Importância do estudo de desordem intrínseca de proteínas para a genética psiquiátrica : receptor de dopamina D4 e transtorno de déficit de atenção e hiperatividade como modelo

Abstract

O Transtorno de Déficit de Atenção e Hiperatividade (TDAH) é um dos transtornos psiquiátricos mais prevalentes na infância e adolescência, caracterizando-se por sintomas de desatenção, hiperatividade e impulsividade. Um dos genes mais estudados na susceptibilidade do transtorno é o Receptor de Dopamina D4 (DRD4). A maior parte dos trabalhos concentra-se em um polimorfismo de número variável de repetições em tandem (VNTR) no terceiro éxon, sendo o alelo de sete repetições considerado o de risco para o desenvolvimento do TDAH. Apesar de esse polimorfismo apresentar resultado positivo em meta-análises, os resultados observados até o momento são conflitantes. Uma das possíveis hipóteses para explicar essa inconsistência é a heterogeneidade alélica determinada por variações de ponto internas ao VNTR, uma vez que o excesso de variantes raras nessa região já foi associado ao TDAH. O VNTR codifica uma porção da terceira alça citoplasmática do Receptor de Dopamina D4, que apresenta grande conteúdo de desordem intrínseca de proteínas. Regiões desordenadas de proteínas são caracterizadas pela ausência de estruturas secundária e/ou terciária estáveis. Essas regiões são alvos preferenciais de modificações pós-traducionais, apresentam grande número de sítios de interações assim como de degradação e estão associadas a mecanismos que exigem sinalização rápida e precisa. Sua regulação no ambiente celular é alvo de rigoroso cuidado para evitar interações indesejadas. Dessa maneira, alterações moleculares que afetem a regulação de sua expressão e degradação, bem como que alterem sítios de interação ou de modificação pós-traducionais podem levar a um funcionamento celular sub-ótimo, determinando patologias. Doenças neurodegenerativas, doenças cardiovasculares e câncer já foram associados a um grande conteúdo de proteínas com longas regiões de desordem intrínseca, no entanto não existem informações sobre as doenças psiquiátricas. No presente estudo foi analisada a função de proteínas intrinsecamente desordenadas em transtornos psiquiátricos utilizando duas abordagens. A primeira envolveu a análise da região do VNTR do DRD4 no intuito de compreender a contribuição do número de repetições e de variantes raras nessa região para o fenótipo do TDAH em amostras clínica e populacional. O possível papel das mutações considerando o conceito de desordem de proteínas foi avaliado posteriormente. A segunda abordagem envolveu as estimativas da proporção e da função de proteínas com longas regiões de desordem associadas a quatro transtornos psiquiátricos (esquizofrenia, TDAH, transtorno bipolar e transtornos do espectro autista) e identificadas por meio de estudos de varredura genômica e de genes-candidatos. O sequenciamento do VNTR revelou um excesso de variantes raras no alelo de sete repetições em indivíduos com TDAH quando comparados com controles. Resultados similares foram observados na amostra populacional, sugerindo que a heterogeneidade alélica pode estar contribuindo para a associação entre o gene DRD4 e o TDAH. A contribuição de variantes não-sinônimas foi significante em ambas amostras e a predição de funcionalidade das mutações indicou potencial papel na fosforilação, interação e degradação do receptor. A análise de regiões de desordem intrínseca revelou que transtornos psiquiátricos apresentam um alto conteúdo de proteínas com essa característica, principalmente as envolvidas em neurodesenvolvimento. Dessa maneira, o presente trabalho indicou que o estudo de proteínas intrinsecamente desordenadas é relevante para o entendimento da neurobiologia das doenças psiquiátricas e para o desenvolvimento de novas estratégias de tratamento para as mesmas.

Attention Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) is one of the most prevalent psychiatric disorders in childhood and adolescence. It is characterized by symptoms of inattention, hyperactivity and impulsivity. Dopamine D4 Receptor (DRD4) is one of the most studied genes concerning ADHD susceptibility. Most of the association studies of DRD4 in ADHD focused on its third exon assessing mainly the variable number of tandem repeat (VNTR) polymorphism. The seven-repeat allele is suggested as a risk variant for ADHD in several meta-analyses, but the investigations have reported conflicting results. One possible explanation for these inconsistencies could be allele heterogeneity since an excess of rare variants inside the VNTR polymorphism was already associated with ADHD. This polymorphism codes a portion of Dopamine D4 Receptor third intracellular loop that is a region of protein intrinsic disorder. Intrinsically disordered regions of proteins lack stable secondary and/or tertiary structures and are main preferential target for post-translational modifications. They are also enriched in linear short binding sites as well as degradation sites. Intrinsically disordered proteins (IDPs) are involved in rapid and efficient signaling responses, and their expression is carefully controlled inside the cell in order to avoid undesirable interactions. Given that, any factors that affect their expression, degradation, interaction with other molecules and post-translational modifications may lead to diseases. A high content of IDPs was already associated with neurodegenerative diseases, cardiovascular disease and cancer. However, no studies addressing psychiatric diseases have been reported. In this study we explored the role of IDPs in psychiatric diseases through two different approaches. The first focused on analyzing the VNTR polymorphism of DRD4 in order to understand the effect of both repeat number and nucleotide sequence on ADHD using clinic and population samples. The putative role of rare variants on protein disorder was also explored. The second approach involved the estimates of IDP in a dataset of proteins associated with four psychiatric disorders (schizophrenia, ADHD, bipolar disorder and autism spectrum disorders). The proteins were retrieved from studies using candidate-genes and genome-wide scans. DRD4-VNTR sequencing showed an excess of rare variants inside the seven-repeat allele in ADHD probands when compared to controls. Similar results were observed for the population sample, suggesting that allele heterogeneity may contribute for the association between DRD4 and ADHD. A relevant contribution of missense variants for ADHD symptoms was observed for both samples. Functional sites prediction indicated a putative role on receptor phosphorylation, interaction and degradation. The analysis of psychiatric disorders associated proteins showed that the diseases presented a high content of IDPs, which are mainly involved in neurodevelopment. Finally, this Thesis indicated that the study of intrinsically disordered proteins can be important to better understand the neurobiology of psychiatric illnesses, as well as to develop novel treatment strategies for them.