Wpływ badań genetycznych na poznanie patogenezy uzależnień.pdf

Psychiatria

PRACA POGLĄDOWA

tom 2, nr 1, 9–18

ISSN 1732–9841

Agnieszka Samochowiec 1, 4 , Agnieszka Mordasewicz 2 ,

Georg Arentowicz 3 , Jerzy Samochowiec 4

1 Międzywydziałowe Studium Kształcenia Pedagogicznego, Uniwersytet Szczeciński w Szczecinie

2 Centrum Psychiatryczne SPS ZOZ w Szczecinie

3 AZIP Kolonia w Niemczech

4 Katedra i Klinika Psychiatrii Pomorskiej Akademii Medycznej w Szczecinie

Wpływ badań genetycznych

na poznanie patogenezy uzależnień

Addiction pathogenesis in genetic research

Abstract

The familial occurence of alcoholism has been known for many years. Approximatly 50–60% of individual differen-

ces in risk for alcoholism is genetic, and this proportion is approximately equal in man and woman. The goal of this

article is to review the current status in the search for “candidate gens” for alcohol dependence. There are three

basic approaches to identifying important genes. First, one can target genes based on their presumed importance

in influencing alcohol sensitivity. The targeted gene can be overexpressed, underexpressed, or disrupted to the

extent that its functionis ablated (a gene knock-out). Second, one can seek genes that are identified as important

because they are differentially expressed. Third, one can seek variations in the sequence of genes that are associa-

ted with alcohol sensitivity. The first approach can only be attempted using genetic animal models. Each approach

will be reviewed, with an emphasis on the second and third. The examples of statistical measures will be present,

the differences between family designed studies and association studies in compare to unrelated healthy volunte-

ers will be discussed.

key words : molecular-genetic investigations, alcohol dependence, alcohol withdrawal,

assotiation and linkage studies, „knock-out” technology, QTL, TDT

Wstęp

Wyniki badań nad alkoholizmem na przestrzeni lat

określają ryzyko uzależnienia, towarzyszące spożywa-

niu alkoholu, z których 40–50% odnosi się do czynni-

ków środowiskowych, a 50–60% do czynników ge-

netycznych [1]. Zależność między ilością spożywane-

go alkoholu a powstałymi z tego powodu problema-

mi jest obszarem ciągłych poszukiwań naukowych,

w tym również wpływu podłoża genetycznego, na pa-

togenezę uzależnień. W każdym kraju na świecie śred-

nia ilość alkoholu przypadająca na jednego obywate-

la (a więc spożycie per capita ) jest różna. Wspólnym

pozostaje fakt, że osoby uzależnione i nadużywające

alkoholu przyjmują ponad połowę ogólnej spożywa-

nej ilości (ryc. 1).

Już „ojciec” alkohologii Jellinek opisał 3 czynniki wpły-

wające na rozwój uzależnienia: osobowość, środowi-

sko, czynniki konstytucjonalne. W świetle tej teorii bio-

logiczni krewni uzależnionego od alkoholu charakte-

ryzują się wyższym ryzykiem uzależnienia, jakkolwiek

to, co się dziedziczy, to allele genów kandydujących

predysponujących do uzależnienia albo działających

protekcyjnie [2].

Na pytania stawiane przez badaczy ciągle poszukuje

się odpowiedzi, gdyż wpływ genów w chorobach

i zaburzeniach psychicznych, takich jak na przykład

alkoholizm, nie jest jednoznaczny. Wynika to z różno-

rodności sposobów dziedziczenia. Dziedziczenie jed-

Adres do korespondencji: prof. dr hab. med. Jerzy Samochowiec

Katedra i Klinika Psychiatrii Pomorskiej Akademii Medycznej

ul. Broniewskiego 26, 71–460 Szczecin

e-mail: samoj@sci.pam.szczecin.pl

tel./faks: (091) 454 15 07

www.psychiatria.viamedica.pl

Psychiatria 2005, tom 2, nr 1

Uzależnienie

Problem

Ryzyko

Małe ryzyko

Rycina 1. Zależność między spożywaniem alkoholu a powstałymi z tego powodu problemami

Figure 1. The connection between alcohol consumption and the resultant problems

nogenowe wiąże się z istnieniem polimorfizmu tylko

pojedynczego odpowiedzialnego genu, natomiast

dziedziczenie wielogenowe charakteryzuje się wystę-

powaniem wielu polimorfizmów genów kandydują-

cych i ich interakcją z wpływem czynników środowi-

skowych na ich ekspresję.

