A doença de Alzheimer (AD) pode ser dividida em AD inicial (EOAD) e AD tardio (LOAD) aos 65 anos de idade, sendo o LOAD responsável por cerca de 94% dos casos. （AD pode também ser dividido em AD familiar (DDA) e AD esporádico (SAD). O DAE é predominante no DAE, enquanto que o DAE é predominante no CARGA.
Estudos de mutação do DAF
O DAF precoce é predominantemente autossómico, caracterizado por baixa incidência, início precoce, progressão rápida e consequências graves. O estudo da AD entrou no novo campo da genética molecular.
Cerca de 50% do DAF é causado por mutações em APP e três genes, as pré-senilinas 1 (PS1) e 2 (PS2), localizadas no cromossoma 14. Entre eles, o AD familiar causado pela mutação do APP representa 10%-15%, a mutação da PS1 representa 70%-85%, e a mutação da PS2 é inferior a 5%. Actualmente existem mais de 231 mutações patogénicas nestes 3 genes, incluindo 185 na PS1, 13 na PS2 e 33 na APP, e todos os anos são reportadas novas mutações na base de dados de mutações AD.
Mutações no gene APP
A proteína APP codificada por APP é processada e hidrolisada para produzir β amilóide (Aβ). Em condições patológicas, a APP é catabolizada por β-secretase e γ-secretase para produzir Aβ40 e Aβ42, dos quais Aβ42 está intimamente associado a Aβ deposição e degeneração neuronal no cérebro de pacientes com AD.
A maioria das mutações no gene APP estão localizadas nos sítios de clivagem secretase dos exões 16 e 17 ou na região transmembrana do APP, e as mutações podem ser rastreadas por análise sequencial dos exões 16 e 17 ou por sequenciação de toda a região codificadora.
As mutações APP alteram o processamento de APP, levando à produção de Aβ42 com efeitos neurotóxicos e redução de Aβ40. Este processo pode contribuir selectivamente para a apoptose ou morte de algumas células neuronais, desencadeando múltiplos mecanismos patológicos, levando em última análise ao desenvolvimento de AD. Por exemplo, o missense
As mutações suecas APP (APPswe: APPK670N e M671L), mutações londrinas (APPlon: APP V717I) e L723P encontradas em famílias australianas podem levar ao aumento dos níveis Aβ42 e ao desenvolvimento da AD.
Mutações do gene PS1
Os genes PS1 e PS2 codificam proteínas PS que são componentes importantes do γ-secretase e desempenham um papel importante na produção de Aβ.
As mutações PS1 são a causa mais importante do FAD de início de vida. As mutações PS1 causam a eliminação do domínio do laço hidrofílico da proteína codificada, resultando numa mudança na sua conformação, o que por sua vez afecta a actividade de γ-secretase e aumenta a produção de Aβ42.
A maior parte das mutações PS1 são mutações de sentido errado e podem ser detectadas através da sequenciação da região codificadora e regiões intron associadas. O grupo de Jia Jianping no Hospital Xuanwu da Universidade de Medicina da Capital identificou duas novas mutações PS1 (mutações Val97Leu e Ala136Gly missense) em 218 membros de sete famílias chinesas Han com AD, e estabeleceu um modelo de rato transgénico Val97Leu para confirmar inicialmente a sua patogenicidade.
Mutação do gene PS2
A proteína PS2 tem um alto grau de homologia (80,5%) com PS1, que também está envolvida na clivagem de Aβ. As mutações do gene PS2 têm uma epistasia mais baixa em comparação com a PS1 e, portanto, podem ser modificadas por outros genes ou influenciadas por factores ambientais.
A PS2 pode actuar no processo de hidrólise da APP através do seu efeito na hidrolase do peptídeo C-terminal, causando o aumento da produção de agregados Aβ42 e deposição, formando manchas neuroinflamatórias, e aumentando o cálcio intracelular, exacerbando a produção de radicais oxigenados e promovendo uma diminuição do potencial da membrana mitocondrial, causando assim a apoptose.
As mutações PS2 foram identificadas em apenas algumas famílias, enquanto que as mutações PS1 foram identificadas em várias centenas de famílias, e as mutações do gene PS2 são frequentemente detectadas através da sequenciação da região codificadora para detectar mutações de sentido errado.
Novos genes causadores de FAD a serem descobertos
As mutações APP, PS1 e PS2 não foram detectadas em cerca de metade das linhas FAD, o que sugere que muitos novos genes patogénicos ainda estão por descobrir. A análise da ligação tradicional e os métodos de clonagem in situ são difíceis de encontrar novos genes patogénicos, e com a elevada taxa de mutação em exons de doenças genéticas, a sequenciação de todo o exomo é muito mais fácil, económica e eficiente do que a realização da sequenciação de todo o exomo.
A sequenciação de todo o exoma refere-se a um método de análise genómica que utiliza tecnologia de captura de sequências para capturar e enriquecer o ADN de regiões exónicas de todo o genoma e depois realizar a sequenciação de alto rendimento de todos os exões, que tem sido gradual e amplamente utilizada para procurar genes causadores ou de susceptibilidade em doenças hereditárias Mendelianas e outras doenças complexas.
Portanto, a aplicação combinada de métodos de sequenciação de exons inteiros e de análise de ligação para estudar famílias AD pode levar à identificação de novos genes causadores de DAD e permitir uma investigação mais aprofundada dos seus mecanismos patogénicos.
Estudo de variantes genéticas no SAD
A etiologia da SAD é complexa, envolvendo factores genéticos, ambientais, metabólicos e virais. O gene da apolipoproteína E (APOE) é actualmente o único gene reconhecido para a susceptibilidade do SAD.
