SNP Rs708727 associado à doença de Alzheimer em SLC41A1 pode aumentar o risco de doença de Parkinson: relatório do estudo eslovaco ampliado, parte 1

Abstrato:

Os SNPs SLC41A1 (A1) rs11240569 e rs823156 estão associados a risco alterado para doença de Parkinson (DP), predominantemente em populações asiáticas, e rs708727 tem sido associado à doença de Alzheimer (DA). Neste estudo, examinamos uma associação potencial dos três SNPs acima mencionados e de rs9438393, rs56152218 e rs61822602 (todos os três situados na região promotora A1) com PD na população eslovaca.

A doença de Parkinson é um distúrbio neurológico que freqüentemente afeta a capacidade das pessoas de movimentar o corpo, mas muitas pessoas podem não saber que a doença de Parkinson também pode afetar a memória das pessoas. Embora isso possa preocupar algumas pessoas, há coisas que podemos fazer para melhorar a nossa memória e manter a nossa saúde física e mental.

Primeiro, entenda a relação entre a doença de Parkinson e a memória. A doença de Parkinson destrói principalmente o tecido nervoso, especialmente os neurônios dopaminérgicos, que são importantes para a coordenação motora do corpo. Ao mesmo tempo, os neurônios dopaminérgicos também afetam nossas habilidades cognitivas, incluindo atenção, memória de trabalho e função executiva. Portanto, na fase inicial do desenvolvimento da doença de Parkinson, podem ocorrer sintomas de perda de memória, que irão piorar gradualmente.

Em segundo lugar, devemos compreender como manter uma boa memória. Embora a doença de Parkinson possa ser preocupante, existem maneiras de ajudar a manter uma boa memória. Por exemplo, medidas como um bom sono, uma dieta equilibrada, exercício moderado e aprendizagem constante de coisas novas podem ajudar-nos a manter uma boa memória. Além disso, a socialização também demonstrou ser um bom treinamento cognitivo que promove o treinamento regular das funções neurológicas do cérebro.

Finalmente, devemos manter uma atitude positiva. Embora a doença de Parkinson possa afetar a função física e cognitiva de uma pessoa, não devemos permitir que ela se torne o foco principal das nossas vidas. Em vez disso, devemos sempre manter uma atitude positiva e manter os nossos dias tão gratificantes e amorosos quanto possível.

Resumindo, a doença de Parkinson está relacionada com a memória, mas podemos ajudar a manter uma boa memória através de algumas medidas e métodos. Além disso, devemos também manter uma atitude positiva para melhor lidar com vários desafios. Deste ponto de vista, precisamos melhorar a nossa memória. Cistanche pode melhorar significativamente a memória, porque Cistanche também pode regular o equilíbrio dos neurotransmissores, como aumentar o nível de acetilcolina e fatores de crescimento, que são muito importantes para a memória e o aprendizado. Além disso, a carne também pode melhorar o fluxo sanguíneo e promover o fornecimento de oxigênio, o que pode garantir que o cérebro receba nutrição e energia suficientes, melhorando assim a vitalidade e a resistência do cérebro.

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Dos seis SNPs testados, identificamos apenas rs708727 como associado a um risco aumentado de início de DP em eslovacos. O alelo menor (A) em rs708727 está associado à DP em modelos genéticos dominantes e completamente sobredominantes (ORD=1 0,36 (1,05–1,77), p=0 0,02 e ORCOD {{11 }}.34 (1.04–1.72), p=0.02). Além disso, o tripleto genotípico GG(rs708727) + AG(rs823156) + CC(rs61822602) pode ser clinicamente relevante apesar de mostrar uma diferença de tamanho média (h maior ou igual a 0,5) (h=0.522) entre o PD e as populações de controle.

A modelagem RandomForest identificou que o poder dos SNPs testados para discriminar entre pacientes com DP e os controles é essencialmente zero. A associação identificada de rs708727 com DP na população eslovaca leva-nos a levantar a hipótese de que este polimorfismo A1, que está envolvido na regulação epigenética da expressão do gene PM20D1 ligado à AD, também está envolvido na patobiologia da DP (ou universalmente na neurodegeneração) através do mesmo mecanismo ou semelhante ao AD.