Uproszczone podejście genetyczne przyniosło sukces

w rozpoznawaniu bądź zapobieganiu choroby Alzhe-

imera, raka sutka, raka macicy; strategia ta nie przy-

niosła natomiast oczekiwanych rezultatów w pozna-

niu patogenezy schizofrenii, zaburzeń afektywnych

i w alkoholizmie [3, 4]. Geny predysponujące do dane-

go typu osobowości i zespołu zależności alkoholowej

wzbudzają wielkie emocje z powodu braku 100-pro-

centowego determinizmu, występującego tylko przy

przekazywaniu następnemu pokoleniu tak zwanych

chorób jednogenowych, jak na przykład w fenyloke-

tonurii. Wpływ czynników genetycznych może być za-

równo odwracalny, jak i nieodwracalny, podobnie jak

czynników środowiskowych.

Istnieją doniesienia z badań, na podstawie których

prawdopodobnie zostanie wkrótce określone podło-

że genetyczne niektórych zaburzeń. Dotyczą one: al-

koholizmu, autyzmu, chorób afektywnych, schizofre-

nii czy zaburzeń osobowości [5].

Określenie patogenezy uzależnień wiąże się z pozna-

niem strategii identyfikujących geny w chorobach uwa-

runkowanych wielogenowo.

Badania genetyczne a poznanie

patogenezy uzależnień

Istnieje wiele danych potwierdzających tezę, że alko-

holizm ma silne uwarunkowania rodzinne i genetycz-

ne. Badania bliźniąt, adopcyjne oraz badania rodzin

wykazują, że dziedziczenie ryzyka zapadalności na al-

koholizm jest w 50–60% uwarunkowane genetycznie

zarówno u mężczyzn, jak i u kobiet [1, 6].

Mimo że fakt ten był znany od wielu lat, dopiero od

ostatniej dekady naukowcy zaczęli używać zaawan-

sowanych technik badawczych koniecznych do iden-

tyfikowania genów zaangażowanych w rozwój uza-

leżnienia od alkoholu. Mimo uwzględnienia wielu róż-

nych procesów behawioralnych nadal najważniejszą

teorią pozostaje nagradzające i awersyjne działanie

etanolu na procesy motywacyjne. Uważa się, że efekt

wywoływany przez etanol determinuje, czy osoba spo-

żywająca alkohol będzie kontynuowała konsump-

cję i zwiększała jego ilość. Uważa się, że genetycznie

uwarunkowane różnice we wrażliwości na nagrodo-

twórcze i awersyjne działanie etanolu są jednym z naj-

www.psychiatria.viamedica.pl

Agnieszka Samochowiec i wsp., Wpływ badań genetycznych na poznanie patogenezy uzależnień

ważniejszych czynników rozwoju modelu „picia eks-

cesywnego”, charakterystycznego dla nadużywania

i zespołu zależności alkoholowej [7].

Celem poszukiwań genów odpowiedzialnych za cho-

roby psychiczne jest opracowanie zindywidualizowa-

nego modelu prewencji i terapii genowej. Istotna jest

identyfikacja predysponującego genu, poznanie pa-

tofizjologii i diagnozy oraz odpowiedzi farmakogene-

tycznej.

Badania asocjacyjne obejmujące populacje niespokrew-

nione nie dotyczą rodzinnego przebiegu dziedziczenia.

Analizuje się w nich, czy choroba i allel występują

w danej populacji istotnie częściej lub rzadziej (ryc. 2).

Sytuacja wygląda inaczej, kiedy frekwencja mutacji jest

mniejsza u chorych niż u zdrowych, wtedy allel czy

też badany genotyp posiada właściwości ochronne.

Przeprowadzone asocjacyjne badania rodzinne zaj-

mują się przebiegiem uzależnienia, podobnie jak ba-

dania łączone, wykorzystując tak zwany test nierów-

nowagi transmisji (TDT, transmission-disequilibrium

test ), dzięki któremu można określić, czy dziedzicze-

nie (transmisja–przekazywanie) badanych alleli odby-

wa się zgodnie z prawem Hardy’ego-Weinberga

(HWE). Jeśli prawo HWE nie jest spełnione, to jest moż-

liwe, że zmieniona allela jest transmitowana znamien-

nie częściej od matki bądź ojca do dzieci — proban-

dów. Wybiórcze posiadanie tych chorobotwórczych

alleli powoduje obciążenie genetyczne u dzieci. Mimo

braku czynnika środowiskowego czy osobowościowe-

go biologiczne czynniki mogą przekroczyć ilościowo

pewien próg normalności, a podatność na uzależnie-

nie będzie wysoka i u pacjenta rozwinie się zespół za-

leżności alkoholowej, na przykład allel A w badanym

genie powiązany jest z „cechą”, jeśli pojawia się istot-

Badania asocjacyjne i badania łączone

W poszukiwaniu genów kandydujących wykorzystuje

się badania asocjacyjne oparte na porównywaniu czę-

stości występowania patologicznych alleli u niespo-

krewnionych osobników, u których rozpoznano kry-

teria choroby według ICD-10 w porównaniu z fre-

kwencją tych samych alleli u niespokrewnionych osob-

ników zdrowych (niemających diagnozy psychiatrycz-

nej w ICD-10) [8].

