A complete genome screen for genes predisposing to severe bipolar disorder in two Costa Rican pedigrees

Bipolar mood disorder (BP) is a debilitating syndrome characterized by episodes of mania and depression. We designed a multistage study to detect all major loci predisposing to severe BP (termed BP-I) in two pedigrees drawn from the Central Valley of Costa Rica, where the population is largely descended from a few founders in the 16th–18th centuries. We considered only individuals with BP-I as affected and screened the genome for linkage with 473 microsatellite markers. We used a model for linkage analysis that incorporated a high phenocopy rate and a conservative estimate of penetrance. Our goal in this study was not to establish definitive linkage but rather to detect all regions possibly harboring major genes for BP-I in these pedigrees. To facilitate this aim, we evaluated the degree to which markers that were informative in our data set provided coverage of each genome region; we estimate that at least 94% of the genome has been covered, at a predesignated threshold determined through prior linkage simulation analyses. We report here the results of our genome screen for BP-I loci and indicate several regions that merit further study, including segments in 18q, 18p, and 11p, in which suggestive lod scores were observed for two or more contiguous markers. Isolated lod scores that exceeded our thresholds in one or both families also occurred on chromosomes 1, 2, 3, 4, 5, 7, 13, 15, 16, and 17. Interesting regions highlighted in this genome screen will be followed up using linkage disequilibrium (LD) methods.

An alternative pathway for rod signals in the rodent retina: Rod photoreceptors, cone bipolar cells, and the localization of glutamate receptors

In the mammalian retina, extensive processing of spatiotemporal and chromatic information occurs. One key principle in signal transfer through the retina is parallel processing. Two of these parallel pathways are the ON- and OFF-channels transmitting light and dark signals. This dual system is created in the outer plexiform layer, the first relay station in retinal signal transfer. Photoreceptors release glutamate onto ON- and OFF-type bipolar cells, which are functionally distinguished by their postsynaptic expression of different types of glutamate receptors, namely ionotropic and metabotropic glutamate receptors. In the current concept, rod photoreceptors connect only to rod bipolar cells (ON-type) and cone photoreceptors connect only to cone bipolar cells (ON- and OFF-type). We have studied the distribution of (RS)-α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) glutamate receptor subunits at the synapses in the outer plexiform layer of the rodent retina by immunoelectron microscopy and serial section reconstruction. We report a non-classical synaptic contact and an alternative pathway for rod signals in the retina. Rod photoreceptors made synaptic contact with putative OFF-cone bipolar cells that expressed the AMPA glutamate receptor subunits GluR1 and GluR2 on their dendrites. Thus, in the retina of mouse and rat, an alternative pathway for rod signals exists, where rod photoreceptors bypass the rod bipolar cell and directly excite OFF-cone bipolar cells through an ionotropic sign-conserving AMPA glutamate receptor.

cut11+: A Gene Required for Cell Cycle-dependent Spindle Pole Body Anchoring in the Nuclear Envelope and Bipolar Spindle Formation in Schizosaccharomyces pombe

The “cut” mutants of Schizosaccharomyces pombe are defective in spindle formation and/or chromosome segregation, but they proceed through the cell cycle, resulting in lethality. Analysis of temperature-sensitive alleles of cut11+ suggests that this gene is required for the formation of a functional bipolar spindle. Defective spindle structure was revealed with fluorescent probes for tubulin and DNA. Three-dimensional reconstruction of mutant spindles by serial sectioning and electron microscopy showed that the spindle pole bodies (SPBs) either failed to complete normal duplication or were free floating in the nucleoplasm. Localization of Cut11p tagged with the green fluorescent protein showed punctate nuclear envelope staining throughout the cell cycle and SPBs staining from early prophase to mid anaphase. This SPB localization correlates with the time in the cell cycle when SPBs are inserted into the nuclear envelope. Immunoelectron microscopy confirmed the localization of Cut11p to mitotic SPBs and nuclear pore complexes. Cloning and sequencing showed that cut11+ encodes a novel protein with seven putative membrane-spanning domains and homology to the Saccharomyces cerevisiae gene NDC1. These data suggest that Cut11p associates with nuclear pore complexes and mitotic SPBs as an anchor in the nuclear envelope; this role is essential for mitosis.

