Studio sui polimorfismi del gene della Relina nel Ring 14:

presentazione dello studio e dati preliminari

U.O. Neuropsichiatria Infantile

U.O. Laboratorio Biologia Molecolare

La relina è una proteina coinvolta nella migrazione dei neuroni nelle fasi di sviluppo del SNC ed è attualmente al centro di numerosi studi molecolari e clinici. E’ stata dimostrata la espressione della relina anche nelle cellule neuronali di adulto, nel sangue e nel fegato di mammmiferi adulti, ma la sua funzione nell’organismo adulto rimane tuttora non chiara.

Delahaye et al. BMC Genomics 2007 8:452 doi:10.1186/1471-2164-8-452

Schematic diagram showing the possible effects of the reelinpathway in protection from CM. Reelin (RELN) is anextracellular matrix serine protease expressed in some neurons, such as GABAergic interneurons, which inhibitexcitotoxic neurotransmission [45]. RELN that is secretedinto the extracellular space acts by paracrine and autocrinemechanisms. RELN interacts with very low-densitylipoprotein receptors (VLDLR) and apolipoprotein E type 2 receptors (ApoER2) leading to tyrosine phosphorylation of the adaptor protein Disabled-1 (DAB1) by the SRC family kinases (SRC) [42]. DAB1 activation, in turn, activatesPI3K/Akt signalling, which has been implicated in neuronalmigration during development and adulthood. In addition, phosphorylated DAB1 interacts with LIS1, a protein encodedby Pafah1b1, which associates with microtubules and modulates neuronal migration [46]. LIS1 may be required forregulating crucial steps of reelin-dependent neuronalpositioning. In parallel, phosphorylated DAB1 inhibitsglycogen synthase kinase 3� (GSK3�), a kinase known tophosphorylate Tau protein at multiple sites. Therefore, the activation of RELN pathway diminishes the level of hyperphosphorylated Tau protein, which is a biomarker of brain injury. In particular, hyperphosphorylated Tau proteinis a component of the neurofibrillary tangles involved in Alzheimer's disease. Reln, Dab1 and Pafah1b1 were shownto be over-expressed in CM-R mice compared to CM-S mice. The activation of RELN signalling may inhibit excitotoxicneurotransmission and Tau phosphorylation, and mayactivate neurogenesis in CM-R mice. This may lead todiminished brain injury and to increased brain injury repair. Solid arrows represent influences on the activity of proteinsor physiological mechanisms. Dashed arrows representimpaired effects on the activity of proteins or physiologicalmechanisms. Negative signs indicate inhibition, and positive signs indicate activation.

1. E’ una serin-proteasi della matrice extracellulare

2. E’ responsabile della corretta laminazione del cervello nel periodo embrionale e nel “cell signaling” e nella plasticità sinaptica nella vita adulta

3. Agisce con meccanismo sia paracrino che autocrino

4. Interagisce con recettori di VLDL e recettori di apolipoproteina E tipo 2 per promuovere la fosforilazione della tirosina delle proteine DAB1 da parte delle kinasi della famiglia SRC

Relina

i. DAB1 fosforilata interagisice con LIS1, una proteina che si associa con i microtubuli e modula la migrazione neuronale

ii. LIS1 può intervenire nel regolare i passaggi di posizionamento neuronale in cui interviene la relina

iii. DAB1 inibisce mediante una kinasi (GSK3-beta) che agisce per fosforilare la proteina Tau in siti multipli.

iv. L’attivazione del pathway della relina causa una diminuzione del livello di proteina Tau iperfosforilata che è un biomarker di danno cerebrale

v. La proteina Tau è un componente delle placche neurofibrillaridell’Alzheimer

vi. L’attivazione del gene RELN può inibire la trasmissione neuronale e la fosforilazione della proteina Tau (nel topo può attivare la neurogenesi) diminuendo i danni cerebrali e favorendo i processi di riparo

La relina è una proteina della matrice extracellulare che svolge un ruolo centrale nella migrazione neuronale durante lo sviluppo delle strutture laminari del cervello di mammiferi come la corteccia cerebrale, l’ippocampo, il cervelletto.

Nello sviluppo della corteccia la relina è secreta dalle cellule di Cajal-Retzius. Per svolgere la sua funzione biologica la relina deve essere secreta nella matrice extracellulare

Molte ipotesi sono state proposte circa la funzione della relina. Essa potrebbe :

1. agire come molecola attrattiva per favorire la migrazione neuronale

2. agire come molecola repulsiva

3. interrompere la associazione tra neuroni migranti e glia radiale permettendo così agli stessi neuroni di cambiare stato da “gliofili” a “neurofili”

Negli ultimi anni è stato descritto esistere un‘associazione

fra anomalie presenti nella molecola della relina ed alcune

malattie, come lissencefalia autosomica recessiva con

ipoplasia cerebellare, autismo, schizofrenia, disordine

bipolare con psicosi, morbo di Alzheimer, alcune forme di

epilessia e danni neuronali indotti da ischemia.