Istotnie zwiększona frekwencja chorobotwórczego

allelu w grupie chorych jest liczbą niemianowaną,

określającą tak zwane relatywne ryzyko. Wskazuje,

o ile wzrasta ryzyko wystąpienia danej choroby w przy-

padku posiadania tego specyficznego allelu chorobo-

twórczego (tab. 1).

Tabela 1. Przykłady obliczeń asocjacyjnych dla biallelicznego polimorfizmu

Table 2. The examples of associative calculations for biallelic polymorphism

Allel 1

Allel 2

Pacjent

Relatywne ryzyko = (a × d)/(c × d)

Grupa kontrolna

Rycina 2. Badania asocjacyjne u osób niespokrewnionych i u rodzin

Figure 2. Associative calculations among relatives and not related people

www.psychiatria.viamedica.pl

Psychiatria 2005, tom 2, nr 1

nie częściej wśród osób „dotkniętych” niż „niedotknię-

tych” chorobą. Analiza statystyczna jest prosta i po-

sługuje się wyłącznie tabelą zgodności 2 × 2. Naj-

większą pułapką tych badań jest sposób doboru gru-

py kontrolnej, co odróżnia ją od analizy sprzężeń

i metody wspólnych alleli, które badają specyficzny

model losowego dziedziczenia mendlowskiego w ro-

dzinie i nie wymagają wykorzystania grupy kontrol-

nej. Wprawdzie badania asocjacyjne mogą być prze-

prowadzone w wypadku każdego losowego polimor-

fizmu DNA, są jednak najbardziej skuteczne w wy-

padku odmian czynnościowych genów posiadających

wyraźny związek biologiczny z badaną cechą.

Wystąpienie dodatniej asocjacji niewiele mówi o cho-

robie. Powodem jej wystąpienia może być sytuacja,

w której asocjacja dodatnia wystąpi, gdy allel A jest

przyczyną choroby; w tym wypadku taka asocjacja po-

winna wystąpić we wszystkich populacjach. Asocjacja

dodatnia wystąpi również, gdy allel A nie jest odpo-

wiedzialny za cechę, lecz znajduje się w nierównowa-

dze łączonej z allelem sprawczym, czyli A występuje

na chromosomach, które zawierają mutację chorobo-

twórczą. Nierównowaga łączona wystąpi w popula-

cji, gdy spełnione są dwa warunki: większość przy-

padków danej cechy wynika ze stosunkowo niewielu

mutacji w poprzednich pokoleniach w locus odpo-

wiedzialnym za cechę oraz allel markerowy występo-

wał na jednym z tych chromosomów w poprzednich

pokoleniach i znajduje się stosunkowo blisko locus od-

powiedzialnego za cechę, tak że rekombinacje poko-

leniowe nie oddzieliły ich. Nierównowaga łączona

(z ang. linkage diseguilibrium ) występuje najczęściej

w młodej izolowanej populacji ludzkiej (np. popula-

cja fińska).

Rzeczywiste asocjacje spowodowane nierównowagą

łączoną mogą prowadzić do sprzecznych wniosków.

Ponieważ nierównowaga wiąże się z historią popula-

cji, cecha może być powiązana z allelem A 1 w jednej

populacji, allelem A 2 w drugiej, natomiast w ogólnej

populacji może nie wykazać żadnej asocjacji.

Co najbardziej niepokojące, dodatnie asocjacje mogą

być artefaktem obliczeń statystycznych w danej popu-

lacji. W populacji mieszanej każda cecha występująca

z większą częstością w grupie etnicznej wykazuje aso-

cjację z każdym allelem, który występuje w tej grupie

z większą częstotliwością. Wyobraźmy sobie, że mło-

dy genetyk bada cechę zdolności jedzenia pałeczkami

w populacji chińskiej i w populacji San Francisco,

uwzględniając asocjację z kompleksem antygenów

zgodności tkankowej (HLA). Okaże się, że allel HLA A 1

jest dodatnio powiązany ze zdolnością do jedzenia

pałeczkami, nie dlatego, że czynniki immunologiczne

mają jakikolwiek wpływ na kulturę jedzenia, lecz dla-

tego że allel HLA A 1 występuje częściej u Azjatów niż

u osób rasy białej.

