Lo SNP Rs708727 associato alla malattia di Alzheimer in SLC41A1 può aumentare il rischio di malattia di Parkinson: rapporto dello studio slovacco ampliato, parte 1

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Gli SNP SLC41A1 (A1) rs11240569 e rs823156 sono associati a un rischio alterato per la malattia di Parkinson (PD), prevalentemente nelle popolazioni asiatiche, e rs708727 è stato collegato alla malattia di Alzheimer (AD). In questo studio, abbiamo esaminato una potenziale associazione dei tre SNP sopra menzionati e di rs9438393, rs56152218 e rs61822602 (tutti e tre situati nella regione del promotore A1) con la malattia di Parkinson nella popolazione slovacca.

La malattia di Parkinson è un disturbo neurologico che spesso colpisce la capacità delle persone di muovere il corpo, ma molte persone potrebbero non sapere che la malattia di Parkinson può influenzare anche la memoria delle persone. Anche se questo può preoccupare alcune persone, ci sono cose che possiamo fare per migliorare la nostra memoria e mantenere la nostra salute fisica e mentale.

Innanzitutto, comprendere la relazione tra la malattia di Parkinson e la memoria. La malattia di Parkinson distrugge principalmente il tessuto nervoso, in particolare i neuroni della dopamina, che sono importanti per la coordinazione motoria del corpo. Allo stesso tempo, i neuroni della dopamina influenzano anche le nostre capacità cognitive, tra cui attenzione, memoria di lavoro e funzioni esecutive. Pertanto, nella fase iniziale dello sviluppo della malattia di Parkinson, potrebbero verificarsi sintomi di perdita di memoria, che peggioreranno gradualmente.

In secondo luogo, dovremmo capire come mantenere una buona memoria. Sebbene la malattia di Parkinson possa essere preoccupante, ci sono modi in cui possiamo aiutare a mantenere una buona memoria. Ad esempio, misure come un buon sonno, una dieta equilibrata, un esercizio moderato e l’apprendimento costante di cose nuove possono aiutarci a mantenere una buona memoria. Inoltre, è stato dimostrato che la socializzazione è anche un buon allenamento cognitivo che promuove l’allenamento regolare delle funzioni neurologiche del cervello.

Infine, dovremmo mantenere un atteggiamento positivo. Sebbene la malattia di Parkinson possa influenzare le funzioni fisiche e cognitive di una persona, non dovremmo lasciare che diventi l’obiettivo principale della nostra vita. Dovremmo invece mantenere sempre un atteggiamento positivo e rendere le nostre giornate il più appaganti e amorevoli possibile.

In breve, la malattia di Parkinson è legata alla memoria, ma possiamo aiutare a mantenere una buona memoria attraverso alcune misure e metodi. Inoltre, dovremmo anche mantenere un atteggiamento positivo per affrontare meglio le varie sfide. Da questo punto di vista dobbiamo migliorare la nostra memoria. La Cistanche può migliorare significativamente la memoria, perché Cistanche può anche regolare l'equilibrio dei neurotrasmettitori, come ad esempio aumentare il livello di acetilcolina e i fattori di crescita, che sono molto importanti per la memoria e l'apprendimento. Inoltre, la carne può anche migliorare il flusso sanguigno e promuovere l’apporto di ossigeno, il che può garantire che il cervello riceva nutrimento ed energia sufficienti, migliorando così la vitalità e la resistenza del cervello.

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Dei sei SNP testati, abbiamo identificato solo rs708727 come associato a un aumento del rischio di insorgenza della malattia di Parkinson negli slovacchi. L'allele minore (A) in rs708727 è associato alla malattia di Parkinson nei modelli genetici dominanti e completamente sovradominanti (ORD=1.36 (1,05–1,77), p=0.02 e ORCOD {{11 }}.34 (1.04–1.72), p=0.02). Inoltre, la tripletta genotipica GG(rs708727) + AG(rs823156) + CC(rs61822602) potrebbe essere clinicamente rilevante nonostante mostri una differenza dimensionale media (h maggiore o uguale a 0,5) (h=0.522) tra i PD e le popolazioni di controllo.

Il modello RandomForest ha identificato che il potere degli SNP testati nel discriminare tra pazienti con PD e controlli è essenzialmente pari a zero. L'associazione identificata di rs708727 con la malattia di Parkinson nella popolazione slovacca ci porta a ipotizzare che questo polimorfismo A1, coinvolto nella regolazione epigenetica dell'espressione del gene ADlinked PM20D1, sia anche coinvolto nella patobiologia della malattia di Parkinson (o universalmente nella neurodegenerazione). attraverso lo stesso o simile meccanismo di AD.

