雌激素受体基因,认知能力下降,阿尔茨海默病神经学|首页

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背景和目标一生阿尔茨海默病(AD)痴呆的风险有两个高与男性相比,女性在绝经后期和低雌激素水平被认为是一个可能的因素。我们检查了3呃(GPER1,ER2,ER1)变异与广告特征作为一个间接的方法来测试在女性雌激素和广告之间的关系。尽管研究重点是女性,在比较中,我们分别检查呃分子变异人。

方法参与者平均随访10年的2纵向衰老的临床病理研究。全球认知评估使用总分来自19个神经心理学测试的分数。尸检病理评估包括检查3广告(amyloid-β和τ缠结由免疫组织化学,以及全球广告病理评分来自扩散和神经质的斑块和神经纤维缠结数)和8 non-AD病理指标。呃分子基因变体包括基因分型和检查呃DNA甲基化和RNA表达在大脑区域包括背外侧前额叶皮层(DLPFC)认知和经常有广告病理学的主要球员。

结果女性的平均年龄在基线(N = 1711)为78.0 (SD = 7.7)年。对于女性,GPER1分子变异与广告最一致的关联特征。GPER1DNA甲基化是与认知能力下降有关,τ缠结密度,和全球广告病理评分。GPER1RNA表达DLPFC认知能力下降和τ的一团密度有关。其他协会包括关联的ER2和ER1序列变异和DNA甲基化与认知。DLPFC RNA表达的基因激活人的信号机制也与认知能力下降和τ的一团密度在女性。在男性(N = 651,平均年龄在基线:77.4 (SD = 7.3)),有健壮的之间的联系呃分子基因变异和广告认知和病理特征。没有一致的协会之间呃分子基因变化和non-AD病态的性别。

讨论呃DNA甲基化和RNA表达,并在某种程度上呃多态性,与广告相关的认知和病理特征的女性,男性和一定程度上的。

术语表

ACC=: 前扣带皮层;
广告=: 阿尔茨海默病;
Aβ=: amyloid-β;
DLPFC=: 背外侧前额叶皮层;
呃=: 雌激素受体;
罗斯福=: 错误发现率;
GPER1=: G protein-coupled雌激素受体;
IRB=: 机构审查委员会;
物=: c-Jun n端激酶;
地图=: 记忆和衰老项目;
MCI=: 轻度认知障碍;
PCC=: 后扣带皮层;
ROS=: 宗教团体研究

女性占超过60%的美国人与老年痴呆,¹和一生的老年痴呆症的风险是女性与男性患病率。²随着老年妇女失去了绝经后雌激素的主要来源,低雌激素水平³提出了一个可能的因素为老年痴呆老年妇女的脆弱性。⁴先前的研究表明,老年更年期和再生育年龄与更高水平的认知在老年女性。^5,6低生物老年妇女的雌二醇水平与认知障碍的风险更高。⁷然而,随机临床试验的结果,研究了绝经后激素治疗预防认知衰退没有发现的好处。^8,9这些不一致的发现可能源于不同的原因包括本地产生的雌激素,影响大脑的功能¹⁰超出循环雌激素。因此,需要其他途径来探索澄清是否在老年妇女雌激素与认知。

雌激素有1跨膜受体G protein-coupled雌激素受体(GPER1),和2类固醇受体,雌激素受体α(ER1)和β(ER2),主要的雌激素受体中介活动。由于雌激素与认知之间可能存在的相关性,^5,7几个代表性的^11,12和纵向研究^{13,- - - - - -,15}已经检查了ER1和ER2多态性与认知障碍或认知能力下降。在这些研究中,只有几个选定的多态性检测。在这项研究中,总体的研究问题是检查之间的关联呃在老年妇女分子基因变异与认知,我们扩展先前的研究在4个地区。首先,我们研究了常见的单核苷酸序列变异和侧翼ER1和ER2。其次,我们还研究了GPER1的序列变异与荷尔蒙相关的疾病吗^16,17但是没有检查与认知。第三,我们检查了呃序列变异与阿尔茨海默病(AD)和相关的痴呆病理指标。第四,我们研究了DNA甲基化和RNA的表达呃基因与认知能力下降,病理指标。尽管研究重点是女性,在比较中,我们分别检查呃分子变异人。

方法

参与者进入一个社区老年人的2纵向研究:宗教团体的研究(ROS)和拉什记忆和衰老项目(MAP)。报告的作者之一,大卫·班尼特,这两项研究的原则调查员。ROS在1994年开始招生,招收修女,神父,兄弟在美国。地图在1997年开始招生,招收老年人生活在个人住宿或退休中心在伊利诺斯州东北部。合格参与者没有已知的痴呆老年人在登记同意年度大脑的认知和临床评估和捐赠的时候死亡。实现相同的协议和执行相同的认知和临床评估受训人员促进活性氧联合分析和映射的细节描述。¹⁸

