Association studies on the relevance of diverse polymorphisms of the serotonergic genes FEV and TPH2 for affective disorders and adult ADHD

Das serotonerge System bildet schon seit Jahrzehnten einen Schwerpunkt in der psychiatrischen Grundlagenforschung. Seinen weit verzweigten Leitungsbahnen wird eine global-modulatorische Eigenschaft für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen unterschiedlichen Hirnregionen und unterschiedlichen Neurotransmitter-systemen zugeschrieben (Hüther und Rüther, 2000). Darüber hinaus ist die serotonerge Neurotransmission ein Hauptmodulator emotionalen Verhaltens, das Angst und Ängstlichkeit ebenso umfasst wie Aggression und Impulsivität (Lesch et al., 2003). In der vorliegenden Arbeit wurden im Sinne eines Kandidatengenansatzes zwei Assoziationsstudien durchgeführt. Im ersten Teil wurde versucht, eine mögliche Assoziation zwischen der Erkrankung an affektiven Störungen und drei vorbeschriebenen SNPs des FEV-Gens aufzudecken. FEV ist das humane Homolog des in mehreren Tierversuchen untersuchten Pet-1-Gens, dem vor allem eine zentrale Bedeutung in der embryonalen Entwicklung des serotonergen Systems zugeschrieben wird. Zusätzlich wurde ein 286 bp langer Abschnitt des Exon 3 sequenziert, um die Häufigkeit der sieben in diesem Abschnitt beschriebenen SNPs bei unipolar depressiven Patienten abzuschätzen und ggf. neue Varianten zu detektieren. Der zweite Teil untersuchte das Auftreten zweier bereits von anderen Autoren beschriebener SNPs des TPH2-Gen bei an der adulten Form des ADHS leidenden Patienten im Vergleich zu einer Kontrollgruppe. Die im zentralen serotonergen System dominierende Tryptophanhydroxylase 2 (TPH2) ist das erste, geschwindigkeitsbegrenzende Enzym der Serotonin-Biosynthese. Die Genotypisierung der einzelnen SNPs erfolgte mit unterschiedlichen Methoden. So kam sowohl die PCR, der Restriktionsenzymverdau, die Minisequenzierung (SNaPshot®) als auch die MALDI-ToF Massenspektrometrie und die Sequenzierung zum Einsatz, die Auftrennung einzelner Schnittprodukte erfolgte durch die Gelelektrophorese. Die erste Stichprobe umfasste 270 Patienten (davon 179 weiblich) mittleren Alters mit einer Diagnose aus dem affektiven Formenkreis (180 mit bipolar-affektiver Störung gemäß den DSM-IV Kriterien, weitere 90 Patienten mit einer rezidivierenden unipolaren depressiven Störung) sowie 362 (davon 174 weibliche) Kontrollpersonen. Die Stichproben der zweiten Studie umfassten 284 am adulten ADHS (Diagnose nach DSM IV) leidende Patienten (140 davon weiblich) und 120 Kontrollpersonen (61 davon weiblich). Statistisch wurden die Daten sowohl auf Einzelmarker- als auch auf Haplotypniveau ausgewertet. In beiden Studien konnte keine Assoziation der untersuchten Polymorphismen des FEV- bzw. TPH2-Gens mit der jeweiligen Erkrankung (affektive Störung / adultes ADHS), weder auf Einzelmarker- noch auf Haplotypniveau, nachgewiesen werden. Die Sequenzierung des 286 bp langen Abschnitts von Exon 3 des FEV-Gens zeigt eine ausgeprägte Konservierung der Sequenz dieses Gens, wie sie auch von anderen Autoren beschrieben wurde. Die hier untersuchten Kandidatengene FEV und TPH2 sind auch weiterhin interessante Ansatzpunkte für die psychiatrische Grundlagenforschung. Die Aufklärung der genauen Wirkungsweise von FEV und seine Rolle in der Entwicklung des menschlichen serotonergen Systems erscheint jedoch vordergründig, um zunächst Funktion, Interaktionen und mögliche pathogenetische Mechanismen aufzudecken und dann gezielter die Einflüsse bestimmter Polymorphismen zu untersuchen.Since decades, the serotonergic system is one major focus of basic research in psychiatry. The widely branched serotonergic network is thought to have global-modulatory impact on diverse brain regions and transmitter systems (Hüther & Rüther, 2000). Moreover, serotonergic neurotransmission plays a key modulatory role in emotional behavior, including for example fear, anxiety, aggression and impulsivity (Lesch et al., 2003). Within the present manuscript, two association studies focussing on two candidate genes of the serotonergic system are presented. The first study aimed at investigating the association between affective disorders and three previously described SNPs of the FEV gene. FEV is considered the human homolog of the murine Pet-1-gene and has been suggested to be of key importance for the embryonic development of the serotonergic system. In addition, the study aimed at detecting new variants, and therefore assessed the frequency of seven new SNPs located on a 286 bp long part of the Exon 3, and tested for their association with unipolar depressive disorder. The second study aimed to compare the frequency of two previously described SNPs of the TPH2- gene between a sample of adult ADHD patients and a sample of healthy controls. TPH2 is thought to be the dominating speed reducing enzyme to central serotonergic biosynthesis. While genotyping of the respective SNPs was done using different methods, i.e. PCR, restriction enzyme digest, SNaPshot®, MALDI-ToF mass spectrometry as well as sequencing, all cleavage products were separated using gel-electrophoresis. The first studies‘ sample consisted of N=270 middle-aged patients (179 female) diagnosed for affective disorders according to DSM-IV criteria (i.e. n=180 bipolar disorder, n=90 unipolar depression), and N=362 (174 female) healthy controls. Within the second study, N=284 patients suffering from adult ADHD (140 female) and 120 healthy controls (61 female) were investigated. Data within both studies have been analyzed for single-marker as well as for haplotype associations. In both studies, no associations between the polymorphisms under investigation and the respective disorders were found (neither on the single-marker nor on the haplotype level). In accordance with previous reports, a marked conservation of a section of the Exon 3 sequence (286 bp) of the FEV gene was found. Although both candidate genes (FEV, TPH2) are of further interest for basic research into Psychiatry, unraveling the role of FEV in the development of the human serotonergic system seems to be of primary importance. Once the functional associations, interactions and pathogenic mechanisms have been discovered, future research might be able to more specifically target the role of single polymorphisms within the serotonergic network