Parole chiave:

Morbo di Parkinson; Il morbo di Alzheimer; PARCO16; Scambiatore Na+/Mg2+; SLC41A1; polimorfismo a singolo nucleotide.

1. Introduzione

Il ruolo dell'omeostasi del magnesio (Mg) (MgH) nella fisiopatologia della malattia di Parkinson (PD) è oggetto di ricerca e dibattito in corso. L’ampio spettro di azioni del Mg nella fisiologia cellulare e a livello dell’organismo conferma l’ipotesi che il MgH disturbato contribuisca ai processi degenerativi associati alla malattia di Parkinson.

Il magnesio è essenziale per l'energetica cellulare [1,2]. È necessario per la produzione di ATP, per la stabilizzazione della sua struttura e per la sua attività biologica [1–3]. Nel complesso, interferisce con l'omeostasi mitocondriale (MH) a vari livelli, dall'organizzazione strutturale dei mitocondri a vari processi di respirazione mitocondriale [1–6].

La stretta relazione tra MgH e MH è illustrata anche dai mitocondri che fungono da principale serbatoio di Mg2+ nella cellula [7]. Inoltre, il Mg ha proprietà anti-apoptotiche, pro-proliferative e pro-crescita, e i costituenti del meccanismo omeostatico del Mg interferiscono con la segnalazione cellulare Akt/PKB e Erk1/2 pro-sopravvivenza [8–10].

Le malattie neurodegenerative, inclusa la malattia di Parkinson, sono caratterizzate a livello cellulare da danni all'MH e alla stabilità energetica della cellula derivanti principalmente da mitofagia aberrante, gestione dello stress ER, funzione retromerica, ubiquitinazione e turnover proteico adiacente, cioè processi che sono strettamente connessi in condizioni fisiologiche normali [11-13].

Il ruolo del Mg in questi processi è compreso solo marginalmente. Tuttavia, sia il pool citoplasmatico (garantito principalmente dal coenzima TRPM7) che il pool intramitocondriale/matrice (garantito dal canale ionico superconduttivo Mg2+ Mrs2) di Mg2+ sono noti per essere particolarmente importanti per la mantenimento del potenziale di membrana sulla membrana mitocondriale interna (∆ψm) [2,4–6].

Qualsiasi goccia di matrice [Mg2+} attribuibile alla carenza di Mg delle cellule, o alla disfunzione di Mrs2, induce una depolarizzazione che innesca ulteriormente la mitofagia [14]. Recentemente, Zhao e colleghi hanno dimostrato che un alto livello di glucosio induce un calo di [Mg2+] intracellulare accompagnato dall'induzione della mitofagia nelle cellule hFOB1.19 (osteoblasti fetali condizionatamente immortalizzati, ATCC CRL-11372™) [ 15].

Le concentrazioni citoplasmatiche e, indirettamente, intra-organelli (mitocondriali, RE, Golgi) di Mg2+ dipendono dai trasportatori Mg2+, che costituiscono il circuito di trasporto Mg2+ del membrana citoplasmatica [6]. Questi trasportatori sono i seguenti: (1) il coenzima TRPM7, il principale gateway cellulare di afflusso di Mg2+ e (2) lo scambiatore Na+/Mg2+ (NME) SLC41A1 (di seguito denominato A1) , il principale punto di efflusso cellulare del Mg2+ [6,16,17].

In effetti, il gruppo di Cornell ha ipotizzato che i dati epidemiologici pubblicati "supportano la possibilità che le mutazioni nei geni rilevanti per MgH alterino il rischio di PD" ma giustificano "analisi genetiche più approfondite dei pazienti con PD" per confermare che SLC41A1 (in seguito denominato A1) e TRPM7 sono tra questi geni [18].

Riguardo al possibile coinvolgimento di NME A1 nell'insorgenza e nella progressione del PD, Tucci e colleghi hanno identificato due nuove varianti codificanti di geni che provengono dal locus PARK16 e che sono presenti solo nella coorte PD, vale a dire RAB7L1 (c.470A > G ; p.K157R) e A1 (c.1049C > T, p.A350V) [19]. Il primo gruppo di Kolisek ha caratterizzato A1 c.1049C > T come una mutazione con guadagno di funzione risultante in un "efflusso potenziato di Mg2+- condotto dalla variante A1 p.A350V", che potrebbe portare, a lungo termine, a "carenza intracellulare cronica di Mg2+ -, una condizione che si riscontra in varie regioni del cervello di pazienti con malattia di Parkinson e che esacerba i processi che innescano il danno neuronale" [20].

