Klinik und Poliklinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie
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Background
Epigenetic mechanisms may play a major role in the biological embedding of early-life stress (ELS). One proposed mechanism is that glucocorticoid (GC) release following ELS exposure induces long-lasting alterations in DNA methylation (DNAm) of important regulatory genes of the stress response. Here, we investigate the dynamics of GC-dependent methylation changes in key regulatory regions of the FKBP5 locus in which ELS-associated DNAm changes have been reported.
Results
We repeatedly measured DNAm in human peripheral blood samples from 2 independent cohorts exposed to the GC agonist dexamethasone (DEX) using a targeted bisulfite sequencing approach, complemented by data from Illumina 450K arrays. We detected differentially methylated CpGs in enhancers co-localizing with GC receptor binding sites after acute DEX treatment (1 h, 3 h, 6 h), which returned to baseline levels within 23 h. These changes withstood correction for immune cell count differences. While we observed main effects of sex, age, body mass index, smoking, and depression symptoms on FKBP5 methylation levels, only the functional FKBP5 SNP (rs1360780) moderated the dynamic changes following DEX. This genotype effect was observed in both cohorts and included sites previously shown to be associated with ELS.
Conclusion
Our study highlights that DNAm levels within regulatory regions of the FKBP5 locus show dynamic changes following a GC challenge and suggest that factors influencing the dynamics of this regulation may contribute to the previously reported alterations in DNAm associated with current and past ELS exposure.
Major depressive disorder (MDD) is a very common stress-related mental disorder that carries a huge burden for affected patients and the society. It is associated with a high mortality that derives from suicidality and the development of serious medical conditions such as heart diseases, diabetes, and stroke. Although a range of effective antidepressants are available, more than 50% of the patients do not respond to the first treatment they are prescribed and around 30% fail to respond even after several treatment attempts. The heterogeneous condition of MDD, the lack of biomarkers matching patients with the right treatments and the situation that almost all available drugs are only targeting the serotonin, norepinephrine, or dopamine signaling, without regulating other potentially dysregulated systems may explain the insufficient treatment status. The hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis is one of these other systems, there is numerous and robust evidence that it is implicated in MDD and other stress-related conditions, but up to date there is no specific drug targeting HPA axis components that is approved and no test that is routinely used in the clinical setting identifying patients for such a specific treatment. Is there still hope after these many years for a breakthrough of agents targeting the HPA axis? This review will cover tests detecting altered HPA axis function and the specific treatment options such as glucocorticoid receptor (GR) antagonists, corticotropin-releasing hormone 1 (CRH1) receptor antagonists, tryptophan 2,3-dioxygenase (TDO) inhibitors and FK506 binding protein 5 (FKBP5) receptor antagonists.
Im Rahmen dieser Studie sollte die Frage beantwortet werden, ob sich einzelne SNPs oder Haplotypen als biologische Marker affektiver Psychosen identifizieren lassen. Hierfür sollten Assoziations- und Haplotypuntersuchung an zwei Kandidatengenen, FKBP5 und G72 DAOA/G30, mit unterschiedlichen pathophysiologischen Theorien, durchgeführt werden. Das auf der Kortisolhypothese basierende Kandidatengen FKBP5 liegt auf dem Chromosom 6 p21 und stellt ein wichtiges Regulatorprotein für den Glukokortikoid- Rezeptor (GR) dar. In FKBP5 wurden drei SNPs mit einem schnelleren Ansprechen auf Antidepressiva assoziiert gefunden: rs4713916 in der vermuteten Promoterregion, rs1360780 im 2. Intron und rs3800373 im nicht translatiertem 3Ende (Binder et al. 2004). Die vorbeschriebenen Polymorphismen sollten in einem unabhängigen Kollektiv auf Assoziation mit affektiven Psychosen untersucht werden, um eine Rolle von FKBP5 bei der Ätiopathogenese affektiver Psychosen zu überprüfen oder einen Einfluss auf verschiedene Variable des Krankheitsverlaufs zu bestätigen. In unserer Studie mit 248 Fällen und 188 Kontrollen unterschieden sich die untersuchten SNPs in FKBP5, rs4713916, rs1360780 und rs3800373 in ihrer Verteilung nicht bei Erkrankten und Gesunden. Den einzigen signifikanten Hinweis für eine Assoziation mit affektiven Erkrankungen bot der Risikophaplotyp G-C-G mit einer Odds Ratio von 6,4, der jedoch nur bei 2,1% der Fälle vorkam. Auch zeigte sich kein Zusammenhang mit den untersuchten klinischen Parametern. Die Untersuchungsergebnisse können somit einen wesentlichen Beitrag von FKBP5 für die depressive Erkrankung nicht belegen. Es erscheint daher fraglich, ob Polymorphismen in FKBP5 als biologische Marker affektiver Psychosen dienen können. Das zweite Kandidatengen G72 DAOA /G30 war durch positive Kopplungsbefunde des chromosomalen Locus für die bipolare Störung und schizophrenen Psychosen identifiziert worden. Neuere Befunde lassen einen Einfluss auf das glutamaterge Transmittersystem vermuten (Chumakov et al. 2002). Das Genprodukt von G72, D-Amino-Oxidase (DAOA) fördert die Oxidation von D-Serine durch D-Amino-Oxidase (DAO), was zum Beinamen D-Amino-Oxidase-Aktivator (DAOA) führte. Da D-Serin ein wichtiger Aktivator des NMDA Glutamatrezeptors ist, könnte G72/DAOA einen wichtigen Faktor für die glutamatergen Signaltransduktion darstellen. Mehrfach wurde eine Assoziation von 69 Markern im Locus G72/G30 mit der bipolaren Depression aber auch schizophrenen Psychosen beschrieben (Detera-Wadleigh et al. 2006). In der Studie sollte eine mögliche Assoziation von SNPs in G72/G30 mit der Erkrankung überprüft und die vorbeschriebenen LD-Blöcke am 5Ende von G72 näher untersucht werden. Dafür wurden sieben SNPs, die sich über den chromosomalen Locus von G72/G30 verteilen, bei 429 Fällen mit affektiven und zykloiden Psychosen und 188 Kontrollen, untersucht. Durch die LD-Analyse der untersuchten SNPs konnte die Ausdehnung der vorbeschriebenen LD-Blöcke in G72 genauer definiert und rs9558575 dem 1. Block zugeordnet werden, der somit bis zum 5-Ende vom G72 reicht. Der SNP rs9558575 am 5- Ende vom G72 wurde erstmalig in dieser Studie untersucht. Trotz adäquater Power (80% bei α = 0,05) erreichte kein Einzelmarker Signifikanzniveau (Tabelle 17). Dennoch zeigten sich Hinweise für eine Beteiligung von G72/G30 am Erkrankungsrisiko, insbesondere für den SNP rs2391191 bei den zykloiden Psychosen. Darüber hinaus scheint der Risikohaplotyp rs2391191A / rs3916966C sowohl für die zykloiden Psychosen (p = 0,002), als auch für die Gesamtgruppe der Affektpsychosen (p = 0,017) ein geeigneter biologischer Marker zu sein. Die in der vorliegenden Studie gefundene Assoziation mit zykloiden Psychosen könnte dabei helfen, die Vorbefunde für G72/G30 als Risikogen sowohl für die bipolare Depression als auch schizophrenen Psychosen zu erklären, da die zykloiden Psychosen nach IDC10 beiden Krankheitsentitäten zugerechnet werden können.