Dynamics of Centromeres during Metaphase–Anaphase Transition in Fission Yeast: Dis1 Is Implicated in Force Balance in Metaphase Bipolar Spindle

In higher eukaryotic cells, the spindle forms along with chromosome condensation in mitotic prophase. In metaphase, chromosomes are aligned on the spindle with sister kinetochores facing toward the opposite poles. In anaphase A, sister chromatids separate from each other without spindle extension, whereas spindle elongation takes place during anaphase B. We have critically examined whether such mitotic stages also occur in a lower eukaryote, Schizosaccharomyces pombe. Using the green fluorescent protein tagging technique, early mitotic to late anaphase events were observed in living fission yeast cells. S. pombe has three phases in spindle dynamics, spindle formation (phase 1), constant spindle length (phase 2), and spindle extension (phase 3). Sister centromere separation (anaphase A) rapidly occurred at the end of phase 2. The centromere showed dynamic movements throughout phase 2 as it moved back and forth and was transiently split in two before its separation, suggesting that the centromere was positioned in a bioriented manner toward the poles at metaphase. Microtubule-associating Dis1 was required for the occurrence of constant spindle length and centromere movement in phase 2. Normal transition from phase 2 to 3 needed DNA topoisomerase II and Cut1 but not Cut14. The duration of each phase was highly dependent on temperature.

A genome-wide search for chromosomal loci linked to mental health wellness in relatives at high risk for bipolar affective disorder among the Old Order Amish

Bipolar affective disorder (BPAD; manic-depressive illness) is characterized by episodes of mania and/or hypomania interspersed with periods of depression. Compelling evidence supports a significant genetic component in the susceptibility to develop BPAD. To date, however, linkage studies have attempted only to identify chromosomal loci that cause or increase the risk of developing BPAD. To determine whether there could be protective alleles that prevent or reduce the risk of developing BPAD, similar to what is observed in other genetic disorders, we used mental health wellness (absence of any psychiatric disorder) as the phenotype in our genome-wide linkage scan of several large multigeneration Old Order Amish pedigrees exhibiting an extremely high incidence of BPAD. We have found strong evidence for a locus on chromosome 4p at D4S2949 (maximum genehunter-plus nonparametric linkage score = 4.05, P = 5.22 × 10−4; sibpal Pempirical value <3 × 10−5) and suggestive evidence for a locus on chromosome 4q at D4S397 (maximum genehunter-plus nonparametric linkage score = 3.29, P = 2.57 × 10−3; sibpal Pempirical value <1 × 10−3) that are linked to mental health wellness. These findings are consistent with the hypothesis that certain alleles could prevent or modify the clinical manifestations of BPAD and perhaps other related affective disorders.

Increased CNS levels of apolipoprotein D in schizophrenic and bipolar subjects: Implications for the pathophysiology of psychiatric disorders

Chronic administration of the atypical antipsychotic drug, clozapine, to rodents has been shown to increase the concentration of apolipoprotein D (apoD) in several area of the brain, suggesting that apoD could be involved in the therapeutic effects of antipsychotic drugs and/or the pathology of psychotic illnesses. Here, we measured a significant decrease in the concentration of apoD in serum samples from schizophrenic patients. In contrast, apoD levels were significantly increased (92–287%) in dorsolateral prefrontal cortex (Brodmann's area 9) of schizophrenic and bipolar subjects. Elevated levels of apoD expression were also observed in the caudate of schizophrenic and bipolar subjects (68–89%). No differences in apoD immunoreactivity were detected in occipital cortex (Brodmann's area 18) in either group, or in the hippocampus, substantia nigra, or cerebellum of the schizophrenic group. The low serum concentrations of apoD observed in these patients supports recent hypotheses involving systemic insufficiencies in lipid metabolism/signaling in schizophrenia. Elevation of apoD expression selectively within central nervous system regions implicated in the pathology of these neuropsychiatric disorders suggests a focal compensatory response that neuroleptic drug regimens may augment.