Lin et al. hanno successivamente identificato una rara variante con perdita di funzione di A1 p.R244H in una coorte di 80 pazienti con diagnosi di PD a esordio precoce [21]. Il meccanismo dietro la perdita della funzione di A1 è oggetto di speculazione, sebbene Tatarkova e colleghi abbiano recentemente fornito dati che chiariscono che "la presenza o l'assenza, e quindi la funzionalità, di A1 influenza i processi mitocondriali coinvolti nella produzione di energia" [ 1]. Inoltre, Li e colleghi hanno recentemente associato la variante A1 p.R285Q al PD [22].

Ulteriori prove sperimentali del possibile coinvolgimento di A1 nella malattia di Parkinson sono state fornite da Lin e collaboratori che hanno dimostrato che il solfato di Mg (MgSO4) probabilmente protegge le cellule SH-SY5Y dalla neurotossicità dell'6-idrossidopamina (6-OHDA ) [23]. Hanno inoltre dimostrato che 6-OHDA diminuisce l'espressione di A1 (e di altri geni magnesiotropici) nelle cellule SH-SY5Y trattate con 6-OHDA e che MgSO4 può invertire il suo declino [23]. Lo stesso gruppo ha anche fornito dati che rivelano che, in un modello di PD di ratto, 6-OHDA altera l'espressione di A1/A1 (sia a livello di RNA che di proteina) e che l'entità di questa alterazione risponde a [ MgSO4] [23].

Il locus PARK16 comprende cinque geni, vale a dire SLC45A3, NUCKS1, RAB7L1, A1 e PM20D1 [24]. Il suo ruolo nella suscettibilità alla malattia di Parkinson è stato sottolineato da numerosi studi di associazione sull'intero genoma (GWAS) e studi caso-controllo. Tre polimorfismi a singolo nucleotide A1 (SNP(s)) sono stati ampiamente studiati per quanto riguarda la loro associazione con la malattia di Parkinson.

È stato dimostrato che l'allele G maggiore del polimorfismo A1 rs11240569 (per le caratteristiche vedere la Tabella 1) di una coorte Han in Cina riduce il rischio di PD idiopatico, con le persone che hanno i genotipi GG e AG che mostrano un rischio ridotto rispetto a coloro che hanno hanno il genotipo AA [25]. Un risultato simile è stato ottenuto in uno studio condotto con una coorte iraniana [26].

Un altro SNP A1, rs708727 (Tabella 1), è stato studiato in una coorte del Regno Unito, ma non è stata trovata alcuna associazione tra questo SNP e PD [19]. Tuttavia, questo SNP è stato collegato alla malattia di Alzheimer (AD) [27].

Il PD, rs823156 (Tabella 1), è probabilmente il più intensamente studiato ma è anche il più controverso tra gli SNP A1. Questo SNP è stato associato al PD in coorti provenienti dalla Cina continentale [28], Giappone [29] e Corea [30], ma non in coorti provenienti dalla Cina orientale [31], dal nord della Spagna [32] e dalla Malesia [33]. ]. Bai e colleghi hanno previsto, seguendo analisi in silico, che rs823156 come variante non codificante di A1 "potrebbe influenzare il rischio di PD alterando la capacità dei geni di legare i fattori di trascrizione" [34].

Il lavoro precedentemente pubblicato ha reso evidente che le cellule regolano l'entità dell'efflusso di Mg2+ attraverso A1 a livello delle proteine ​​e a livello di trascrizione [17,20,35,36]. Tuttavia, la quantità di informazioni sull'organizzazione del promotore di A1 e sulla sua capacità di legare la trascrizione è piuttosto scarsa [34].

Nel 2019, abbiamo pubblicato uno studio che mostra che i tre SNP A1 sopra menzionati non sono associati ad alcuna suscettibilità al PD nella popolazione slovacca, come dimostrato mediante statistiche frequentiste e apprendimento automatico [37]. Una limitazione importante di quello studio potrebbe essere stata il numero relativamente basso di partecipanti sia nella coorte PD (150) che in quella di controllo (120).

Pertanto, lo scopo di questo studio è stato duplice: (1) chiarire qualsiasi possibile associazione di rs11240569, rs708727 e rs823156 in un gruppo più ampio di pazienti con PD (150 + 358) e probandi di controllo ({{5 }}) e (2) sequenziare la regione promotrice di A1 in una sotto-coorte di campioni PD per identificare eventuali SNP all'interno della regione promotrice ed esaminare la loro possibile associazione con PD.

