valor de p: 0,0011. Ao identificar genes específicos e variações genéticas associadas à PB, podemos obter informações sobre os mecanismos biológicos que contribuem para o desenvolvimento do transtorno.

 

Hamed Kazemi, 1, John Drake 1,2 , Tim Bigdeli 3 , Silviu Bacanu 4 , Kelly Benke 5 , Brion Maher 5 , James Knowles 6 , Steve McCarroll 7 , Celia Carvalho 8 , Helena Medeiros 9, Rute Ferreira 10, Michele Pato 6, Carlos Pato 6 , Vladimir Vladimirov 1 , Ayman Fanous
1 Department of Psychiatry, College of Medicine, University of Arizona Phoenix; 2 Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, College of Medicine, Texas A&M University; 3 Institute for Genomics Health, SUNY Downstate Medical Center; 4 Virginia Institute for Psychiatric and Behavioral Genetics, Virginia Commonwealth University; 5 Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, John Hopkins University; 6 Department of Psychiatry, Rutgers University; 7 Department of Genetics, Harvard University; 8 University of the Azores; 9 Keck School of Medicine, University of Southern California; 10 Instituto Irmãs Hospitaleiras, CSCP

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