Genetika osteopontina pri bolnikih s kronično ledvično boleznijo: nemška študija o kronični ledvični bolezni Ⅱ
Jun 07, 2024
Analiza redkih variant
Na podlagi 4879 udeležencev GCKD z razpoložljivimi podatki o čipu exome smo dodatno izvedli skupno testiranje redkih različic (slika S1). Različice z MAF<1% and having a major effect on the gene product (nonsynonymous, stop gain/loss, splicing; "qualifying variants") as annotated by dbNSFP v.2.0 were aggregated (Material and methods, [24,25]). While there was no significant association result when the burden test was used, we found a significant association using the sequence kernel association test (SKAT) for the SPP1 gene (Table 3, p-value = 2.5E-08), which remained significant after adjustment for the two replicated SNPs from the initial GWAS (p-value = 9.4E-08). Seven variants were aggregated for the analysis of the SPP1 gene. In the single variant analysis, effect estimates of the seven variants ranged from -1.20 to 0.24 with rs139555315 (4,88901197), a splice-site variant (CADD score: 23.7) showing the most significant association (effect estimate = -1.20, SE = 0.19, p-value = 2.5E-10) and thus likely driving the association. This is supported by the non-significant result (p-valueSKAT = 3.5E-01) when rs139555315 was excluded from the variant set. Other genes implicated by GWAS of common variants reached only nominal statistical significance (p<0.05; MEPE: p-valueSKAT = 4.6E-03; KLKB1: p-valueBurden = 5.6E-04, p-valueSKAT = 2.8E-03; F12: p-valueBurden = 3.4E-02, p-valueSKAT = 3.0E-02).
Razprava
V tej študiji smo se osredotočili na karakterizacijo genetike OPN znotraj kohorte kronične ledvične bolezni, ker je znano, da so ravni OPN povezane z neželenimi izidi na ledvicah, vendar genetska podlaga tega proteina, izboljšanega z ledvicami, ni popolnoma razumljena. Uporaba kohorte bolnikov s kronično ledvično boleznijo bi lahko predstavljala ugodno okolje, v katerem se lahko transkripcija genov, specifičnih za ledvice, spremeni v primerjavi s splošno populacijo, zaradi česar je identifikacija specifičnih SNP morda lažja. Identificirali smo tri lokuse, dva na kromosomu 4 (rs10011284, rs4253311), ki ju je bilo mogoče ponoviti v kohorti, ki temelji na zunanji populaciji, in rs2731673 na kromosomu 5, ki ga ni bilo mogoče ponoviti. Pri združevanju redkih variant je bil odkrit gen SPP1, ki kodira OPN.
Kolikor nam je znano, je to prvi GWAS serumskih ravni OPN, kvantificiranih z ELISA. Druge študije, kot je Sun et al. izveden GWAS plazemskih proteinov (pGWAS), vključno z OPN. Tu so bile beljakovine kvantificirane drugače s tehnologijo, ki temelji na aptamerju (SOMAscan, [22]). Čeprav je bila ta študija verjetno premajhna (N=3,301), da bi odkrila kakršne koli genetske signale za OPN, je študija Pietznerja et al. (N do 10,708) so zagotovili signale na kromosomih 3, 4 in 10, povezane z OPN, izmerjenim s SOMAscan [26]. Zaznan signal na kromosomu 4 (rs5860110, 4:88897106, MAF=0.30) je običajen intronski del, ki se nahaja znotraj SPP1 in ni v neravnovesju povezave (LD) s pogostimi različicami, identificiranimi v našem projektu. V naslednjem koraku so Pietzner et al. poročali o asociacijskih statistikah za lokuse, ki jih je zaznal SOMAscan, z uporabo drugačne tehnike za merjenje beljakovin (Olink, proteinske plošče na osnovi protiteles). Meritve Olink pa so bile na voljo le za majhen del študijske populacije in nobenega od treh signalov OPN, izmerjenih s SOMAscan, ni bilo mogoče potrditi. Sistematična primerjava ravni beljakovin, kvantificiranih s tema dvema tehnikama, je pokazala različne korelacije (mediana 0,38, IQR: 0,08–0,64). Za OPN je bil sporočen korelacijski koeficient 0,51. Podobna primerjava še več platform za proteomiko je prav tako poročala o širokem razponu korelacij med meritvami [27]. Razlike v odkrivanju genetskih signalov torej ne morejo biti samo zaradi razlik v moči, temveč tudi zaradi tehničnih, beljakovinskih in variantnih značilnosti. Na različnih platformah so kakršni koli rezultati primerjave zato težki, metaanalize pa lahko vodijo do napačnih sklepov.
rs10011284; 4:88833389 (SPP1/MEPE medgensko)
Indeks SNP rs10011284 (MAF=0.43) prvega lokusa na kromosomu 4 preslika med geni SPP1 in MEPE. Ali je ta ali druga različica vzročna različica, na kateri temelji opažena povezava, ostaja nejasno, saj rezultati statističnega natančnega preslikavanja niso dokončni. Kljub temu je pri združevanju redkih variant SPP1, gen, ki kodira protein OPN, pokazal pomembno povezavo, ki jo poganja varianta na mestu spajanja. Vse napake, do katerih pride med postopkom spajanja, lahko povzročijo lažno odstranitev introna, kar povzroči spremembe v odprtem bralnem okvirju. Po drugi strani pa lahko to povzroči nastanek prezgodnjega stop kodona in skrajšanega proteina ali bolj verjetno do hitrejše razgradnje mRNA, ki se imenuje nesmiselno posredovan razpad [28]. Poročali so, da je različica, ki povzroča to povezavo pri SPP1, različica na mestu spoja (rs139555315, 4:88901197, MAF=1.54E- 03), povezana s pediatričnim sistemskim eritematoznim lupusom [29].
