Genètica i dependència de cocaïna: Estudis d'associació, transcriptòmica i models animals

Abstract

La cocaïna és una droga psicoestimulant que actua directament sobre sistema de recompensa del cervell tot produint sensació de plaer. A més, els seus efectes sobre altres àrees cerebrals produeixen alteracions en l’estat d’ànim i d’alerta, la resistència i la locomoció, entre d’altres, que a la llarga poden tenir conseqüències greus sobre la salut. La cocaïna produeix canvis en l’expressió gènica que estan a la base de les neuroadaptacions i del remodelatge dels circuits neuronals que donen lloc a l’addicció. La interacció entre l’ambient i el factors genètics i epigenètics de predisposició determinen com es produiran aquestes adaptacions, tot afavorint el desenvolupament de la dependència en determinats individus. Tot i que la dependència de cocaïna té una heretabilitat molt alta, que supera el 70% segons alguns estudis, encara se sap molt poc sobre el paisatge genètic d’aquesta patologia. És per això que en aquesta Tesi Doctoral ens hem proposat identificar factors genètics de risc utilitzant aproximacions diverses, que inclouen els estudis d’associació genètica, la transcriptòmica i els models animals. En relació als estudis d’associació cas-control, hem seguit dues aproximacions: els estudis basats en hipòtesis i els estudis lliures d’hipòtesis. Els primers ens han permès identificar dues variants de risc de tipus SNP que alteren llocs d’unió de microRNAs als seus gens diana (NFAT5 i PLCB1) i una variant de número de còpies (CNV) al gen NSF. En el cas del gen PLCB1 hem realitzat estudis en un model animal genoanul·lat per determinar la seva contribució a la dependència de cocaïna. Emprant la segona aproximació, d’una banda hem replicat a la nostra mostra una associació descrita prèviament en un estudi a escala genòmica (GWAS) de dependència de drogues, i d’altra banda s’ha realitzat una metanàlisi de diversos GWAS de dependència de cocaïna que ens ha permès estudiar la base genètica compartida entre la dependència de cocaïna i altres condicions comòrbides. També s’ha avaluat l’efecte agut de la cocaïna sobre l’expressió gènica a nivell de mRNAs i de microRNAs en un model dopaminèrgic en cultiu. I, finalment, s’ha analitzat la convergència de resultats de tots els estudis de transcriptòmica en humans als quals hem tingut accés, amb l’objectiu d’identificar gens i vies comunes que assenyalin possibles dianes terapèutiques.

Cocaine is one of the most used illicit drugs and its abuse is one of the major public health problems worldwide. The interaction between genetic risk factors and the environment determine how neuronal circuits adapt to chronic cocaine exposure, establishing the development of addiction in some individuals but not in others. Cocaine dependence is one of the most heritable psychiatric disorders (around 65-79%), although the specific genetic factors involved in its predisposition remain largely unknown. The work presented in this Thesis allowed us to identify genetic factors contributing to cocaine dependence using case-control association studies, transcriptomics and animal models. We identified two SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) altering microRNA binding sites in the NFAT5 and PLCB1 genes, and one CNV (Copy Number variation) in the NSF gene, all associated with cocaine dependence. Furthermore, we used a knockout mouse model to assess the contribution of PLCB1 to cocaine addiction. In addition, we replicated in our sample a previously reported genome-wide significant association with drug dependence. We also performed a GWAS meta-analysis of cocaine dependence and we used it to identify shared genetic risk factors with several comorbid conditions. On the other hand, we evaluated changes in gene expression (mRNAs and microRNAs) induced by acute cocaine exposure in a dopaminergic neuron-like model. Finally, we integrated transcriptomic data from different human studies to identify common genes and pathways that may help to characterize critical molecular mechanisms that underlie cocaine addiction.