我们在基线,包括1711名女性无痴呆与基因型数据,和至少2认知评估。的1711名妇女中,917人死亡,尸检病理检查。后期呃甲基化数据和420年呃表达水平在738年。相应数量的人651年,基因型数据,222与甲基化数据,323年,RNA表达数据。流程图的分析样本eFigures 1 - 2所示,links.lww.com/WNL/C615。维恩图说明样本大小在不同的数据集(eFigures 3 - 4)。

基因型处理

从外周血中提取的DNA或冰冻的脑组织。基因分型进行了Affymetrix人类全基因组SNP Array6.0或Illumina公司Omni四表达平台。通过质量控制步骤之后,¹⁹序列变异剂量估算单体型参考财团面板上。在这项研究中,我们检验序列变异位于3呃基因的区域和10-kilobase侧翼区域。序列变异被排除在外,如果他们有轻微的等位基因频率< 1%,污名得分< 0.3,或缺失率> 5%。因为这项研究的主要目标是在基因层面,而非序列变异水平,我们没有删除序列变异基于连锁不平衡。这产生了141个序列变异GPER1,697年ER21547年,ER1地区调查了在这个研究。

DNA甲基化处理

冷冻样本背外侧前额叶皮层(DLPFC)被用来获取DNA甲基化数据。DLPFC被选中作为分子的大脑区域评估,因为它是重要的是参与认知活动,并经常在老年人AD病理。

DNA提取DLPFC灰色板牙使用试剂盒QIAamp DNA迷你协议。DNA甲基化是使用生成的珠试验(英飞纳姆HumanMethylation450;Illumina公司)。生的甲基化数据处理进一步的质量控制,^20.导致不同的DNA甲基化值420132 cytosine-phosphate-guanine (CpG)网站。在这项研究中,我们调查了CpG网站位于3呃基因的区域和10-kilobase侧翼区域。这产生了84 CpG网站GPER1,50ER276年,ER1地区调查了在这个研究。

RNA表达处理

DLPFC是第一个大脑区域进行RNA提取和处理。²¹RNA提取从冷冻的样品DLPFC使用试剂盒的miRNeasey迷你工具包和核糖核酸酶自由Dnase集。RNA样本,通过质量控制标准测序后一个Illumina公司HiSeq平台RNA-seq图书馆准备使用strand-specific脱氧尿苷三磷酸法与聚(A)的选择。RNA-seq数据进一步处理只保留高表达基因,导致13484个基因。

最近,我们生成TruSeq困总RNA从DLPFC库库(Illumina公司,20020599),后扣带皮层(PCC)和前扣带皮层(ACC)使用西风G3下一代测序工作站(珀金埃尔默)根据制造商的指示和轻微的修改。²²图书馆是测序的Illumina公司NovaSeq读取6000平台在40 - 50米,2×150个基点配对。尽管表达水平GPER1和ER2是可用的,ER1表达水平不符合质量控制标准。

认知评价

每年,21个神经心理测试(eMethodslinks.lww.com/WNL/C615)是由研究助理工作在两个组别,训练由一个教练。两个测试仅用于诊断,其余19测试的分数,这是相同的测试跨越ROS和地图的参与者和访问,标准化的使用手段和SDs所有参与者的分数在基线。全球认知得分的均值19标准化的神经心理学成绩。我们使用这些综合措施的认知我们的先前的研究^23,24因为复合变量来自多个指标更适合使用在纵向分析²⁵我们需要用更少的随机变量错误包括地板和天花板效应。

在每个年度的访问中,神经学家和神经心理学家进行的认知和临床数据和裁决的存在轻度认知障碍(MCI)或痴呆的基础上建立了标准。²⁶

尸检病理评估

中位数(Q1-Q3、范围)死亡,尸检之间的时间间隔为6.8(5.1 - -10.2,1 - 76.3)小时。过程的细节描述。^18,27一个半球是冻结multiomics和生化分析,和下一个半球是固定在4%甲醛溶液。固定半球是切成1厘米厚片,从预定的准备和组织部分大脑区域进行广告和non-AD病理专家盲的临床数据。

部分从8大脑区域通过免疫组织化学方法检测评估的amyloid-β(Aβ)和使用Aβ和磷酸化抗体τtau-labeled缠结。²⁸使用图像分析,隔间Aβ抗体标记的量化在每个区域所占据的百分比区域标记室,这是在大脑区域平均收益率整体Aβ负载。同样,大脑的整体τ缠结密度计算平均区域tau-labeled缠结,这是计算使用stereologic映射技术。

