Epidemiologie a genetika neurodegenerativního parkinsonismu

MUDr. Tereza BARTONÍKOVÁ

Doctoral thesis

Abstract:

V rámci třístupňové epidemiologické studie, realizované v letech 2011-2015 v jednom z regionů jihovýchodní Moravy, byla zjištěna zvýšená prevalence neurodegenerativního parkinsonismu. Celková prevalence v populaci starší 50 let byla 2,8 % (95 % CI, 2.2-3.4); prevalence v populaci mezi 50 a 64 lety byla 1,9 % (95 % CI, 1.2-2.5) a v populaci starší 65 let byla 4,06 % (95 % CI, 2.9-5.1). Byly nalezeny tři velké rodokmeny s familiárním výskytem parkinsonismu. Dva z těchto rodokmenů byly následně po doplnění dalších informací spojeny v jeden velký rodokmen, který měl původ v jedné z vesnic regionu (Javorník nad Veličkou). V tomto velkém pedigree bylo detekováno 12 probandů se zjevnými klinickými příznaky parkinsonismu. Horňácko je považováno za izolovaný region, a Javorník představuje v rámci této oblasti ještě další uzavřenou komunitu. Tato situace je výsledkem především nízké regionální mobility zdejšího obyvatelstva vyplývající z některých historických tradic. V důsledku toho je zde předpokládána vyšší míra inbreedingu. Cílem práce bylo zmapování genetického pozadí tohoto familiárně vázaného neurodegenerativního parkinsonismu a potvrzení hypotézy, že příčina jeho vysoké prevalence je primárně genetická. Dalším cílem byl popis klinických charakteristik a morfologického obrazu tohoto onemocnění. Klinické fenotypy zdejšího parkinsonismu byly značně heterogenní v nástupu příznaků, jejich rozvoji i v klinických obrazech, které zahrnovaly vedle fenotypu Parkinsonovy nemoci, fenotypy Parkinsonovy nemoci s demencí a PSP-P. Molekulárně genetická analýza byla provedena pomocí metod masivního paralelního sekvenování za použití technologie Ion Torrent s následným ověřením nalezených variant Sangerovou metodou u všech 12 symptomatických probandů a jejich asymptomatických příbuzných. Testovány byly geny asociované s parkinsonismem (ADH1C, EIF4G1, FBXO7, GBA + GBAP1, GIGYF2, HTRA2, LRRK2, MAPT, PRKN, DJ-1, PINK1, PLA2G6, SNCA, UCHL1, a VPS35). Celkem bylo identifikováno 31 vzácných heterozygotních variant ve 12 genových lokusech asociovaných s parkinsonismem, u nichž byla pozorována segregace ve třech částech rodokmene. Další charakteristiky některých z nich, jako jsou stupeň fylogenetické konzervace a hodnocení potenciálního dopadu na strukturu nebo funkci výsledného proteinu pomocí prediktivních nástrojů, ukazují na jejich pravděpodobnou patogenitu. Morfologický obraz byl popsán u jednoho probanda s fenotypem PSP-P s vzácnými variantami v genech VPS35 a FBXO7. Jednalo se o synukleinopatii korespondující s difuzním neokortikálním typem Lewy body-related patologie neboli 6. stadiem Parkinsonovy nemoci dle Braakova stagingu společně s lehkými změnami alzheimerovského typu (A1B1C0). Ze získané genetické architektoniky předpokládáme, že rodinný výskyt tohoto onemocnění je způsoben nikoliv vlivem jedné tzv. "founder" patogenní varianty, ale kombinovaným vlivem několika "drobných" genetických variant menšího nebo středního významu, které se nahromadily v této populaci v důsledku dlouhodobého inbreedingu. K potvrzení významu identifikovaných variant v rozvoji onemocnění probíhá molekulárně-genetická analýza u kontrolních subjektů z tohoto regionu, je plánováno posouzení funkčního efektu nalezených variant za využití specifických buněčných linií v kombinaci s cílenou mutagenezí a provedení "cross-over" populačně genetické studie v analogické oblasti jak z geografického hlediska, tak z hlediska velikosti populace, která je další částí širšího regionu a nemá žádné přímé napojení na zkoumanou oblast.

Abstract:

An increased prevalence of neurodegenerative parkinsonism was identified using a three-stage epidemiological study conducted in 2011-2015 in one of the regions of Southeast Moravia. The overall prevalence in the population over 50 years of age was 2,8 % (95% CI, 2.2-3.4); prevalence in the population between 50 and 64 years was 1,9 % (95 % CI, 1.2-2.5) and in the population over 65 years was 4,06 % (95 % CI, 2.9-5.1). Three large pedigrees with familial occurrence of parkinsonism were identified. Two of these pedigrees were joined together after adding more information into one large pedigree, which originated in one of the villages of the region (Javorník nad Veličkou). A total of 12 probands with clinical signs of parkinsonism were detected in this large pedigree. Horňácko is considered an isolated region, and Javorník is another closed community within this region. This situation is mainly due to the low regional mobility of the local population resulting from some historical traditions. As a result, a higher rate of inbreeding is expected here. The aim of this work was to map the genetic background of this familial neurodegenerative parkinsonism and to confirm the hypothesis that the cause of its high prevalence is primarily genetic. Another objective was to describe the clinical characteristics and morphological picture of this disease. Clinical phenotypes were markedly heterogeneous in the onset of symptoms, their development and in clinical pictures, which included, in addition to the phenotype of Parkinson's disease, the phenotype of Parkinson's disease with dementia and PSP-P. Molecular genetic analysis was performed using massive parallel sequencing methods using Ion Torrent technology followed by verification of the variants found by the Sager method in all 12 symptomatic probands and their asymptomatic relatives. Genes associated with parkinsonism (ADH1C, EIF4G1, FBXO7, GBA + GBAP1, GIGYF2, HTRA2, LRRK2, MAPT, PRKN, DJ-1, PINK1, PLA2G6, SNCA, UCHL1, and VPS35) were tested. A total of 31 rare heterozygous variants were identified at 12 gene loci associated with parkinsonism, in which segregation was observed in three parts of the pedigree. Other characteristics of some of them, such as the degree of phylogenetic preservation and the assessment of the potential impact on the structure or function of the resulting protein using predictive tools, indicate their likely pathogenicity. The morphological picture was described in one proband with the PSP-P phenotype with rare variants in the VPS35 and FBXO7 genes. It was a synucleinopathy corresponding to the diffuse neocortical type of Lewy-related pathology or Braak stage 6 of Parkinson`s disease with minor concomitant Alzheimer-type pathology (A1B1C0). Based on obtained genetic architecture we assume that the family occurrence of this disease is caused not by the so-called "founder" pathogenic variant, but rather by the combined effect of several "minor" genetic variants of minor or medium significance accumulated in this population due to long-term inbreeding. To confirm the significance of identified variants in disease development, molecular-genetic analysis is currently performed in control subjects from this region, the functional effect of identified variants will be assessed using specific cell lines in combination with targeted mutagenesis and cross-over population genetic study is planned to be conducted in an area that is analogous to the region of interest in geographical and population size terms, is another part of the wider region and has no direct link to the area of interest.

Keywords

familiární neurodegenerativní parkinsonismus, molekulárně genetické pozadí, populace s dlouhotrvajícím inbreedingem, atypický parkinsonismus, dědičný parkinsonismus, VPS35, vacuolar protein sorting 35gen, FBXO7, F-box only protein7 gen

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 5. 2020

Thesis defence

• Supervisor: doc. MUDr. Kateřina Menšíková, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Neurology / Neurology