Il fenotipo “reeler” nel modello animale è caratterizzato da specifici

deficit di laminazione nel cervello

J Neurosci. 2002 Jul 15;22(14):5797-802 Role for reelin in the development of granule cell dispersion in temporal lobeepilepsy.Haas CA, Dudeck O, Kirsch M, Huszka C, Kann G, Pollak S, Zentner J, Frotscher M.

J Neurosci. 2007 Feb 21;27(8):1803-11Reelin regulates neuronal progenitor migration in intact and epileptic hippocampus.Gong C, Wang TW, Huang HS, Parent JM

Scopo della nostra ricerca è di valutare in uno

studio di associazione” gene-malattia” il ruolo di

alcune modificazione polimorfiche del gene della

relina nel Ring14

I dati che presentiamo sono del tutto preliminari e sono stati valutati solo dal punto di vista analitico: non sono ancora stati valutati gli aspetti di tipo clinico del Ring14

Polimorfismi

Varianti alleliche presenti in >1% della popolazione

Dovute a sostituzioni di singole basi, inserzioni e delezioni, ed a variazioni nel numero di tandem repeats

Il tipo più comune sono i Single Nucleotide Polimorphisms (SNPs), polimorfismi a nucleotidi singoli

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Genotipo 1 ...ACACTGTGTT...Genotipo 2 ...ACACTGGGTT...

SNP sinonimo – nessuna sostituzione aminoacidica

Variazione di base

SNP con cambiamento aminoacidico: alterazione significativa sulla struttura e funzione della proteina

Variazione di base

Variazione di Aminoacido

GUA GUU

“…CGG repeat polymorphism in the 5'-untranslated region of the reelin gene withschizophrenia in 266 unrelated French Caucasian patients…”Our results weakly support an association of reelin gene variants withschizophrenia as a whole, yet suggest that reelin could be associated withtreatment-resistant schizophrenia

Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet. 2005 Aug 5;137B(1):51-5

“…Trinucleotide repeat polymorphism (GGC) located in the 5' untranslated region(UTR) of the reelin gene and autism…”Our results do not support previous findings and suggest that this GGC polymorphism of the reelin gene is unlikely to be a major susceptibility factor in autism and/or genetic heterogeneity.

Mol Psychiatry. 2002;7(7):801-4

“…CGG repeat polymorphism at 5'UTR, two single nucleotide polymorphisms(SNP) at exon 6 and exon 50 were performed in 73 autistic subjects…”The present study suggests that 5'UTR of reelin gene may have a role in the susceptibility towards autism

Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet. 2007 Jan 5;144B(1):106-12

Not I

polimorfismo-888G>C

Polimorfismo Not I

GGGC CC

369 bp

221 bp148 bp

Campioni Ring14Polimorfismo –888 G/C Not I

Digestione Not I per polimorfismo -888Campioni: Controlli normali

398

399

400

401

402

403

404

405

406

407

408

409

410

411

2 3 4 10

Digestione Not I per polimorfismo -888Campioni: Ring 14

6 7 8 9

Digestione Not I per polimorfismo -888Campioni: Ring 14

Gene RELN: mappa di 517.7 kbp da chr7, posizione 102,899,473 - 103,417,198

Segmento di 10 kbp da chr7:103148336..103168335

Fine

Contenuti Extra

Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet. 2005 Aug 5;137B(1):51-5. Links

Population-based and family-based association study of 5'UTR polymorphism of the reelin gene and schizophrenia.Goldberger C, Gourion D, Leroy S, Schürhoff F, Bourdel MC, Leboyer M, Krebs MO.INSERM E117, Université de Paris 5, CH Sainte-Anne, 2ter rue d'Alesia, Paris, France.Reelin is a glycoprotein involved in the migration and positioning of proliferating neurons and synaptic connectivity during neurodevelopment. It may also modulate neuronal plasticitythroughout life. Therefore, the reelin gene is a candidate gene for schizophrenia. We examinedthe association of the CGG repeat polymorphism in the 5'-untranslated region of the reelingene with schizophrenia in 266 unrelated French Caucasian patients, 156 of their parents, and 103 controls. We found no difference in the allele distribution between patients and controlsalthough there was a significant higher prevalence of the genotype 8-8 in controls (CLUMP T3: chi(2) = 6.3, P = 0.035). There was no significant transmission disequilibrium in intrafamilialanalysis. To refine our phenotypic characterization and in accordance with convergingevidence suggesting that treatment resistance is associated with indices of abnormalneurodevelopment, we studied the association between reelin gene polymorphism and response to antipsychotics. Patients who responded to antipsychotics had a higher frequencyof both the (CGG)(10) allele and (CGG)(10)-containing genotypes (P = 0.02; P = 0.006, respectively), with an odd ratio for genotypes of 4.2 (CI = [1.4;12.4]). Our results weaklysupport an association of reelin gene variants with schizophrenia as a whole, yet suggest thatreelin could be associated with treatment-resistant schizophrenia. (c) 2005 Wiley-Liss, Inc