2. Risultati

2.1. Sequenziamento della regione del promotore SLC41A1

Il sequenziamento e l'analisi delle sequenze Sanger sono stati eseguiti in una sotto-coorte di 96 pazienti con PD (tutti provenienti dal Centro PD di Martin). È stato studiato un frammento della regione del promotore A1, che si estende dalla posizione 205.814.626 a 205.812.988 sul cromosoma uno. La sequenza del frammento è stata scelta in base al database Genecopoeia [www.genecopoeia.com/ product/search/view_seq_promoter.php?cid=&type{{12} }promoter&prod_id=HPRM53412 (accesso effettuato il 2 maggio 2018)].

L'organizzazione genetica di A1 e le sue sequenze promotrici/regolatrici sono illustrate nella Figura 1. Il sequenziamento ha consentito l'identificazione dei seguenti quattro SNP nella regione del promotore A1: rs9438393, rs56152218, rs61822602 e rs144056491 (Figura 1). Successivamente, abbiamo utilizzato la strategia RFLP per esaminare rs9438393 (restrizione con Hpy166II), rs56152218 (restrizione con NIaIII) e rs61822602 (restrizione con BmrI) in un sottogruppo di 100 campioni di controllo. L'SNP rs144056491 non è stato esaminato nel gruppo di controllo a causa della mancanza di un enzima di restrizione adatto.

ConSite [38] (Tabella 2), uno strumento basato sul web per trovare elementi cis-regolatori nelle sequenze genomiche, è stato impiegato per esaminare se l'allele variante (minore) per ciascuno dei quattro SNP sopra menzionati alterava il profilo di legame TF del promotore A1 rendendo un nuovo sito di legame TF o cancellando quello esistente. Come input, abbiamo utilizzato sequenze lunghe 33 bp, rispettivamente una con l'allele di riferimento (maggiore) e l'altra con l'allele variante (minore) per ciascun SNP.

In rs144056491, che si trova all'interno del sito di legame del fattore di trascrizione p50, sia l'allele maggiore (C) che l'allele minore (-, CC, CCC) consentono presumibilmente il legame di questo fattore di trascrizione (Figura 1). La presenza dell'allele maggiore (A) in rs9438393 potrebbe consentire il legame del fattore di trascrizione FREAC-4 (Tabella 2, Figura 1). Tuttavia, se è presente l'allele minore (G), il sito di legame FREAC-4 non viene più riconosciuto dal software predittivo del legame TF. Nello stesso SNP, l'allele minore consente presumibilmente il legame di SP1, il che non è il caso in presenza dell'allele maggiore (Tabella 2, Figura 1).

L'allele maggiore (T) in rs56152218 consente presumibilmente il legame di Gata2, ma secondo la previsione, questo non sarà il caso in presenza dell'allele minore (C). D'altra parte, YY1 potrebbe legarsi alla variante allelica C minore, ma non alla variante allelica T maggiore (Tabella 2, Figura 1). Secondo la previsione in silico, SNP rs61822602 non si trova all'interno di alcuna sequenza di legame TF (Tabella 2, Figura 1).

Figura 1. Organizzazione del gene di A1 compreso il 50UTR adiacente a monte. Secondo la trascrizione dell'Ensembl: SLC41A1-201 ENST00000367137.4, questo gene si trova sul cromosoma 1 ed è composto da 11 esoni. L'esone 1 rappresenta 50UTR (regione non tradotta) e l'esone 2 contiene una parte di questo 50UTR. 3 0UTR è incluso nell'esone 11. Nel nostro studio precedente, abbiamo studiato tre SNP (varianti a singolo nucleotide), vale a dire rs11240569, rs708727 e rs823156 in A1 [37]. In questo lavoro abbiamo analizzato una sequenza (1638 bp di lunghezza) situata a monte di questo gene.

Questa sequenza copre la sequenza 50upstream e, parzialmente, l'esone 1. Secondo il genome browser dell'UCSC [39], la sequenza è una regione regolatoria rappresentata da isole CpG (rettangolo verde). In questa regione sono state descritte una firma simile a un promotore (EH38E1415811) e una firma simile a un potenziatore prossimale (EH38E14112) (rettangolo rosso e arancione, rispettivamente).

Abbiamo identificato quattro SNP (rs144056491, rs61822602, rs56152218 e rs9438393) in questa sequenza. In rs144056491, una ricerca all'interno della sequenza di riferimento e poi nella sequenza con la variante ha portato all'identificazione di un sito di legame per il fattore di trascrizione p50. A rs9438393, la ricerca ha portato all'identificazione di un sito di legame per il fattore di trascrizione FREAC-4 (l'allele A). Tuttavia, nella sequenza variante (allele G) non è stato rilevato alcun sito di legame. Allo stesso SNP, l'allele G consente il legame di SP1. In rs56152218, l'allele T dominante consente il legame di Gata2 e l'allele minore quello di YY1.

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