修改Bielschowsky银染色用于可视化神经炎的斑块,弥漫性斑块和神经纤维缠结5皮质的大脑区域。全球广告病理评分是由使平均总结3指标的措施。此外,在有执照的神经病理学家的身份发言盲法临床数据确定病理广告使用建立诊断标准。^29日

Non-AD病态

我们还研究了指数3神经退行性(路易小体,交互响应DNA结合蛋白43 (TDP-43)和海马硬化)和5脑血管疾病(macroinfarcts、微型心肌梗塞的可能性、动脉粥样硬化、小动脉硬化和脑淀粉样血管病)病态,eMethods中描述,links.lww.com/WNL/C615和先前的研究。²⁷

协变量

年的性别、种族、教育获得使用自我报告在基线。基线年龄和死亡年龄计算使用出生日期在基线(获得),基线的采访中,和死亡。

统计分析

参与者在不同的特点分析数据集比较用方差分析,χ²,克鲁斯卡尔-沃利斯测试。线性mixed-effects模型被用来研究认知能力下降超过年的随访。核心模型计算了拦截(认知)、时间(认知能力下降的速度),年龄、教育、和相互作用随着时间的推移,年龄和教育。时间是区别对待在模型检查序列变异与模型研究DNA甲基化或RNA表达。与序列变异模型,核心mixed-effects模型的时间期限是前瞻性分析。时间是零在此后研究基线,并积极年的随访。相比之下,DNA甲基化和RNA表达水平测定在死亡和时间是零在年前死亡。死亡和负

然后,在单独mixed-effects模型,我们对每个序列变异的协会的剂量水平和认知能力下降的速度通过添加条款序列变异及其相互作用随着时间的推移,分别。p值关联的序列变异呃基因的地区分别结合水平和认知能力下降的速度使用费舍尔产品方法,^30.如前所述。^31日这种综合方法测试一个零假设,没有一个检查序列变异的呃与结果相关联的基因(要求等级或认知能力下降的速度)。综合测试可以处理任意依赖结构和强大的测序研究和计算效率的推动力量。³²当一个综合测试表明基因的多态性与协会的一个结果,我们随后检查每个序列变异识别特定的序列变异与结果有关。在进一步的分析中,我们替换序列变异与DNA甲基化水平在每个CpG网站或与mRNA的表达水平呃基因。

然后,我们检查协会呃甲基化多态性,表达水平与广告和non-AD病理指标。我们取代mixed-effects模型与线性回归,当检查广告病理学指标,或者逻辑回归,当检查non-AD病态。

模型假设评估图形和数值。我们业务应用Benjamini和错误发现率(罗斯福)³³减少通货膨胀的错误由于多个测试。吝啬,只有FDR-correctedp值(q值)报道,和q值小于0.05指标拒绝零假设。

标准协议的审批、登记和病人同意

所有参与者签署知情同意和解剖礼物的行为。拉什大学医学中心的机构审查委员会(IRB)每个研究批准。IRB批准数字L91020181 (ROS)和L86121802(地图)。

数据可用性

这些数据可以通过拉什阿尔茨海默病中心研究资源共享中心radc.rush.edu。访问数据,应用程序必须包括研究前提和研究计划的简要描述。

结果

人口和其他特征的妇女的3个数据集用于分析序列变异,DNA甲基化,RNA表达进行了总结表1。在基线,女性的平均年龄序列变异的数据集是78岁,也比其他年轻3岁2数据集是由已故的参与者(eTable 1,links.lww.com/WNL/C615)。虽然教育程度不是不同的3个数据集,认知在基线水平最高的序列变异数据集符合年轻在基线(eTable 1)。

把这个表:

表1

研究参与者的特征

女性在序列变异数据集最长随访,平均10年。在基线,24%遇到MCI诊断和没有痴呆,而在最后访问,平均1年死亡之前,执行24% MCI和43%的患有老年痴呆症。痴呆是比没有更频繁的参与者与AD病理诊断(55% vs 21%,χ²= 97.5,df = 1,p< 0.001)。

协会呃DNA甲基化多态性,RNA表达女性进行了总结表2,阐述如下。

把这个表:

表2

摘要关联的3雌激素受体(呃)基因与纵向老年妇女的认知和潜在的病理变化

GPER1女性

Polymorphisms-Cognition

使用mixed-effects模型表明,和随后的综合测试GPER1多态性与全球认知水平有关基线(q = 0.028)但不与认知功能减退的发生率。研究个体序列变异表明,1例(1%)序列变异与全球认知的水平图1;eTable 2,links.lww.com/WNL/C615)。

