Investigating the relation of candidate genetic markers with Parkinson Disease, related endophenotypes and L-Dopa induced dyskinesia in an Italian cohort

BACKGROUND: Parkinson’s disease (PD) is a neurodegenerative disorder characterized by several motor and non-motor symptoms, which are usually evaluated trough different scales (see below). Toxic aggregates of α-synuclein (encoded by the SNCA gene) have been proposed as one of the main molecular mechanisms at the basis of PD, which seem to depend also on the levels of expression of the gene. Although current PD treatment is only symptomatic, Levodopa (L-Dopa) remains the therapeutic gold standard for PD, which however creates in some cases severe side effects like involuntary movements called L-Dopa induced Dyskinesias (LIDs). Since PD shows an extreme genetic heterogeneity, which is also influenced by different genetic backgrounds, population-specific studies are warranted, also for known PD susceptibility variants. Similarly, the genetic of LIDs is largely unclear, and only a few variants in candidate PD genes have been tested with relation to LID risk. OBJECTIVE & METHODS: Here, we investigated two candidate SNCA susceptibility variants - rs356219 and D4S3481 - which have been linked with the level of expression of the gene and have been consistently associated with PD risk, in an Italian cohort (472 patients and 518 controls). First we tested the potential influence of these variants on PD prevalent risk, through crude case-control association tests adjusted for sex. Then we tested, within PD cases, associations with scales assessing motor (UPDRS), cognitive (MoCA) and non-motor symptoms (NMS), and on PD age-at-onset (AAO), which represent powerful PD endophenotypes. Finally, we tested the influence of rs356219 and D4S3481 on the incident risk of LIDs, through multivariable Cox PH regressions (total follow-up 17,434 person-months, median follow-up time 49 months). These analyses were adjusted for an extended panel of covariates which may influence the outcome, including age, sex, L-Dopa therapy (status and dosage), and additional PD staging scales, where appropriate. RESULTS: We observed a nominally significant association of D4S3481 with incident risk of LIDs, where carriers of the 263 (putative risk) allele showed a decreased risk (HR [CI] = 0.56 [0.32; 0.98], p = 0.04) of motor complications. Another nominally significant association was observed with AAO for D4S3481-261 bp allele vs 259 bp allele carriers (β (SE) = -2.02 (1.00); p = 0.045) in a pseudo-additive model, where however we did not observe any evidence of association for 263 vs 259 bp allele carriers. Both these associations did not survive correction for multiple testing. No other significant associations were observed for any of the alternative genetic models tested, neither in the case-control test nor in the analysis of continuous PD endophenotypes. DISCUSSION: Here we report for the first time an association of D4S3481-261 bp variant with earlier age at PD onset, and a protective effect of the known PD risk D4S3481-263 bp variant against motor side-effects of L-Dopa treatment, with 263 carriers showing half the risk of non-carriers. Since this aspect has never been investigated before for D4S3481 and we observed only a nominally significant association, further studies in large independent PD cohorts are warranted to clarify the potential influence of this marker on LID susceptibility.

INTRODUZIONE: il Morbo di Parkinson è una patologia neurodegenerativa caratterizzata da numerosi sintomi motori e non motori, che di solito vengono stimati attraverso diverse scale. La formazione di aggregati tossici della proteina α-sinucleina (codificata dal gene SNCA) è stata proposta come uno dei principali meccanismi molecolari alla base del Parkinson, e sembra che tale meccanismo dipenda anche dai livelli di espressione del gene SNCA. L'attuale trattamento è solo sintomatico e la Levodopa (L-Dopa) rimane il farmaco migliore, nonostante crei, in alcuni casi, gravi effetti collaterali, come movimenti involontari chiamati discinesie (indotte da L-Dopa, o LID). Poiché il Parkinson mostra un'estrema eterogeneità genetica, che è anche influenzata dal background genetico di ciascun soggetto, sono stati condotti studi sulle popolazioni di differenti etnie, in particolare per le varianti di suscettibilità più studiate. Tuttavia, pochi studi si sono focalizzati su fenotipi di tipo continuo correlati al Parkinson quali scale di sintomi neurologici, cognitivi e clinici, anche noti come endofenotipi. Analogamente, la genetica delle LID è in gran parte poco chiara e solo alcune varianti sono state testate in relazione al loro rischio incidente. OBIETTIVI E METODI: Abbiamo studiato due varianti di suscettibilità del gene SNCA - rs356219 e D4S3481 - associate al livello di espressione del gene e al rischio Parkinson, in una coorte italiana di 472 pazienti e 518 controlli. Prima abbiamo testato la potenziale influenza di queste varianti sul rischio prevalente, attraverso test di associazione caso-controllo aggiustati per sesso. Quindi abbiamo testato, nei soggetti affetti, associazioni con scale motorie (UPDRS), cognitive (MoCA) e non motorie (NMS), e con l'età di insorgenza della patologia (AAO), che ne rappresentano un altro importante endofenotipo. Infine, abbiamo testato l'influenza di rs356219 e D4S3481 sul rischio di insorgenza di LID, attraverso regressioni di Cox (follow-up totale 17.434 persone-mese, tempo di follow-up mediano 49 mesi). Queste analisi sono state aggiustate tenendo in considerazione diverse covariate quali età, sesso, terapia con L-Dopa (stato ON/OFF e dosaggio) e ulteriori scale di stadiazione della malattia. RISULTATI: Abbiamo riscontrato due associazioni nominalmente significative del microsatellite D4S3481, una per l’allele 261 con una minore età di insorgenza della malattia (β (SE) = -2.02 (1.00); p = 0.045) - trend non confermato per l’allele di rischio putativo 263 - e l’altra con il rischio incidente di LID, in cui i portatori dell'allele 263 mostrano un rischio ridotto di complicanze motorie (HR [CI] = 0,56 [0,32; 0,98], p = 0,04). Tali associazioni non risultano significative dopo correzione per test multipli. Non sono state osservate altre associazioni significative per nessuno dei modelli genetici alternativi testati. DISCUSSIONE: Per la prima volta viene riportata un’associazione della variante D4S3481-261 bp con una minore età di insorgenza della malattia, e un effetto protettivo della nota variante di rischio D4S3481-263 bp contro l’insorgenza di LID, con i portatori dell’allele 263 che mostrano la metà del rischio rispetto ai non portatori. Nonostante l’assenza di una significatività statistica dopo correzione per test multipli, questo risultato potrebbe avere un impatto importante nella gestione del trattamento del PD e pertanto è necessario confermarlo in coorti Parkinson indipendenti di grandi dimensioni.