Mol Psychiatry. 2002;7(7):801-4. Links

Absence of association between a polymorphic GGC repeat in the 5' untranslatedregion of the reelin gene and autism.Krebs MO, Betancur C, Leroy S, Bourdel MC, Gillberg C, Leboyer M; Paris AutismResearch International Sibpair (PARIS) Study.INSERM E0117, University of Paris V, Department of Mental Health and Therapeutics, Sainte-Anne Hospital, 75014 Paris, France. krebs@chsa. broca.inserm.frAutism is a complex neurodevelopmental disorder with severe cognitive and communicationdisabilities, that has a strong genetic predisposition. Reelin, a protein involved in neuronalmigration during development, is encoded by a gene located on 7q22, within the candidate region on 7q showing increased allele sharing in previous genome scans. A case/control and family-based association study recently reported a positive association between a trinucleotide repeat polymorphism (GGC) located in the 5' untranslated region (UTR) of the reelin gene and autism. We performed a transmission disequilibrium test (TDT) analysis of the 5'UTR polymorphism in 167 families including 218 affected subjects (117 trios and 50 affected sib pairs) and found no evidence of linkage/association. Our results do not supportprevious findings and suggest that this GGC polymorphism of the reelin gene is unlikely tobe a major susceptibility factor in autism and/or genetic heterogeneity.

Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet. 2007 Jan 5;144B(1):106-12. LinksReelin gene polymorphisms in the Indian population: a possible paternal 5'UTR-CGG-repeat-allele effect on autism.Dutta S, Guhathakurta S, Sinha S, Chatterjee A, Ahmed S, Ghosh S, Gangopadhyay PK, Singh M, Usha R.Manovikas Biomedical Research & Diagnostic Centre, Kolkata, India.Autism is a neurodevelopmental disorder with high heritability factor and the reelin gene, whichcodes for an extracellular matrix protein involved with neuronal migration and lamination isbeing investigated as a positional and functional candidate gene for autism. It is located on chromosome 7q22 within the autism susceptible locus (AUTS1); identified in earlier genomescans and several investigations have been carried out on various ethnic groups to assesspossible association and linkage of the gene with autism. However, the findings are stillinconclusive. In the present study which represents the first report of such a study on the Indianpopulation, genotyping analyses of CGG repeat polymorphism at 5'UTR, two single nucleotidepolymorphisms (SNP) at exon 6 and exon 50 were performed in 73 autistic subjects, 129 parents, and 80 controls. The allelic distributions of the repeat polymorphism and exon 50 T/C SNP were quite different from earlier reports in other populations. Allelic and genotypicdistribution of the markers did not show any differences between the cases and controls. Whileour preliminary data on family-based association studies on 58 trios showed no preferentialtransmission of any allele from the parents to the affected offspring, TDT and HHRR analysesrevealed significant paternal transmission distortions for 10- and > or =11-repeat alleles of CGG repeat polymorphism. Thus, the present study suggests that 5'UTR of reelin gene mayhave a role in the susceptibility towards autism with the paternal transmission and non-transmission respectively of 10- and > or =11-repeat alleles, to the affected offspring

Schizofrenia

Numerosi studi hanno dimostrato che nel cervello di pazienti affetti da schizofrenia è presente una ridotta espressione della relina e dei suoi livelli di RNA messaggero.La riduzione può raggiungere livelli del 50%

Disordine bipolare

Diminuzione nella espressione del gene Relina con contemporanea sovraregolazione di DNMT1 è caratteristica del disordine bipolare con psicosi ma non dei casi di depressione maggiore senza psicosi. Diversamente dalla schizofrenia, queste modificazioni sembrano però avvenire solo nella corteccia e non coinvolgono le strutture più profonde nei pazienti psicotici bipolari, tanto che nei loro gangli basali sitrovano livelli normali di DNMT1, relina e GAD67.

Autismo

Il ruolo della relina nell’autismo è ancora poco chiaro: alcuni studi evidenziano che le variazioni genetiche nel gene RELN possano essere correlate con l’autismo

Malattia di Alzheimer

Nella corteccia dei soggetti affetti da Alzheimer è stato rilevato un aumento del 40% del livello di Relina rispetto ai controlli. Un incremento della stessa entità è stato constatato anche nell’mRNA . Si evidenzia una correlazione con un parallelo aumento nel CSF ma non nel plasma (PNAS 2006 vol. 103 no. 14 5573-5578)

Variazioni nel gene relina sembrano associate ad aumento del rischio di Alzheimernei soggetti di sesso femminile (J. Alzheimers Dis. 2008 14 (3): 335–44. )

I livelli di relina nel CSF risultano alterati anche in altre forme di demenza come la demenza frontotemporale e il morbo di ParkinsonAltri dati indicano la presenza della relina nelle placche amiloidi tipiche della malattia di Alzheimer

Alcuni autori considerano il pathway della relina come un collegamento tra Alzheimer e schizofrenia (Psychogeriatrics, Volume 5, Number 2, June 2005 , pp. 42-47(6))