睡眠の問題とメンタルヘルスの遺伝的な関連性
研究によると、睡眠の問題と神経発達障害とのつながりがあるんだって。
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神経発達障害や神経精神疾患(NDPCs)は、脳の働きに影響を与えて、思考、感情、行動に影響を及ぼす障害のことだ。自閉症スペクトラム障害(AUT)や注意欠陥多動性障害(ADHD)みたいな神経発達障害は、通常子供の頃に始まるけど、統合失調症(SCZ)や双極性障害(BP)みたいな神経精神疾患は、一般的に大人になってから現れるんだ。
これらの障害は多くの症状を共有してる。いくつかのNDPCsに共通する大きな問題の一つが睡眠の問題だ。睡眠の問題は双極性障害の診断において重要な指標で、統合失調症(80%)や自閉症(ADHDでは最大50%)の人にもよく見られる。
睡眠の調節
睡眠は主に2つのシステムで管理されてる:睡眠/覚醒の恒常性とサーカディアンリズム。恒常性は、睡眠の必要性と覚醒状態のバランスを管理する。誰かが長時間起きていると、寝たいという欲求が強くなる。サーカディアンリズムは、生物的なタイマーで24時間サイクルを管理していて、光などの影響を受ける。この時計の中心は、視交叉上核(SCN)という脳のエリアにあって、体のリズムを外の世界と合わせるのに役立つ。
NDPCsを持つ人は、この2つの睡眠調節システムが乱れることがある。例えば、統合失調症や初期の精神病では睡眠欲が減少してることがある。メラトニンやコルチゾールといったホルモンは、睡眠において重要な役割を果たしてる。メラトニンは夜に増えるけど、コルチゾールは朝に最も高くなる。自閉症の人は、夜にメラトニンのレベルが低いことが多いし、ADHDの人は目覚めたときにコルチゾールが少ないことがある。
睡眠パターンとNDPCの症状には双方向の関係があるみたい。睡眠を妨げる環境要因が症状を悪化させることがあるし、サーカディアンリズムの乱れがNDPCの発症に寄与することもあるんだ。特定の遺伝子変異を持つマウスの研究では、これらの乱れが人間のNDPCによく似た症状を引き起こすことが示されている。
遺伝的研究とその発見
全ゲノム関連研究(GWAS)では、さまざまなNDPCsや睡眠特性に関連する数百の遺伝子変異(単一ヌクレオチド多型、SNPs)が見つかっている。クロノタイプという用語は、朝活を好む(朝型クロノタイプ)か、昼後に活動的になる(夕方型クロノタイプ)かを表すために使われる。この好みは、個人の内部時計と関係があって、睡眠習慣を理解するためにしばしば研究される。
今の時代、朝型の人は良いとされることが多くて、典型的な学校や仕事の時間に合ってる。夕方型の人は平日は疲れやすくて、週末に睡眠を取り戻そうとすることが多くて、これが「社会的ジェットラグ」と呼ばれる現象を引き起こすことがある。夕方型の人は、精神的な健康上の問題に直面することが多い。
最新のGWASでは、朝型クロノタイプを調節するいくつかの重要な遺伝子が強調されてる。興味深いことに、大規模なGWASでは主要な時計遺伝子がNDPCsとは関連付けられていなかった。しかし、睡眠特性と多くのNDPCsの間には遺伝的なつながりが見られ、共有する遺伝的基盤が示唆されている。
ポリジェニックスコア(PGS)分析では、ADHDやうつ病の遺伝子的スコアが子供の睡眠の問題に関連していることが示されている。同様に、不安の遺伝子的スコアも子供の悪夢と関連している。これらの発見は、NDPCsと睡眠の問題の間に広範な遺伝的重複があることを示唆している。
NDPCsと睡眠表現型の共有遺伝子の調査
研究では、NDPCsと睡眠問題の間で共有される遺伝子や生物学的経路を探ることを目的としている。ある研究では、ADHDと不眠症の両方に共通する44の遺伝子が強調されていて、これらの遺伝子は脳内のプロセスに関連している。別の分析では、精神疾患(SCZやBPなど)と睡眠特性(クロノタイプなど)で共有される149の遺伝的場所が特定された。
この研究の主要な目標は、ADHD、AUT、SCZ、BPの遺伝子スコアが、UKバイオバンクの参加者における不眠症やクロノタイプを予測できるかどうかを判断することだった。さらに、共有された遺伝的変異が影響を及ぼす生物学的経路を見つけることも目指していた。
結果は、AUT、SCZ、BPの遺伝子スコアがクロノタイプに関連していることを示し、4つのNDPCの遺伝子スコアすべてが不眠症と関連していた。特に、BPのスコアは、体が遺伝子を処理する経路に関連して重要だった。
遺伝子スコアデータの分析