Estudo de associação entre déficits de reconhecimento de emoções em faces, flexibilidade mental e adequação social, em pacientes com transtorno bipolar do tipo I eutímicos, comparados com controles normais

Introdução: O objetivo do estudo foi investigar se há associação entre déficits na capacidade de reconhecimento de emoções faciais e déficits na flexibilidade mental e na adequação social em pacientes com Transtorno Bipolar do tipo I eutímicos quando comparados a sujeitos controles sem transtorno mental. Métodos: 65 pacientes com Transtorno Bipolar do tipo I eutímicos e 95 controles sem transtorno mental, foram avaliados no reconhecimento de emoções faciais, na flexibilidade mental e na adequação social através de avaliações clínicas e neuropsicológicas. Os sintomas afetivos foram avaliados através da Escala de Depressão de Hamilton e da Escala de Mania de Young, o reconhecimento de emoções faciais através da Facial Expressions of Emotion: Stimuli and Tests, a flexibilidade mental avaliada através do Wisconsin Card Sorting Test e a adequação social através da Escala de Auto- Avaliação de Adequação Social. Resultados: Pacientes com Transtorno Bipolar do tipo I eutímicos apresentam uma associação de maior intensidade comparativamente aos controles entre o reconhecimento de emoções faciais e a flexibilidade mental, indicando que quanto mais preservada a flexibilidade mental, melhor será a habilidade para reconhecer emoções faciais Neste grupo às correlações de todas as emoções são positivas com o total de acertos e as categorias e são negativas com as respostas perseverativas, total de erros, erros perseverativos e erros não perseverativos. Não houve uma correlação entre o reconhecimento de emoções faciais e a adequação social, apesar dos pacientes com Transtorno Bipolar do tipo I eutímicos apresentar uma pior adequação social, sinalizando que a pior adequação social não parece ser devida a uma dificuldade em reconhecer e interpretar adequadamente as expressões faciais. Os pacientes com Transtorno Bipolar do tipo I eutímicos não apresentam diferenças significativas no reconhecimento de emoções faciais em relação aos controles, entretanto no subteste surpresa (p=0,080) as diferenças estão no limite da significância estatística, indicando que portadores de transtorno bipolar do tipo I eutímicos tendem a apresentar um pior desempenho no reconhecimento da emoção surpresa em relação aos controles. Conclusão: Nossos resultados reforçam a hipótese de que existe uma associação entre o reconhecimento de emoções faciais e a preservação do funcionamento executivo, mais precisamente a flexibilidade mental, indicando que quanto maior a flexibilidade mental, melhor será a habilidade para reconhecer emoções faciais e melhorar o desempenho funcional do paciente. Pacientes bipolares do tipo I eutímicos apresentam uma pior adequação social quando comparados aos controles, o que pode ser uma consequência do Transtorno Bipolar que ratifica a necessidade de uma intervenção terapêutica rápida e eficaz nestes pacientes

Lack of bipolar see-saw in response to Southern Ocean wind reduction

A cessation of the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC) significantly reduces northward oceanic heat transport. In response to anomalous freshwater flux, this leads to the classic 'bipolar see-saw' pattern of northern cooling and southern warming in surface air and ocean temperatures. By contrast, as shown here in a coupled climate model, both northern and southern cooling are observed for an AMOC reduction in response to reduced wind stress in the Southern Ocean (SO). For very weak SO wind stress, not only the overturning circulation collapses, but sea ice export from the SO is strongly reduced. Consequently, sea ice extent and albedo increase in this region. The resulting cooling overcompensates the warming by the reduced northward heat transport. The effect depends continuously on changes in wind stress and is reversed for increased winds. It may have consequences for abrupt climate change, the last deglaciation and climate sensitivity to increasing atmospheric CO_2 concentration.