SPP1 is made up of 7 exons containing 942 transcribed nucleotides from the start codon in exon 2 to the stop codon (within exon 7, [30]). OPN belongs to the SIBLING glycoprotein family of secreted phosphoproteins; other members of this family comprise dentin matrix protein 1, dentin-sialophosphoprotein, Catherine, bone sialoprotein, and matrix extracellular phospho-glycoprotein (MEPE). Results from our colocalization analysis using GeneAtlas are pointing toward a connection of SPP1 with bone disorders. Fitting with these results, one of OPN's main physiological functions in the body is the regulation of the biomineralization processes [31]. Conflicting results have been reported on OPN as well as SPP1 polymorphisms and susceptibility to nephrolithiasis in the past [32–36]. From in vitro studies it may be inferred, that OPN inhibits nucleation, growth, and aggregation of calcium oxalate crystals [37], but clinical studies draw a more unclear picture. Some researchers report on the protective role of OPN, whereas others do not [38,39]. Nonetheless, a recent study from South Asia found a significant association of the SPP1 rs2853744:G>T polimorfizem z urolitiazo [40].
OPN se večinoma izloča, vendar so poročali tudi o znotrajcelični obliki [41]. Z uporabo PCR z reverzno transkripcijo je bilo ugotovljeno, da se OPN izraža v normalnih ledvicah odraslega človeka, nadaljnje imunohistokemične analize in in situ hibridizacija pa so pokazale, da je izražanje OPN omejeno na distalne zavite in ravne tubule v ledvični skorji in meduli pri opičjih ledvicah [42]. Če pogledamo podatke o ekspresiji tkiva GTEx, smo zaznali pozitivno kolokalizacijo signala povezave OPN pri SPP1 s tkivom trebušne slinavke. To je v skladu z ugotovitvami v literaturi, kjer se domneva, da ima OPN vlogo pri sladkorni bolezni tipa 2. Ena študija, ki so jo izvedli Cai et al. je raziskal model diabetične miši SUR1-E1506K+/+ in otočke človeških darovalcev in je lahko dokazal, da je bila v otočkih človeških darovalcev trupel izraženost gena OPN povečana v diabetičnih otočkih, zunaj dodan OPN pa je znatno povečal z glukozo stimulirano izločanje insulina iz diabetičnih, vendar ne normalnih glikemičnih darovalcev [43]. Številne druge študije so preučevale tudi vlogo OPN pri raku trebušne slinavke, pri čemer je bilo ugotovljeno, da je OPN prognostični marker, ki povezuje višje ravni s slabo splošno prognozo pri bolnikih [44].
MEPE (Matric Extracelular PhosphoglycoprotEin) je gen, ki kodira izločeni fosfoprotein MEPE, ki veže kalcij. Skupna značilnost proteinov SIBLING je motiv, povezan s kislinskim serinom in aspartatom, povezan z MEPE (ASARM), ki sodeluje pri uravnavanju mineralizacije, presnove kosti, mehanotransdukcije, fosfata in presnove energije [45]. Motiv ASARM je tudi povezovalni člen med SIBLING in FGF23, s čimer je del fiziološke povezave med kostmi in ledvicami [45]. MEPE sodeluje pri uravnavanju homeostaze fosfatov v ledvicah in črevesju [46, 47]. Kolokalizacija asociacijskega signala OPN pri MEPE vodi do odkrivanja povezave s pljučnim tkivom. Doslej so poročali o povezavi med več člani družine SIBLING s pljučnim rakom, vendar dokončna povezava med MEPE in pljuči še ni bila vzpostavljena [48]. Ker je znanih več variant prepisov zaradi alternativnega spajanja, povezave med MEPE in pljuči ni mogoče izključiti in bi lahko ponudila možna raziskovalna področja v prihodnosti. Rezultati naše analize kolokalizacije z uporabo GeneAtlasa kažejo na povezavo MEPE z motnjo kosti. Bolezni, povezane z MEPE, sta osteomalacija in avtosomno dominantni hipofosfatemični rahitis, ki podpirata to povezavo med MEPE in boleznimi kosti [49]. Drugi fenotip, ki je na videz povezan z rs10011284, je protin. To povezavo najverjetneje poganja ABCG2, ki se nahaja blizu SPP1 in MEPE in je eden najbolje opisanih genov za prenašanje sečne kisline do danes [19,50].