共有遺伝子変異を深く調査するために、研究者たちはUKバイオバンクの参加者のクロノタイプと不眠症の状態を予測できるか、AUT、ADHD、SCZ、BPの遺伝子スコアをテストした。分析は、何千人もの参加者を含むさまざまな研究のデータを使用した。
結果は、AUT、SCZ、BPの遺伝子スコアがクロノタイプと有意に関連していることを示した。すべての4つのNDPC遺伝子スコアは不眠症と有意に関連しており、ADHDが最も強い関連性を示した。
この研究では、特定の生物学的経路がこれらの遺伝子スコアとどのように関連しているかについても調べた。多くの経路をテストし、BPとクロノタイプに関連する2つの経路が有意な結果を示した。この経路は、遺伝子の変異が睡眠や気分に関連する障害にどのように影響するかを理解するうえで重要だった。
経路ベースの分析からの発見
研究者たちは、NDPCsと睡眠特性を結びつける遺伝子変異が特定の生物学的経路の中に存在するかどうかを確認するために経路ベースの分析を行った。合計451の経路が調べられた。
この研究では、mRNAスプライシング - マイナー経路とKEAP1 NRF2経路が、BPの遺伝的変異に基づいてクロノタイプを予測するのに有意であることが分かった。mRNAスプライシング経路は、細胞内で遺伝物質がどのように処理されるかを扱い、遺伝子の適切な機能に欠かせないものだ。
クロノタイプを予測するのには有意な発見があったものの、不眠症に関連する経路は統計的に有意ではないと確認された。この有意な相関が欠けているのは、睡眠サンプルの数がクロノタイプに関連するものより少なかったからかもしれない。
さらなる洞察の探求
さらなる洞察を得るために、研究者たちは、ハイライトされた経路に関与する遺伝子の発現量と量的形質遺伝子座(eQTL)データを調査した。この分析は、遺伝子の変異が特定の遺伝子の発現にどのように影響するかを特定するのに役立った。
KEAP1 NRF2経路については、BPとクロノタイプに関する統計的有意性に基づいて5つの遺伝子がランキングされた。これらの遺伝子のいくつかは、体が酸化ストレスに対する反応を制御する方法に関連していて、これはNDPCsを持つ人にしばしば高まる状態だ。
別の経路、mRNAスプライシング - マイナー経路では、BPとクロノタイプに関連する遺伝子の役割を調べるために6つの遺伝子が研究された。スプライシングプロセスは遺伝子調節にとって重要で、神経変性疾患を含むさまざまな病気に影響を与える可能性がある。
差次的発現分析とNDPCs
研究では、BPと健康な対照者の間で特定の遺伝子が有意な変化を示すかどうかを確認するために、差次的発現分析も行われた。KEAP1 NRF2経路では、4つの差次的発現遺伝子が特定された。
特に、以前の研究では、KEAP1 NRF2調節に関与する遺伝子が気分障害と関連していることが示されていて、研究者たちはBPのような状態におけるこれらの遺伝子の役割をますます認識している。この関係は、これらの遺伝子をターゲットにすることが、より良い治療オプションにつながる可能性があることを強調している。
NDPCsと遺伝的重複の結論
この研究の結果は、サーカディアンリズムに関連する経路の遺伝子変異が、双極性障害やその睡眠との関係を理解するのに貢献する可能性があることを示している。NRF2 KEAP1経路とmRNAスプライシング-マイナー経路で見つかった共有遺伝子変異は、遺伝子が睡眠や気分障害にどのように影響するかを調査する上でさらに探求する必要があることを示唆している。
将来の研究では、これらの遺伝子変異をさらに特定して潜在的な治療法を見つけることができるだろう。この研究は、サーカディアンリズムがメンタルヘルスの状態にどれほど影響を与えるかがますます認識されていることを強調している。この関連性を理解することで、双極性障害などの状態をより適切に管理し、影響を受ける人々の生活の質を向上させる介入につながるかもしれない。
これらの研究を通じて、研究者たちは、さまざまな神経発達障害や神経精神疾患に対して、より的確で効果的な治療法を見つけるための基盤を築いている。
タイトル: Pathway-based polygenic score analysis identifies the NRF2-KEAP1 and mRNA splicing - minor pathways as enriched in shared genetic variation between chronotype and bipolar disorder.