Problem ten dotyczył wielu badań asocjacyjnych

w populacjach niehomogennych, zaczynając od

populacji Los Angeles, kończąc na szczepach In-

dian Północnoamerykańskich. Ciekawym przykła-

dem było stwierdzenie, że Indianie szczepu Pima

są bardziej podatni na cukrzycę typu 2 niż osoby

rasy białej.

W celu uniknięcia owego artefaktu w populacji należy

przeprowadzić badania asocjacyjne obejmujące sto-

sunkowo homogenne populacje. Jeśli asocjacja wy-

stępuje tylko w dużej, mieszanej populacji, a nie wy-

stępuje w grupach homogennych, należy podejrze-

wać obecność artefaktu. Mając na uwadze trudności

w doborze grupy kontrolnej, idealnie odpowiadającej

pochodzeniu etnicznemu grupie badanej, badania

asocjacyjne powinny uwzględnić „kontrolę we-

wnętrzną” częstości alleli: badanie osób dotkniętych

i ich rodziców. Jeśli rodzice mają genotyp A 1 /A 2 i A 3 /

/A 4 , natomiast osoba chora ma genotyp A 1 /A 3 , wów-

czas genotyp A 2 /A 4 (zawierający oba allele, których

osoba chora nie odziedziczyła) będzie „sztuczną kon-

trolą”, dobrze dopasowaną co do pochodzenia etnicz-

nego. Metodę tę nazywa się niekiedy rodzinną kon-

trolą cechy lub haplotypową metodą względnego ry-

zyka. Może ona być stosowana zarówno w odniesie-

niu do genotypów, jak i do alleli. Jej stosowanie po-

winno być rutyną. Pobranie DNA od rodziców jest istot-

ne również z innego powodu. Znając genotyp rodzi-

ców, można konstruować haplotypy wielomarkerowe.

Po ustaleniu asocjacji należy ją poddać próbie trans-

misji nierównowagi (TDT, transmission-diseguilibrium

test ). W próbie tej zakłada się, że rodzic heterozygo-

tyczny względem allelu asocjacyjnego A 1 i allelu nie-

asocjacyjnego A 2 powinien częściej przekazywać dziec-

ku dotkniętemu allel A 1 niż A 2 . Test nierównowagi

transmisji zastosowano po raz pierwszy w zagadko-

wym odkryciu, w którym gen dla insuliny wykazywał

silną asocjację, lecz brak połączenia z cukrzycą typu 1.

Połączenie to było niejasne z powodu znacznej ilości

rodziców homozygotycznych, a przez to nieinforma-

tywnych. Należy zauważyć, iż próby TDT nie można

zastosować bezpośrednio do próbki, w której stwier-

dzono asocjację (ponieważ osoby dotknięte mają

z konieczności nadmiar allelu asocjacyjnego), lecz do

nowej próbki z tej samej populacji [2, 9, 10].

Podczas gdy badania asocjacyjne sprawdzają, czy cho-

roba i allel występują razem w populacji, analiza sprzę-

żeń ( linkage analysis ) wskazuje, czy cechy przekazy-

wane są razem następnemu pokoleniu [4].

www.psychiatria.viamedica.pl

Agnieszka Samochowiec i wsp., Wpływ badań genetycznych na poznanie patogenezy uzależnień

Analiza łączona uwzględnia określony model, tłuma-

czący przebieg dziedziczenia fenotypów i genotypów.

Jest to metoda z wyboru w wypadku dziedziczenia

według prostych cech mendlowskich. Analizę łączoną

często wykorzystuje się do mapowania genetycznego

u człowieka i stosuje się ją w setkach przypadków pro-

stych cech jednogenowych. Zastosowanie tej metody

do cech złożonych okazuje się zawodne z powodu

trudności w precyzyjnym opisaniu modelu tłumaczą-

cego przebieg dziedziczenia.

Parametryczna analiza łączona (zależna od modelu

dziedziczenia) stanowi logarytm prawdopodobieństwa

(LOD) zaobserwowania rozkładu markerów i choroby

wobec z góry założonego modelu dziedziczenia.

