Contribution of rare variants in coding regions to severe tinnitus

Abstract

El acúfeno es la percepción subjetiva de un ruido tonal en ausencia de una fuente acústica externa. La prevalencia en la población mundial oscila entre el 10% y el 30%; no obstante, el acúfeno se considera un trastorno cuando se asocia con angustia emocional, disfunción cognitiva y/o activación autonómica. La Enfermedad de Meniere (EM) es un trastorno del oído interno caracterizado por vértigo episódico, hipoacusia neurosensorial, acúfeno y/o sensación de plenitud ótica. Aunque los ataques de vértigo son el síntoma principal en los primeros años de la enfermedad, muchos pacientes con EM describen el acúfeno como el síntoma más molesto. La hipótesis de esta tesis fue que la gravedad del acúfeno está relacionada con una carga de variantes raras en las regiones codificantes de los individuos; por lo tanto, el objetivo fue identificar los principales genes y procesos biológicos asociados con el acúfeno severo. Se realizó la secuenciación del exoma de los 310 pacientes con EM. En base al cuestionario Tinnitus Handicap Inventory (THI), se crearon cuatro subgrupos. Los individuos con un THI por encima del tercer cuartil conformaron el subgrupo de acúfeno severo (I4) y por debajo del primer cuartil el subgrupo sin molestias causadas por el acúfeno (I1). Se llevaron a cabo análisis de carga génica (Gene Burden Analyses, GBA) para identificar genes enriquecidos en variantes con alta probabilidad de ser de pérdida de función (loss-of-function, LoF) o variantes con baja probabilidad de ser LoF y con un impacto moderado en la proteína, siendo la mayoría de ellas de cambio de sentido (missense). Además, se estudiaron las variantes en el número de copias (copy number variants, CNVs) y las variantes estructurales (structural variants, SVs). Los resultados muestran que: (1) Once genes fueron asociados con la EM familiar a través de una revisión sistemática. (2) Veintiocho genes se identificaron como candidatos para el acúfeno severo, participando en la axogénesis, la respuesta auditiva del tronco cerebral, la transmisión sináptica y la organización de los estereocilios de las células ciliadas. (3) Dieciséis genes se identificaron como candidatos para individuos sin acúfeno, formando parte de la protección contra el daño de las células ciliadas cocleares y de la estructura de la membrana tectorial. (4) El acúfeno y la hiperacusia estaban fuertemente asociados en pacientes con la EM, compartiendo causas genéticas. Estos resultados respaldan que la molestia causada por los acúfenos que algunos pacientes con EM experimentan puede explicarse parcialmente por diferencias en las variantes genéticas raras que presentan.

Tinnitus is the subjective perception of tonal broad-band noise without an external acoustic source. The prevalence in the world population is between 10% and 30%; nevertheless, tinnitus is considered a disorder when it is associated with emotional distress, cognitive dysfunction and autonomic arousal. Meniere Disease (MD) is an inner ear disorder characterised by episodic vertigo associated with sensorineural hearing loss, tinnitus and aural fullness. Although vertigo attacks are considered the main symptom in the first years of the disease, persistent tinnitus is described as the most troublesome symptom by many MD patients. This thesis hypothesis was that tinnitus severity is related to an overload of rare variants in the coding regions of the individuals; therefore, the aim was to identify the central genes and biological processes associated with severe tinnitus. Exome sequencing was performed for the 310 MD patients included in this study. According to the Tinnitus Handicap Inventory (THI) questionnaire, they were clustered into four subgroups. Individuals with a THI above the third quartile composed the severe tinnitus subgroup (I4) and those below the first quartile were the subgroup without disturbance caused by tinnitus (I1). Gene Burden Analyses (GBA) were carried out to target genes enriched in variants with high confidence of being loss-of-function (LoF) or variants with low confidence of being LoF and with a moderate impact in the protein, being missense most of them. Moreover, copy number variants (CNV) and structural variants (SV) were studied. The results show: (1) Eleven genes have been associated with familial MD through a systematic review. (2) Twenty-eight genes were identified as candidates for severe tinnitus, clustering in four groups according to their expression and involved axogenesis, auditory brainstem response, synaptic transmission and hair cell stereocilia organisation as main biological functions. (3) Sixteen genes were identified as candidates for individuals without tinnitus, clustering also in four subgroups by the expression and being part of the protection of cochlear hair cells against damage and the structure of the tectorial membrane. (4) Tinnitus and hyperacusis were strongly associated in MD patients, which shared genetic causes. These results support that MD patients who experience bothersome tinnitus can be partially explained by differences in the rare genetic variants that they carry.