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Genes encoding endocannabinoid and sphingolipid metabolism pathways were suggested to contribute to the genetic risk towards attention deficit hyperactivity disorder (ADHD). The present pilot study assessed plasma concentrations of candidate endocannabinoids, sphingolipids and ceramides in individuals with adult ADHD in comparison with healthy controls and patients with affective disorders. Targeted lipid analyses of 23 different lipid species were performed in 71 mental disorder patients and 98 healthy controls (HC). The patients were diagnosed with adult ADHD (n = 12), affective disorder (major depression, MD n = 16 or bipolar disorder, BD n = 6) or adult ADHD with comorbid affective disorders (n = 37). Canonical discriminant analysis and CHAID analyses were used to identify major components that predicted the diagnostic group. ADHD patients had increased plasma concentrations of sphingosine-1-phosphate (S1P d18:1) and sphinganine-1-phosphate (S1P d18:0). In addition, the endocannabinoids, anandamide (AEA) and arachidonoylglycerol were increased. MD/BD patients had increased long chain ceramides, most prominently Cer22:0, but low endocannabinoids in contrast to ADHD patients. Patients with ADHD and comorbid affective disorders displayed increased S1P d18:1 and increased Cer22:0, but the individual lipid levels were lower than in the non-comorbid disorders. Sphingolipid profiles differ between patients suffering from ADHD and affective disorders, with overlapping patterns in comorbid patients. The S1P d18:1 to Cer22:0 ratio may constitute a diagnostic or prognostic tool.
Background
Disentangling the etiology of common, complex diseases is a major challenge in genetic research. For bipolar disorder (BD), several genome-wide association studies (GWAS) have been performed. Similar to other complex disorders, major breakthroughs in explaining the high heritability of BD through GWAS have remained elusive. To overcome this dilemma, genetic research into BD, has embraced a variety of strategies such as the formation of large consortia to increase sample size and sequencing approaches. Here we advocate a complementary approach making use of already existing GWAS data: a novel data mining procedure to identify yet undetected genotype–phenotype relationships. We adapted association rule mining, a data mining technique traditionally used in retail market research, to identify frequent and characteristic genotype patterns showing strong associations to phenotype clusters. We applied this strategy to three independent GWAS datasets from 2835 phenotypically characterized patients with BD. In a discovery step, 20,882 candidate association rules were extracted.
Results
Two of these rules—one associated with eating disorder and the other with anxiety—remained significant in an independent dataset after robust correction for multiple testing. Both showed considerable effect sizes (odds ratio ~ 3.4 and 3.0, respectively) and support previously reported molecular biological findings.
Conclusion
Our approach detected novel specific genotype–phenotype relationships in BD that were missed by standard analyses like GWAS. While we developed and applied our method within the context of BD gene discovery, it may facilitate identifying highly specific genotype–phenotype relationships in subsets of genome-wide data sets of other complex phenotype with similar epidemiological properties and challenges to gene discovery efforts.
Risk Stratification for Bipolar Disorder Using Polygenic Risk Scores Among Young High-Risk Adults
(2020)
Objective:
Identifying high-risk groups with an increased genetic liability for bipolar disorder (BD) will provide insights into the etiology of BD and contribute to early detection of BD. We used the BD polygenic risk score (PRS) derived from BD genome-wide association studies (GWAS) to explore how such genetic risk manifests in young, high-risk adults. We postulated that BD-PRS would be associated with risk factors for BD.
Methods:
A final sample of 185 young, high-risk German adults (aged 18–35 years) were grouped into three risk groups and compared to a healthy control group (n = 1,100). The risk groups comprised 117 cases with attention deficit hyperactivity disorder (ADHD), 45 with major depressive disorder (MDD), and 23 help-seeking adults with early recognition symptoms [ER: positive family history for BD, (sub)threshold affective symptomatology and/or mood swings, sleeping disorder]. BD-PRS was computed for each participant. Logistic regression models (controlling for sex, age, and the first five ancestry principal components) were used to assess associations of BD-PRS and the high-risk phenotypes.
Results:
We observed an association between BD-PRS and combined risk group status (OR = 1.48, p < 0.001), ADHD diagnosis (OR = 1.32, p = 0.009), MDD diagnosis (OR = 1.96, p < 0.001), and ER group status (OR = 1.7, p = 0.025; not significant after correction for multiple testing) compared to healthy controls.
Conclusions:
In the present study, increased genetic risk for BD was a significant predictor for MDD and ADHD status, but not for ER. These findings support an underlying shared risk for both MDD and BD as well as ADHD and BD. Improving our understanding of the underlying genetic architecture of these phenotypes may aid in early identification and risk stratification.