概要: Author SummaryThis study investigates shared genetic influences that may contribute to the circadian rhythm disruption and sleep issues in neurodevelopmental and neuropsychiatric conditions. Using polygenic score analysis on large-scale genetic studies of autism, attention-deficit/hyperactivity disorder, schizophrenia, and bipolar disorder, we tested their ability to predict chronotype and insomnia status of participants in the UK Biobank. Our findings reveal that polygenic scores for autism, schizophrenia, and bipolar disorder are associated with an evening chronotype, while polygenic scores for attention-deficit/hyperactivity disorder, autism, schizophrenia, and bipolar disorder are associated with insomnia. Pathway analysis identified the enrichment of shared genetic variation between chronotype and bipolar disorder in the NRF2-KEAP1 and mRNA splicing minor pathways. Previous studies have linked the NRF2-KEAP1 pathway to the pathology of bipolar disorder and schizophrenia. NRF2 and splicing components have been previously reported to be rhythmically regulated by circadian clock genes. These results suggest a potential role for the NRF2-KEAP1 and mRNA splicing minor pathways in mediating circadian rhythm disturbances in bipolar disorder, providing insights into the genetic basis of sleep issues in neuropsychiatric conditions. It has been postulated that circadian dysfunction may contribute to the sleep problems prevalent in neurodevelopmental and neuropsychiatric conditions. Genetic correlations between numerous pairs of neurodevelopmental or neuropsychiatric and sleep phenotypes have been identified. We hypothesize that this overlapping genetic variation is enriched in certain biological pathways. We used genome-wide polygenic score analysis to confirm previously reported genetic correlations and pathway-based polygenic score analysis to identify enriched pathways. We created polygenic scores using summary statistics from the largest genome-wide association studies (GWAS) of autism (AUT), attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), schizophrenia (SCZ) and bipolar disorder (BP). We tested the performance of these polygenic scores in predicting chronotype and insomnia status of UK Biobank participants. For the pathway-based polygenic scores, we restricted genetic variation to SNPs that mapped to genes within 451 pathways from the Reactome database. Genome-wide polygenic scores for AUT, SCZ and BP were found to be associated with an evening chronotype, and polygenic scores for ADHD, AUT, SCZ and BP were found to be associated with insomnia status. Pathway-based polygenic score analysis identified the NRF2 KEAP1 and mRNA splicing minor pathways as being enriched for genetic variation overlapping between chronotype and BP. For the NRF2 KEAP1 pathway, the signal is enriched in the subset of genes that function with KEAP1 to regulate NRF2 expression. Examination of eQTL data pointed to BP associated SNPs within these gene-sets being associated with expression changes of many genes to which they map. A number of these eQTL SNPs were reported to be genome-wide significant for SCZ in previous studies. These results demonstrate that the overlapping genetic variation between chronotype and BP is enriched in genes involved in the NRF2-KEAP1 and mRNA splicing minor pathways. Animal model and human cell line studies have previously linked the NRF2 pathway to the pathology of BP and SCZ. Additionally, NRF2 and splicing components have been reported to be rhythmically regulated by circadian clock genes. Our results suggest that these pathways could be involved in mediating the disrupted circadian rhythm phenotype of BP.
著者: Laura Fahey, L. M. Lopez
最終更新: 2024-02-18 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.02.16.24302920
ソースPDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2024.02.16.24302920.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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