Metabolomics approaches for the understanding of psychotic mental disorders

Abstract

Mental illnesses such as Schizophrenia (SCZ) and Bipolar Disorder (BD) can cause major disturbances in the cognitive and emotional control of their patients, which has a great impact on their lives. SCZ and BD are diseases that are difficult to diagnose due to the number of symptoms that overlap between them. Through the study of omics, it is possible not only to better understand these diseases, but also to study possible biomarkers, which could be extremely important to define a diagnosis, and consequently, provide a better treatment and prognosis for these patients. The Liquid Chromatography coupled to Mass Spectrometry (LC-MS) approach was used to study the metabolomics and peptidomics of 69 patients and 15 controls. Two comparisons were analyzed: Controls vs Disease and SCZ/Schizophreniform (SCZFM) vs BD/intermediate diagnosis. From the first comparison, it was possible to detect 4 interesting “features”, 7 endogenous metabolites and 11 statistically altered peptides. The interesting features were 452.7/11.8, 497.2/14.9, 516.3/24.5 and 757.4/8.3. The 7 interesting metabolites were Isoleucine/Leucine, N-Acetylalanine, Ornithine, Palmitoylcarnitine, Phenylalanine, Proline and Valine. Of the 11 peptides, there are 3 from the Fibrinogen Alpha Chain, 2 from the Apolipoprotein A-II protein, 2 from the Complement protein C4-B, 1 from the Complement protein C3, 1 from the Fibrinogen Beta Chain, 1 from the Kininogen-1 and 1 of the Selenocysteine- Specific Elongation Factor. In the second comparison, 4 statistically altered “features” were detected, 377.1/15.6, 448.3/21.9, 452.3/24.8 and 564.2/15.9. In addition to the individual molecules, in the first comparison 3 altered pathways were detected, Bile Acid Biosynthesis, Vitamin E Metabolism and Aminoacyl-tRNA Biosynthesis and in the second comparison no altered pathway was detected as altered. Although it was not possible to propose a potential biomarker or altered pathways that confidently distinguish SCZ from BD, we present the metabolic pathways on which future studies should focus on these two diseases for the improvement of the treatment.

As doenças mentais como Esquizofrenia (SCZ) e Transtorno Bipolar (BD) podem causar grandes distúrbios no controle cognitivo e emocional dos seus pacientes, o que causa um grande impacto nas suas vidas. A SCZ e o BD são doenças de difícil diagnóstico devido ao número de sintomas sobrepostos entre ambas. Através do estudo das ómicas, é possível não só compreender melhor estas doenças, como estudar possíveis biomarcadores, que poderão vir a ser de extrema importância para definir um diagnóstico, e consequentemente, providenciar um melhor tratamento e prognóstico a estes pacientes. Foi utilizado uma abordagem usando Cromatografia Liquída acoplada a Espectrometria de Massa (LC-MS) para estudar a metabolómica e peptidómica de 69 pacientes e 15 controlos. Analisaram-se duas comparações: Controlos vs Doença e SCZ/Esquizofreniforme (SCZFM) vs BD/diagnóstico Intermédio. A partir da primeira comparação, foi possível detetar 4 “features” interessantes, 7 metabolitos endógenos e 11 péptidos estatisticamente alterados. As features interessantes foram 452.7/11.8, 497.2/14.9, 516.3/ 24.5 e 757.4/8.3. Os 7 metabolitos interessantes foram Isoleucina/Leucina, N-Acetilalanina, Ornitina, Palmitoilcarnitina, Fenilalanina, Prolina e a Valina. Dos 11 peptídos, são 3 da Cadeia Alfa do Fibrinogénio, 2 da proteína Apolipoproteína A-II, 2 da proteína de Complemento C4-B, 1 da proteína de Complemento C3, 1 da Cadeia Beta do Fibrinogénio, 1 do Cininogénio-1 e 1 do Fator de Elongação Específico da Selenocisteina. Na segunda comparação, foram detetadas 4 “features” estatisticamente alteradas, 377.1/15.6, 448.3/21.9, 452.3/24.8 e 564.2/15.9. Além das moléculas individuais, na primeira comparação foram detetadas 3 vias alteradas, Biossíntese dos Ácidos Biliares, Metabolismo da Vitamina E and Biossíntese dos Aminoacil-tANR e na segunda comparação nenhuma via foi detetada alterada. Apesar de não ter sido possível propor um potencial biomarcador ou vias alteradas que distingam SCZ de BD com confiança, apresentamos as vias metabólicas nos quais futuros estudos deverão incidir nestas duas doenças. Assim, podemos estar um passo mais perto de entender estes transtornos.