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- N-8985-2015 (1)
Background
Obsessive-Compulsive Disorder (OCD) is a common and chronic disorder in which a person has uncontrollable, reoccurring thoughts and behaviours. It is a complex genetic condition and, in case of early onset (EO), the patients manifest a more severe phenotype, and an increased heritability. Large (>500 kb) copy number variations (CNVs) previously associated with autism and schizophrenia have been reported in OCD. Recently, rare CNVs smaller than 500 kb overlapping risk loci for other neurodevelopmental conditions have also been reported in OCD, stressing the importance of examining CNVs of any size range. The aim of this study was to further investigate the role of rare and small CNVs in the aetiology of EO-OCD.
Methods
We performed high-resolution chromosomal microarray analysis in 121 paediatric OCD patients and in 124 random controls to identify rare CNVs (>50 kb) which might contribute to EO-OCD.
Results
The frequencies and the size of the observed rare CNVs in the patients did not differ from the controls. However, we observed a significantly higher frequency of rare CNVs affecting brain related genes, especially deletions, in the patients (OR = 1.98, 95% CI 1.02–3.84; OR = 3.61, 95% CI 1.14–11.41, respectively). Similarly, enrichment-analysis of CNVs gene content, performed with three independent methods, confirmed significant clustering of predefined genes involved in synaptic/brain related functional pathways in the patients but not in the controls. In two patients we detected \(de-novo\) CNVs encompassing genes previously associated with different neurodevelopmental disorders \(\textit{NRXN1, ANKS1B, UHRF1BP1}\)).
Conclusions
Our results further strengthen the role of small rare CNVs, particularly deletions, as susceptibility factors for paediatric OCD.
Diese Arbeit widmet sich der Untersuchung einer Kopienzahlvariante (CNV) im Erbgut, die zu
einer genomischen Duplikation des SLC2A3-Gens führt. Die Auswirkungen der SLC2A3-
Duplikation wurden im Zellkulturmodell und durch bildgebende Verfahren untersucht. Für die
SLC2A3-Duplikation konnte eine populationsspezifische Assoziation mit ADHS gezeigt
werden (Merker et al. 2017). SLC2A3 kodiert für den neuronalen Glukosetransporter GLUT3,
der u.a. Prozesse der Neurotransmitterfreisetzung und Synaptogenese vermittelt und daher
wichtig für die Hirnreifung ist. Mögliche Endpunkte für Endophänotypen, die auf einem
alterierten Glukosemetabolismus basieren, sind dysfunktionale Hungerregulationsmechanismen
ebenso wie eine veränderte neurale Reaktivität gegenüber emotionalen Stimuli
und Belohnungsreizen.
In zwei peripheren Zellmodellen konnte gezeigt werden, dass die SLC2A3-Duplikation
Gen-Dosis-abhängig zu einer Steigerung der basalen SLC2A3-mRNA Expression führt. Ein
Expressionsunterschied auf Proteinebene konnte jedoch nicht gefunden werden. Metabolischer
Zellstress durch Aushungern der Zellkulturen und eine niedrige Glukosekonzentration im
Zellkulturmedium führten zu einer signifikanten Erhöhung des schon unter basalen
Bedingungen vorhandenen SLC2A3-Expressionsunterschiedes zwischen Duplikations- und
Kontrollzelllinien. Dies deutet darauf hin, dass die SLC2A3-Duplikation bei verminderter
zellulärer Energiezufuhr zu einer Überkompensation der Glukoseaufnahme führt.
In einer fMRT-Untersuchung wurden erwachsene ADHS-Patienten mit SLC2A3-
Duplikation mit ADHS-Patienten und gesunden Kontrollen mit jeweils 2 Genkopien
hinsichtlich ereigniskorrelierter neuraler Aktivität als Antwort auf emotionale Stimuli und
Essensreize verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die SLC2A3-Duplikation zu einer
veränderten Reaktivität gegenüber hochkalorischen Essensreizen führt, was sich in einem durch
maschinelles Lernen identifizierten multivariaten neuralen Antwortmuster und einer relativen
Unterschätzung des Kaloriengehaltes hochkalorischer Nahrung zeigt. Bei der univariaten
Gesamthirn-Analyse der Bilddaten wurden keine signifikanten Gruppenunterschiede gefunden,
was darauf hinweist, dass unter den gewählten Versuchsbedingungen keine fokal
umschriebenen Gruppenunterschiede der Hirnaktivierung bestehen.
Diese Arbeit zeigt, dass die SLC2A3-Duplikation zu einer Erhöhung der SLC2A3-
Genexpression mit bisher unbekannten Auswirkungen auf nachgeschaltete Stoffwechselwege
und zu einem komplex veränderten neuralen Antwortmuster führt, das durch einen linearen
Zusammenhang nicht zu beschreiben ist. Weitere Untersuchungen auf Zellebene und eine
Erweiterung der bildgebenden Verfahren könnten zu einer besseren Einordnung der SLC2A3-
Duplikation bezüglich ihres Anteils an der endophänotypischen Varianz der ADHS führen.