Polimorfismos do gene APOE
APOE inclui três alelos ε2, ε3, e ε4, dos quais ε2 desempenha um papel protector e reduz o risco de AD e atrasa a idade de início; ε4 é um factor de risco para a AD e tem uma relação dose-dependente com a incidência de AD.
O alelo APOEε4 está envolvido na regulação da produção de Aβ e afecta a depuração de Aβ por astrocitos e neurónios, promovendo a formação amilóide e a sua deposição no cérebro, e levando ainda a manchas neuroinflamatórias e morte neuronal.
Ao mesmo tempo, a proteína APOE4 não mantém eficazmente as ligações proteína tau-microtubular, levando a uma fosforilação anormal da proteína tau, o que reduz a capacidade de montagem dos microtubos. O consequente comprometimento do fluxo axoplasmático resulta na acumulação de transmissores e alguns componentes neuronais que não são rapidamente degradados dentro dos neurónios afectados, levando a uma redução da função neurológica e perda até à destruição neuronal.
Outros genes de susceptibilidade para o SAD
O alelo APOEε4 explica menos de 50% da variação genética no SAD, sugerindo que existem outros factores genéticos envolvidos na patogénese da doença de Alzheimer.
O grupo de Jia rastreou múltiplos loci polimórficos de mais de 20 genes candidatos envolvidos em múltiplos aspectos da patogénese da AD, especialmente para a produção, degradação, depuração e deposição da proteína Aβ e do metabolismo da proteína tau, incluindo regiões promotoras, regiões codificadoras e algumas regiões não codificadoras. Os resultados identificaram APP, PS1, PS2, β-secretase ( BACE1 ), progerin enhancer 2 ( PEN-2 ), propharyngeal defective protein 1 ( APH-1 ), Nicastrin, insulin degrading enzyme ( IDE ), low density lipoprotein receptor related protein ( LRP ) e α2M como genes de susceptibilidade genética para SAD na população chinesa Han; e também identificados genes relacionados Mais de 20 loci de susceptibilidade genética foram identificados, e mais de 10 loci da região promotora foram encontrados envolvidos na patogénese da AD, alterando a actividade transcripcional dos genes, levando a Aβ anormal e ao metabolismo tau.
A DAU é uma doença genética complexa, e é provável que a acção combinada de múltiplos loci em diferentes cromossomas conduza ao desenvolvimento da doença. Uma ou várias variantes podem ter apenas efeitos genéticos fracos e, portanto, os métodos de estudo de associação de um único gene são difíceis de detectar todas as variantes comuns. Esta é a razão pela qual a grande maioria dos loci polimórficos genéticos não são validados em diferentes populações. Por conseguinte, há ainda uma necessidade urgente de mais estudos genéticos aprofundados da SAD, o que é importante para revelar plenamente a patogénese da AD e, assim, prevenir e tratar eficazmente a SAD.
Investigação da GWAS
Os avanços na ciência e tecnologia levaram a um desenvolvimento sem precedentes de métodos para encontrar genes de susceptibilidade a doenças genéticas complexas. Nos últimos anos, vários novos loci genéticos associados à AD foram identificados através de genes candidatos e de varreduras em todo o genoma. O surgimento de estudos de associação a nível do genoma (GWAS) tornou possível aos investigadores a procura de genes de susceptibilidade à escala do genoma, trazendo uma nova perspectiva para a procura do mecanismo genético da SAD.
Investigadores de todo o mundo têm aplicado GWAS para descobrir múltiplas regiões de susceptibilidade associada à AD que não tinham sido identificadas por estudos de associação de genes candidatos, e vários novos genes de susceptibilidade à AD surgiram. Entre eles, um GWAS 2011 de populações americanas e europeias identificou vários loci polimórficos em MS4A4, CD2AP, CD33 e EPHA1 associados ao início da doença de Alzheimer. O estudo GWAS 2007 relatou 6 loci no gene GAB2 associado ao AD onset, enquanto que um GWAS 2008 de populações canadianas e britânicas mostrou que 2 loci em A 2008 GWAS de populações canadianas e britânicas mostraram que dois loci polimórficos e dois loci de função desconhecida no gene GOLPH2 estavam associados ao desenvolvimento do SAD. Vários outros estudos de associações de genoma nos EUA, Reino Unido, Canadá, Bélgica, Bélgica, Finlândia, Itália e Espanha relataram múltiplos loci polimórficos em CLU, PICALM, LRAT, PCDH11X, CHRNA7, TNK1, GALP, PCK1, PGBD1, LMNA e TRAK2 a serem associados com o desenvolvimento do SAD. .
Estas descobertas trouxeram avanços no estudo dos genes de susceptibilidade à AD, mas devido à forte heterogeneidade genética e fenotípica da SAD em diferentes grupos étnicos e regiões, bem como às diferenças na distribuição de frequência de cada alelo de loci de polimorfismo de nucleótido único (SNP) em diferentes populações, os estudos de associação populacional para os loci acima identificados com a SAD foram conduzidos em diferentes áreas geográficas Nos últimos anos, o Prof. Tan Lan em Qingdao, China, conduziu estudos de associação populacional sobre loci relacionados com a SAD. Nos últimos anos, o Professor Tanlan Qingdao validou os loci positivos relatados por GWAS estrangeiros em populações chinesas, o que é de grande significado para validar a fiabilidade do GWAS e descobrir os genes de susceptibilidade para a SAD. Actualmente, não há nenhum relatório de GWAS relacionado com a AD na Ásia, mas o grupo do Prof. Jia Jianping estabeleceu uma grande base de recursos clínicos de pacientes com AD, e começou a conduzir GWAS relacionado com AD na população chinesa Han, com o objectivo de descobrir o padrão genético do SAD e identificar variantes de genes de AD na população chinesa, o que terá implicações importantes.