图1 协会在雌激素受体基因多态性和DNA甲基化ER1,ER2,GPER1,全球认知水平和认知能力下降

在每一个情节,所有序列变异的协会(绿色圆圈)和CpG网站(蓝圈)检查基因地区与全球水平的认知(A)或认知能力下降率(B)。轴表示染色体序列变异的位置/ CpG网站,和y轴表示FDR-correctedp价值的SNP / CpG位点和结果之间的联系。水平的红色虚线显示上面的水平显著的关联。GPER1= G protein-coupled雌激素受体;罗斯福=错误发现率。

Polymorphisms-Pathologies

综合测试表明GPER1多态性并不与广告相关的病理指标。与non-AD病理检查协会,GPER1多态性有关,只有微型心肌梗塞的可能性(q = 0.038)。单独考察个体序列变异,11序列变异与微型心肌梗塞的可能性有关罗斯福校正后(eTable 3,links.lww.com/WNL/C615)。

DNA Methylation-Cognition

认知功能减退的发生率(q < 0.001)和认知水平在死亡(q < 0.001)都是相关的GPER1DNA甲基化测量后期。检查个人CpG网站表示,最重要的CpG网站相关的认知能力下降的速度和认知水平(图1;eTables 4 - 6,links.lww.com/WNL/C615)。

图2 协会的DNA甲基化在雌激素受体基因与阿尔茨海默病病理指标

在每一个情节,个别CpG的协会网站检查基因地区的amyloid-β负载(A)、τ缠结密度(B),或全球广告病理评分(C)说明,来自线性回归。y轴表示FDR-correctedp协会的价值,x轴说明了中央人民政府网站在基因组的位置。乐队在x轴代表颜色的染色质状态的基因区域。(A) Amyloid-β负载,(B)τ缠结密度,(C)全球广告病理评分。罗斯福=错误发现率。

DNA Methylation-Pathologies

DNA甲基化在GPER1与τ缠结密度(q = 0.013)和全球广告病理评分(q = 0.013)。检查个人CpG网站表明,DNA甲基化的值10到14 CpG网站GPER1与τ缠结密度和全球广告病理评分,分别后,罗斯福校正(图2eTable 7日,links.lww.com/WNL/C615)。DNA甲基化在non-AD GPER1没有与任何疾病。

RNA Expression-Cognition

认知能力下降率(估计=−0.014,标准误差(SE) = 0.004, q = 0.005)和最终水平的认知在死亡(估计=−0.181 SE = 0.045 q < 0.001)有关GPER1在后期DLPFC表达水平(图3)。背景效应大小,我们使用model-derived估计(eTable 8,links.lww.com/WNL/C615)比较认知功能减退的发生率与不同级别的DLPFC 2代表女性GPER1RNA表达。认知能力下降(90高的女人^th百分位= 14.9)的水平GPER1RNA表达速度比女性低35% (10^th百分位= 12.8)水平。

图3 协会GPER1在死前的表达水平与认知能力下降

在每一个情节,协会的表达水平GPER1DLPFC(左面板)或PCC(右面板)和认知能力下降在过去的10年里死亡。每个情节说明认知轨迹平均90岁的妇女与16年的教育与低(第十百分位)或高(90)的表达水平呃基因。DLPFC =背外侧前额叶皮层;GPER1 = G protein-coupled雌激素受体;PCC =后扣带皮层。

只有认知水平(估计=−0.201 SE = 0.076 q = 0.026),不下降的速率(估计=−0.015 SE = 0.007 q = 0.083),来表达水平有关GPER1在PCC (图3)。GPER1表达水平在ACC并不与认知能力下降有关。

RNA Expression-Pathologies

研究协会GPER1表达水平与AD病理指标表明,DLPFC的表达水平与τ缠结密度(估计= 0.140,= 0.051,q = 0.039)但不是Aβ负载或全球广告病理评分(图4)。背景效应大小,我们使用model-derived估计(eTable 9日links.lww.com/WNL/C615)比较τ缠结密度与不同级别的DLPFC 2代表女性GPER1RNA表达。τ缠结密度高出19%的女人高(90)的水平GPER1RNA表达较低(第十百分位)的水平。

图4 协会GPER1表达水平的背外侧前额叶皮层(DLPFC),后扣带皮层(PCC)和前扣带皮层(ACC)与AD病理指标

GPER1= G protein-coupled雌激素受体。

没有见过表达水平之间的关联GPER1在PCC或ACC和AD病理指标。在检查non-AD病态,GPER1表达与任何无关。

DNA Methylation-RNA表达式

因为DNA甲基化和RNA的表达GPER1在DLPFC相关认知能力下降和τ的一团密度,我们检查了他们的协会。DNA甲基化和RNA的表达GPER1在DLPFC并不相关。