Estudo de associação entre disfunção neurocognitiva, estresse oxidativa e polimorfismos em pacientes jovens com Transtornos Bipolar tipo I

O Transtorno Bipolar (TB) tipo I é uma doença caracterizada por episódios de mania e depressão recorrentes com importante prejuízo do funcionamento global e comprometimento das funções cognitivas. Além disso, sabe-se que o número de episódios de humor patológico ao longo da vida pode também influenciar o funcionamento cognitivo destes sujeitos. Neste cenário, ocorreu a necessidade de se investigar marcadores genéticos para disfunção cognitiva no TB com o objetivo de estudar este fenômeno. Dentre os potenciais genes responsáveis por influenciar a cognição destacam-se os polimorfismos funcionais do fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), da catecol-O-metiltransferase (COMT), da apolipoproteína-E (APOE) e do canal de cálcio de baixa voltagem subunidade 1-C (CACNA1C). Sabe-se, também, que no TB os marcadores de estresse oxidativo estão aumentados durante todas as fases da doença, entretanto, não é claro qual impacto destes na disfunção cognitiva de indivíduos com TB. O objetivo dessa tese foi avaliar o desempenho cognitivo de pacientes jovens com bipolaridade tipo I e sua associação com o genótipo de BDNF, COMT, APOE e CACNA1C e também com os níveis plasmáticos de oxidação da guanosina (8-OHdG) e citosina (5-Mec) durante os episódios de humor, eutimia e em controles. Para investigar essa associação foram incluídos 116 pacientes (79 em episódio de humor patológico e 37 eutímicos) com diagnóstico de TB tipo I (DSMIV-TR); 97 controles saudáveis foram submetidos à avaliação neuropsicológica e coleta de sangue para extração de DNA visando genotipagem para BDNF (rs6265), COMT (rs4680; rs165599), APOE (rs429358 e rs7412), CACNA1C (rs1006737), 8-OhdG e 5-Mec. A análise dos dados obtidos revelou que pacientes portadores do genótipo Met/Met rs4680/rs165599 do COMT apresentam comprometimento cognitivo mais grave (função executiva, fluência verbal, memória e inteligência) comparado ao genótipo Val/Met ou Val/Val durante episódios maníacos ou mistos. Na mesma direção destes resultados, verificou-se que pacientes portadores do alelo Met rs4680 do COMT apresentam comprometimento do reconhecimento de emoções faciais em episódios de mania e depressão. Nenhum efeito do COMT foi observado em controles. O alelo de risco Met do CACNA1C se associou a um pior comprometimento executivo independente dos sintomas maníacos ou depressivos no TB, porém nenhum efeito se observou nos controles. O alelo Met do BDNF rs6265 ou a presença do alelo 4 da APOE não representa um fator que identifique um grupo com desempenho cognitivo diferenciado durante as fases do TB ou em controles. Sujeitos com TB apresentaram níveis mais elevados de 8-OHdG e tais níveis eram diretamente proporcionais ao número de episódios maníacos ao longo da vida, sugerindo um papel dos episódios hiperdopaminérgicos na oxidação das bases de DNA. Concluiu-se que a genotipagem para COMT e CACNA1C em pacientes com TB pode identificar um grupo de pacientes associados a pior disfunção cognitiva durante as fases maníacas e mistas do TB. Tal dado pode ser um indicador do envolvimento do sistema dopaminérgico e dos canais de cálcio de baixa voltagem na fisiopatologia da disfunção cognitiva no TB e deve ser explorado em outros estudos

Dos biomarcadores ao estadiamento da perturbação bipolar : uma revisão bibliográfica

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Biomarcadores na doença bipolar : um foco em peroxidação lipídica

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014