Palavras-chave:

Mal de Parkinson; Doença de Alzheimer; PARQUE16; Trocador Na+/Mg2+; SLC41A1; Polimorfismo de nucleotídeo único.

1. Introdução

O papel da homeostase do magnésio (Mg) (MgH) na fisiopatologia da doença de Parkinson (DP) é objeto de pesquisas e debates contínuos. A ampla gama de ações do Mg na fisiologia celular e no nível do organismo corrobora a suposição de que o MgH perturbado contribui para os processos degenerativos associados à DP.

O magnésio é essencial para a energética celular [1,2]. É necessário para a produção de ATP, a estabilização de sua estrutura e sua atividade biológica [1–3]. No geral, interfere na homeostase mitocondrial (MH) em vários níveis, desde a organização estrutural das mitocôndrias até vários processos de respiração mitocondrial [1–6].

A estreita relação entre MgH e MH também é ilustrada pelas mitocôndrias servindo como principal reservatório de Mg2+ na célula [7]. Além disso, o Mg possui propriedades antiapoptóticas, pró-proliferativas e pró-crescimento, e os constituintes da maquinaria homeostática do Mg interferem na sinalização celular pró-sobrevivência de Akt / PKB e Erk1 / 2 [8–10].

As doenças neurodegenerativas, incluindo a DP, são caracterizadas a nível celular por danos à MH e à estabilidade energética da célula resultantes principalmente da mitofagia aberrante, gestão do stress do RE, função retromérica, ubiquitinação e renovação de proteínas adjacentes, ou seja, processos que são firmemente conectado sob condições fisiológicas normais [11–13].

O papel do Mg nestes processos é apenas marginalmente compreendido. No entanto, tanto o pool citoplasmático (protegido principalmente pela coenzima TRPM7) quanto o pool intramitocondrial/matriz (protegido pelo canal iônico supercondutor Mg2+ Mrs2) de Mg2+ são conhecidos por serem particularmente importantes para o manutenção do potencial de membrana na membrana mitocondrial interna (∆ψm) [2,4–6].

Qualquer queda de matriz [Mg2+} atribuível à privação de Mg das células, ou à disfunção de Mrs2, induz uma despolarização que desencadeia ainda mais a mitofagia [14]. Recentemente, Zhao e colegas demonstraram que a glicose elevada induz uma queda de [Mg2+] intracelular acompanhada pela indução de mitofagia em células hFOB1.19 (osteoblastos fetais condicionalmente imortalizados, ATCC CRL-11372™) [ 15].

As concentrações citoplasmáticas e, indiretamente, intra-organelas (mitocondriais, RE, Golgi) de Mg2+ são dependentes dos transportadores de Mg2+, que constituem o circuito de transporte de Mg2+ do membrana citoplasmática [6]. Esses transportadores são os seguintes: (1) a coenzima TRPM7, o principal portal de influxo celular de Mg2+, e (2) o trocador Na+/Mg2+ (NME) SLC41A1 (mais conhecido como A1) , o principal gateway de efluxo celular de Mg2+ [6,16,17].

Na verdade, o grupo de Cornell levantou a hipótese de que os dados epidemiológicos publicados "apoiam a possibilidade de que mutações em genes relevantes para MgH alterariam o risco de DP", mas justificam "análises genéticas mais profundas de pacientes com DP" para confirmação de que SLC41A1 (mais adiante referido como A1) e TRPM7 estão entre esses genes [18].

Sobre o possível envolvimento da NME A1 no início e progressão da DP, Tucci e colegas identificaram duas novas variantes de codificação de genes que são do locus PARK16 e que estão presentes apenas na coorte de DP, nomeadamente RAB7L1 (c.470A > G ; p.K157R) e A1 (c.1049C > T, p.A350V) [19]. O primeiro grupo de Kolisek caracterizou A1 c.1049C > T como uma mutação de ganho de função resultando em "efluxo aumentado de Mg2+-conduzido pela variante A1 p.A350V", o que pode levar, a longo prazo, a "deficiência intracelular crônica de Mg2+ -, uma condição encontrada em várias regiões cerebrais de pacientes com DP e que exacerba processos que desencadeiam danos neuronais" [20].

Lin et al. identificaram posteriormente uma variante rara de perda de função de A1 p.R244H em uma coorte de 80 pacientes com diagnóstico de DP de início precoce [21]. O mecanismo por trás da perda da função de A1 é uma questão de especulação, embora Tatarkova e colegas tenham fornecido recentemente dados que deixam claro que "a presença ou ausência, e portanto a funcionalidade, de A1 influencia os processos mitocondriais envolvidos na produção de energia" [ 1]. Além disso, Li e colegas associaram recentemente a variante A1 p.R285Q à DP [22].

Outras evidências experimentais do possível envolvimento de A1 na DP foram fornecidas por Lin e colaboradores que demonstraram que o sulfato de Mg (MgSO4) possivelmente protege as células SH-SY5Y contra a neurotoxicidade da 6-hidroxidopamina (6-OHDA ) [23]. Eles demonstraram adicionalmente que 6-OHDA diminui a expressão de A1 (e outros genes magnesiotrópicos) em células SH-SY5Y tratadas com 6-OHDA e que o MgSO4 pode reverter seu declínio [23]. O mesmo grupo também forneceu dados que revelam que, em um modelo de DP de rato, 6-OHDA altera a expressão de A1/A1 (tanto nos níveis de RNA quanto de proteína), e que a extensão dessa alteração é responsiva a [ MgSO4] [23].

O locus PARK16 compreende cinco genes, nomeadamente SLC45A3, NUCKS1, RAB7L1, A1 e PM20D1 [24]. Seu papel na suscetibilidade à DP tem sido apontado por numerosos estudos de associação genômica ampla (GWAS) e estudos de caso-controle. Três polimorfismos de nucleotídeo único A1 (SNP(s)) foram extensivamente estudados em relação à sua associação com a DP.

O principal alelo G do polimorfismo A1 rs11240569 (para características, ver Tabela 1) de uma coorte Han na China demonstrou reduzir o risco de DP idiopática, com pessoas que têm os genótipos GG e AG exibindo um risco reduzido em comparação com aquelas que possuem o genótipo AA [25]. Um resultado semelhante foi obtido em um estudo realizado com uma coorte iraniana [26].

Outro SNP A1, rs708727 (Tabela 1), foi estudado em uma coorte do Reino Unido, mas nenhuma associação entre este SNP e PD foi encontrada [19]. No entanto, este SNP tem sido associado à doença de Alzheimer (DA) [27].

Sobre PD, rs823156 (Tabela 1), é provavelmente o mais intensamente estudado, mas também o mais controverso entre os SNPs A1. Este SNP foi associado à DP em coortes da China continental [28], Japão [29] e Coreia [30], mas não em coortes do leste da China [31], norte da Espanha [32] e Malásia [33 ]. Bai e colegas previram, após análises in silico, que o rs823156 como uma variante não codificante de A1 "pode ​​afetar o risco de DP, alterando a capacidade de ligação ao fator de transcrição dos genes" [34].

Trabalhos publicados anteriormente tornaram óbvio que as células regulam a extensão do efluxo de Mg2+ via A1 no nível das proteínas e no nível da transcrição [17,20,35,36]. No entanto, a quantidade de informações sobre a organização do promotor de A1 e sua capacidade de ligação à transcrição é bastante escassa [34].

Em 2019, publicamos um estudo mostrando que os três SNPs A1 mencionados acima não estão associados a qualquer suscetibilidade à DP na população eslovaca, conforme demonstrado por meio de estatísticas frequentistas e aprendizado de máquina [37]. Uma grande limitação desse estudo pode ter sido o número relativamente baixo de participantes nas coortes de DP (150) e de controle (120).

Portanto, o objetivo deste estudo foi duplo: (1) elucidar qualquer possível associação de rs11240569, rs708727 e rs823156 em um grupo maior de pacientes com DP (150 + 358) e probandos de controle ({{5 }}), e (2) sequenciar a região promotora de A1 em uma subcoorte de amostras de PD para identificar quaisquer possíveis SNPs dentro da região promotora e examinar sua possível associação com PD.

2. Resultados

2.1. Sequenciamento da região promotora SLC41A1

O sequenciamento Sanger e a análise de sequências foram realizados em uma subcoorte de 96 pacientes com DP (todos do Centro de DP em Martin). Foi estudado um fragmento da região promotora A1, abrangendo da posição 205.814.626 a 205.812.988 no cromossomo um. A sequência do fragmento foi escolhida de acordo com o banco de dados Genecopoeia [www.genecopoeia.com/product/search/view_seq_promoter.php?cid=&type{{12} }promoter&prod_id=HPRM53412 (acessado em 2 de maio de 2018)].

A organização genética de A1 e suas sequências promotoras/reguladoras está representada na Figura 1. O sequenciamento permitiu a identificação dos seguintes quatro SNPs na região promotora A1: rs9438393, rs56152218, rs61822602 e rs144056491 (Figura 1). Em seguida, utilizamos a estratégia RFLP para examinar rs9438393 (restrição com Hpy166II), rs56152218 (restrição com NIaIII) e rs61822602 (restrição com BmrI) em um subgrupo de 100 amostras de controle. O SNP rs144056491 não foi examinado no grupo controle devido à falta de uma enzima de restrição adequada.

ConSite [38] (Tabela 2), uma ferramenta baseada na web para encontrar elementos reguladores cis em sequências genômicas, foi empregada para examinar se o alelo variante (menor) para cada um dos quatro SNPs mencionados acima alterou o perfil de ligação ao TF do promotor A1 renderizando um novo sítio de ligação ao TF ou apagando o existente. Como entrada, utilizamos sequências longas de 33 pb, uma com o alelo de referência (principal) e outra com o alelo variante (menor) para cada SNP, respectivamente.

No rs144056491, que está localizado no sítio de ligação do fator de transcrição p50, tanto o alelo principal (C) quanto o alelo menor (-, CC, CCC) presumivelmente permitem a ligação desse fator de transcrição (Figura 1). A presença do alelo principal (A) em rs9438393 pode permitir a ligação do fator de transcrição FREAC -4 (Tabela 2, Figura 1). No entanto, se o alelo menor (G) estiver presente, então o sítio de ligação FREAC-4 não será mais reconhecido pelo software preditivo de ligação TF. No mesmo SNP, o alelo menor supostamente permite a ligação do SP1, o que não é o caso na presença do alelo maior (Tabela 2, Figura 1).

O alelo principal (T) em rs56152218 supostamente permite a ligação de Gata2, mas de acordo com a previsão, este não será o caso na presença do alelo menor (C). Por outro lado, YY1 pode ligar a variante alélica C menor, mas não a variante alélica T principal (Tabela 2, Figura 1). De acordo com a previsão in silico, o SNP rs61822602 não está localizado em nenhuma sequência de ligação ao TF (Tabela 2, Figura 1).

Figura 1. Organização genética de A1 incluindo 50UTR adjacente a montante. De acordo com a Transcrição Ensembl: SLC41A1-201 ENST00000367137.4, este gene está localizado no cromossomo 1 e consiste em 11 exons. O exon 1 representa 50UTR (região não traduzida) e o exon 2 contém uma parte deste 50UTR. 3 0UTR está incluído no exon 11. Em nosso estudo anterior, estudamos três SNPs (variantes de nucleotídeo único), ou seja, rs11240569, rs708727 e rs823156 em A1 [37]. Neste trabalho, analisamos uma sequência (1638 pb de comprimento) localizada a montante deste gene.

Esta sequência cobre a sequência 50upstream e, parcialmente, o exon 1. De acordo com o navegador do genoma da UCSC [39], a sequência é uma região regulatória representada por ilhas CpG (retângulo verde). Uma assinatura semelhante a um promotor (EH38E1415811) e uma assinatura semelhante a um intensificador proximal (EH38E14112) (retângulo vermelho e laranja, respectivamente) foram descritas nesta região.

Identificamos quatro SNPs (rs144056491, rs61822602, rs56152218 e rs9438393) nesta sequência. Em rs144056491, uma busca dentro da sequência de referência e depois na sequência com a variante resultou na identificação de um sítio de ligação para o fator de transcrição p50. Em rs9438393, a pesquisa resultou na identificação de um sítio de ligação para o fator de transcrição FREAC-4 (o alelo A). No entanto, nenhum sítio de ligação foi detectado na sequência variante (alelo G). No mesmo SNP, o alelo G permite a ligação do SP1. Em rs56152218, o alelo T dominante permite a ligação de Gata2, e o alelo menor, de YY1.

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