O papel de genes envolvidos em vias de neuroinflamação no TDAH e fenótipos relacionados

Abstract

O Transtorno de Déficit de Atenção e Hiperatividade (TDAH) é um transtorno do neurodesenvolvimento caracterizado por sintomas de desatenção, impulsividade e hiperatividade que possui etiologia multifatorial. As bases biológicas do TDAH incluem desenvolvimento neural alterado, desregulação da neurotransmissão, aumento do estresse oxidativo e ativação glial, alterações na neurogênese e sinaptogênese. Nesse sentido, a neuroinflamação tem sido proposta como um mecanismo biológico potencialmente envolvido em alterações no funcionamento encefálico que podem estar associadas a susceptibilidade a transtornos psiquiátricos. Processos de resposta neuroinflamatória já foram associados anteriormente com diversos transtornos psiquiátricos e doenças neurodegenerativas. Assim, o presente trabalho tem como objetivo avaliar o papel de vias de genes relacionados à neuroinflamação no TDAH, suas principais comorbidades e no desempenho cognitivo. A amostra é composta por 407 adultos diagnosticados com TDAH, de acordo com o DSM-5, oriundos da divisão de adultos do Programa de Deficit de Atenção e Hiperatividade (ProDAH) e 463 controles adultos, oriundos de Banco de Sangue do Hospital de Clínicas de Porto Alegre. A genotipagem das amostras foi realizada utilizando o Infinium PsychArray-24 BeadChip. O controle de qualidade (QC), análise de componentes principais (PC) e procedimentos de imputação de genótipos foram implementados usando o pipeline Ricopili seguindo parâmetros padrão. Foram selecionados 23 gene-sets de vias relacionadas à neuroinflamação a partir de uma busca realizada no Molecular Signature Database (MsigDB). As análises de gene-sets foram executadas no software MAGMA. Sexo, idade e os primeiros 5 PCs foram incluídos como covariáveis. A correção de múltiplos testes foi aplicada por FDR, considerando todos os conjuntos de genes e desfechos testados. Para interpretar as associações encontradas em termos de confiabilidade, foram gerados gráficos QQ-plot, em que os escores Z de resíduos dos genes em cada conjunto são plotados em relação aos seus valores esperados. Associações nominais foram observadas para várias vias neuroinflamatórias, especialmente aquelas relacionadas a moléculas de orientação axônica com diagnóstico de TDAH e quociente de inteligência. As que se mostraram mais robustas, entretanto, foram aquelas envolvendo o Transtorno de Ansiedade Generalizada e o Transtorno por Uso de Substâncias, nas quais uma inspeção mais aprofundada indicou que as vias estavam em sua totalidade associadas a esses transtornos, apresentado sinais mais fortes. Em geral, nossos achados sugerem que a neuroinflamação pode ser um possível mecanismo fisiopatológico comum dos principais transtornos psiquiátricos e características associadas. Para trabalhos futuros, pretendemos realizar essas análises de gene-sets em uma amostra populacional, para avaliar como se comportam os resultados quando o transtorno avaliado não está em comorbidade com TDAH. Também pretendemos utilizar análises de escores de risco poligênico (PRS, e PRS-set) como uma abordagem alternativa para investigar a associação de genes relacionados à neuroinflamação e TDAH, comorbidades e desempenho cognitivo.

Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is a neurodevelopmental disorder characterized by symptoms of inattention, impulsivity and hyperactivity that has a multifactorial etiology. The biological underpinnings of ADHD include altered neural development, dysregulation of neurotransmission, increased oxidative stress and glial activation, changes in neurogenesis and synaptogenesis. In this sense, neuroinflammation has been proposed as a biological mechanism potentially involved in changes in brain functioning that may be associated with susceptibility to psychiatric disorders. Neuroinflammatory response processes have previously been associated with several psychiatric disorders and neurodegenerative diseases. Thus, the present study aims to evaluate the role of neuroinflammation-related gene pathways in ADHD, its main comorbidities and cognitive performance. The sample consists of 407 adults diagnosed with ADHD, according to the DSM-5, from the adult division of the Attention Deficit Hyperactivity Disorder Program (ProDAH) and 463 adult controls from the Hospital de Clínicas de Porto Alegre's blood center. Genotyping of samples was performed using the Infinium PsychArray-24 BeadChip. Quality control (QC), principal component analysis (PC) and genotype imputation procedures were implemented using the Ricopili pipeline following standard parameters. Twenty-three gene-sets of pathways related to neuroinflamation were selected from a search performed in the Molecular Signature Database (MsigDB). Gene-set analyzes were performed using the MAGMA software. Sex, age and the first 5 PCs were included as covariates. FDR multiple test correction was applied considering all gene sets and outcomes tested. To interpret the associations found in terms of reliability, QQ-plot plots were generated, in which the Z-scores of gene residues in each set are plotted against their expected values. Nominal associations were observed for several neuroinflammatory pathways, especially those related to axonal guidance molecules with ADHD diagnosis and intelligence quotient. The ones that were more robust, however, were those involving Generalized Anxiety Disorder and Substance Use Disorder, in which a closer inspection indicated that the pathways were in their totality associated with these disorders, presenting the strongest signals. Overall, our findings suggest neuroinflammation as a possible common pathophysiological mechanism of major psychiatric disorders and associated features. For future work, we intend to carry out these gene-set analyzes in a population sample, to assess how the results behave when the assessed disorder is not comorbid with ADHD. We also intend to use polygenic risk score (PRS and PRS-set) analyzes as an alternative approach to investigate the association of genes related to neuroinflammation and ADHD, comorbidities, and cognitive performance.