Beeinträchtigungen des Arbeitsgedächtnisses und der präfrontalen Hirnaktivität (Hypofrontalität) sind Anwärter für Endophänotypen für bipolare Störungen. Diese Studie untersuchte zum ersten Mal manisch-depressive Patienten (n=14) mit einer Arbeitsgedächtnisaufgabe, die verschiedene Prozesse (Speicherung und Abgleich) und verschiedene Komponenten (objektbezogenes und visuell-räumliches) beinhaltete. Mit Hilfe der funktionellen Nah-Infrarot Spektroskopie wurde die neuronale Aktivität über dem präfrontalen Kortex erfasst. Bei der Kontrollgruppe, die der Patientengruppe vergleichbar war, zeigten Veränderungen von oxygeniertem und deoxygeniertem Hämoglobin eine Zunahme der Aktivität im ventero-lateralen, im dorso-lateralen und superioren präfrontalen Kortex in der objektbezogenen und visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnisaufgabe im Vergleich zur Kontrollaufgabe. Obwohl sich die kognitive Leistung (Anzahl der korrekten Antworten und Reaktionszeit) zwischen den beiden Gruppen nicht unterschied, zeigte die Patientengruppe eine verminderte Gehirnaktivität während der Speicherphase der Arbeitsgedächtnisaufgaben. Die fNIRS kann als valides, leicht zu handhabendes, billiges und schnelles Mittel verwendet werden um (verminderte) präfrontale kortikale Aktivität zu messen.
Der Kalium-Chloridkanal KCC3 ist für die elektroneutrale Bewegung von Ionen durch die Zellmembran zuständig. Weiterhin zeigte sich, dass dieser Kanal, dessen Isoform KCC3a hauptsächlich im ZNS exprimiert ist, in der Regulation der Zellproliferation eine wichtige Rolle zu spielen scheint. Mutationen im Bereich des KCC3-Gens führen zur Entwicklung des sogenannten Andermann-Syndroms, einer progressiven sensomotorischen Neuropathie, die assoziiert ist mit einer Agenesie des Corpus callosum und psychotischen Episoden. Das Gen ist lokalisiert auf Chromosom 15q14, einer Region von der angenommen wird, dass sie eine Suszeptibilitätsregion für schizophrene Psychosen und bipolare Erkrankungen darstellt. Im Rahmen von Mutationsanalysen des KCC3-Gens konnten zwei seltenen G-Varianten im Bereich des Promotors und der 5-UTR, sowie eine seltene Thymidininsertion in Intron 4 des Gens detektiert werden. Untersucht wurden hierbei zwei an katatoner Schizophrenie (periodischer Katatonie) erkrankte Individuen eines als Familie 11 bezeichneten Stammbaums und drei gesunde Individuen. Mit Hilfe dieser Assoziationsstudie soll nun geklärt werden, ob diese Polymorphismen in der Pathogenese schizophrener Psychosen und/oder bipolarer Erkrankungen involviert sind. Die zwei seltenen G-Varianten und die Thymidininsertion in Intron 4 des KCC3- Gens fanden sich bei allen an periodischer Katatonie erkrankten Mitglieder der beschriebenen Familie 11, die gemeinsame Markerallele zwischen den Markern D15S144 and D15S132 aufweist. Die drei seltenen Polymorphismen wiesen ein Kopplungsungleichgewicht auf. Es zeigte sich, dass der Haplotyp bestehend aus allen drei Varianten, den zwei seltenen G-Varianten und der Thymidininsertion, und der Haplotyp bestehend aus 2 Varianten mit bipolaren Erkrankungen assoziiert ist, für den Fall, dass die seltene G-Variante im Bereich des Promotors beinhaltet ist. Im Rahmen der Einzelmarkeranalyse zeigte sich eine Assoziation der G-Variante im Bereich des Promotors mit bipolaren Erkrankungen. Hinsichtlich der schizophrenen Psychosen zeichnete sich bei nicht-signifikanten Ergebnissen ein Trend in Richtung Assoziation zwischen den untersuchten Varianten des KCC3-Gens und der Patientengruppe, die aus Patienten mit bipolaren und schizophrenen Erkrankungen bestand, ab. Zusammenfassend kann schließlich behauptet werden, dass SLC12A6 ein mögliches Risiko-Gen darstellt, welches die Entwicklung bipolarer Erkrankungen begünstigt. Die Rolle des SLC12A6-Gens für die Entwicklung einer schizophrenen Psychose scheint hingegen nicht eindeutig geklärt zu sein. Es ist jedoch durchaus denkbar, dass das SLC12A6-Gen möglicherweise in der Pathogenese schizophrener Psychosen, insbesondere der katatonen Schizophrenie involviert ist.