W przypadku chorób dziedziczonych w prosty spo-

sób mendlowski wynik LOD równy lub większy od 3,0

w odniesieniu do całego genomu odpowiada staty-

stycznie istotnemu łączeniu (p < 0,05). Ponieważ nie

udowodniono, że choroby psychiczne są spowodo-

wane pojedynczym genem, należy opracować odpo-

wiedni model dziedziczenia. Ponadto allele chorobo-

twórcze mogą występować bardzo często, wykazując

niewielką penetrację, co może zaburzyć tradycyjną

analizę sprzężeń, ponieważ ten sam gen może być

przekazywany przez kilku przodków lub przez mał-

żonków wchodzących do rodziny. Taka statystyka

znacznie utrudnia analizę metodami parametryczny-

mi [2].

Technologia knock-out

W piśmiennictwie powszechnie omawia się technolo-

gie transgeniczne zmieniające specyficzne funkcje ge-

nowe na zwierzętach laboratoryjnych [11].

Badane są geny kodujące receptory neurotransmite-

rów, kinazy białkowej, geny kodujące enzymy.

Wszystkie badania nagrodotwórczego działania alko-

holu opierają się na paradygmacie wzmocnienia opar-

tym na teście wyboru dwóch butelek, porównujac

zwierzęta knock-out i zwierzęta z grupy kontrolnej

( wild type — dzikie). Dobrym przykładem są badania

koordynacji ruchowej po alkoholu. Zwierzęta pozba-

wione receptora 5HT 1B są mniej wrażliwe na intoksy-

kację alkoholową niż „dzikie” [12].

Innym przykładem jest opisany przez Homanicsa i wsp.

brak wpływu knock-out podjednostki a 6 genu GABA

A receptora na zespół abstynencyjny [13]. Coste i wsp.

nie wykazali efektu knock-out genu dla receptora kor-

tykotropinowego 2 na poziom reakcji lękowej u zwie-

rząt [14].

Od kiedy z wielką precyzją można ocenić w mózgu

zmieniony produkt genowy, technologia knock-out

dostarcza wielu informacji dotyczących genetyki wraż-

liwości alkoholowej.

Przeprowadzono wiele badań nad zwierzętami do-

świadczalnymi typu knock-out (KO). Jedna grupa ba-

dań dotyczy KO w obrębie genów receptorów seroto-

ninergicznych (5HT).

Bouwknecht i wsp. obserwowali zachowania zwierząt

po usunięciu genu 5-HT 1B . Nie wykazali różnicy z grupą

kontrolną, kiedy zwierzęta miały stały dostęp do eta-

nolu [15].

W analogicznych badaniach, które przeprowadzili

Crabbe i wsp., myszy „KO” piły więcej etanolu niż gru-

pa kontrolna [16, 17].

Risinger i wsp. w swoich badaniach zastosowali do-

zownik do samoobsługi (dźwignia). Myszy „KO” po-

czątkowo wykazały większą wrażliwość na etanol, lecz

efekt ten zanikał [18].

W badaniach, które przeprowadzili Engel i wsp. nad

genem 5-HT 3 i w których myszy „KO” i z grupy kon-

trolnej miały stały dostęp do etanolu, myszy „KO” piły

go mniej [19].

W wypadku podobnych metodologiczne eksperymen-

tach Popova i wsp. badali „KO” genu MAO-A, nie

stwierdzając znamiennych różnic z kontrolą [20].

Inna grupa doniesień dotyczy badań nad receptorami

dopaminergicznymi.

Cunningham i wsp. badali gen receptora D 2 , warun-

kowali zwierzęta miejscem podawania alkoholu; zno-

sili preferencje zwierząt do przebywania w tym miej-

scu [21].

Badania identyfikujące geny kandydujące

Główne podejścia w badaniach, które identyfikują

geny kandydujące, skupiają się na poszukiwaniu ge-

nów wpływających na wrażliwość alkoholową. Eks-

presja takiego genu może być nadmierna, osłabiona

lub zahamowana (zwierzęta doświadczalne knock-

out — KO). Badania dotyczą różnic ekspresji genów

oraz poszukiwania wariantów sekwencji genów po-

wiązanych z alkoholizmem, tak zwanych quantita-

tve trait loci (QTL).

Ponieważ alkohol jak każda substancja psychoak-

tywna powoduje szerokie spektrum efektów be-

hawioralnych, miejsca genetycznej wrażliwości są

rozłożone liniowo. Mimo to typowe jest spektrum

odpowiedzi dla środków uzależniających, to zna-

czy początkowa wrażliwość na substancję w orga-

nizmie dotychczas nienarażonym na jej działanie,

pojawienie się zjawiska tolerancji, wystąpienie ob-

jawów abstynencyjnych oraz pojawienie się wzmac-

niających właściwości środka, złożonych z zacho-

wania typowego dla poszukiwania środka narko-

tycznego ( drug seeking behaviour ) i w modelu sa-

mopodawania [11].

www.psychiatria.viamedica.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: