Genetika osteopontina kod pacijenata sa hroničnom bubrežnom bolešću: Nemačka studija o hroničnoj bubrežnoj bolesti Ⅱ

Analiza rijetke varijante

Na osnovu 4.879 učesnika GCKD sa dostupnim podacima o egzome čipu, dodatno smo sproveli agregirano testiranje retkih varijanti (S1 slika). Varijante sa MAF-om<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).

ORGANSKO BILJE ZA BOLESTI BUBREGA

Diskusija

U ovoj studiji, fokusirali smo se na karakterizaciju genetike OPN-a unutar grupe CKD, jer je poznato da su nivoi OPN-a povezani sa nepovoljnim ishodima bubrega, ali genetske osnove ovog proteina poboljšanog bubrega nisu u potpunosti shvaćene. Upotreba kohorte pacijenata sa CKD-om može predstavljati povoljno okruženje u kojem transkripcija gena specifičnih za bubrege može biti promijenjena u odnosu na opću populaciju, što može olakšati identifikaciju specifičnih SNP-ova. Identifikovali smo tri lokusa, dva na hromozomu 4 (rs10011284, rs4253311), koji bi se mogli replicirati u eksternoj populacijskoj kohorti, i rs2731673 na hromozomu 5, koji se nije mogao replicirati. Prilikom agregiranja rijetkih varijanti, otkriven je gen SPP1 koji kodira OPN.

Koliko znamo, ovo je prvi GWAS nivoa OPN-a u serumu kvantificiranih putem ELISA-e. Druge studije poput Sun et al. proveli GWAS proteina plazme (pGWAS) uključujući OPN. Ovdje su proteini različito kvantificirani putem tehnologije zasnovane na aptameru (SOMAscan, [22]). Iako je ova studija vjerovatno bila premala (N=3,301) da bi otkrila bilo kakve genetske signale za OPN, studija Pietznera et al. (N do 10,708) davali su signale na hromozomima 3, 4 i 10 povezanim sa OPN-om koji je izmjeren SOMAscan [26]. Otkriveni signal na hromozomu 4 (rs5860110, 4:88897106, MAF=0.30) je uobičajen, intronički indel koji se nalazi unutar SPP1 koji nije u neravnoteži veze (LD) sa uobičajenim varijantama identifikovanim u našem projektu. U sljedećem koraku, Pietzner et al. izvijestili su o statistici asocijacije za SOMAscan otkrivene lokuse koristeći drugu tehniku ​​za mjerenje proteina (Olink, proteinski paneli zasnovani na antitijelima). Olink mjerenja su, međutim, bila dostupna samo za mali dio ispitivane populacije i nijedan od tri SOMAscan izmjerena OPN signala nije mogao biti potvrđen. Sistematsko poređenje nivoa proteina kvantifikovanih ovim dvema tehnikama otkrilo je različite korelacije (medijan 0,38, IQR: 0,08–0,64). Za OPN je prijavljen koeficijent korelacije od 0,51. Slično poređenje čak i više prote omičnih platformi također je prijavilo širok raspon korelacija između mjerenja [27]. Razlike u detekciji genetskih signala stoga mogu biti ne samo zbog razlika u snazi ​​već i zbog tehničkih, proteinskih i varijantnih karakteristika. Na svim platformama, rezultati poređenja su stoga teški i meta-analize mogu dovesti do pogrešnih zaključaka.

rs10011284; 4:88833389 (SPP1/MEPE intergenski)

Indeks SNP rs10011284 (MAF=0.43) prvog lokusa na hromozomu 4 mapira između gena SPP1 i MEPE. Ostaje nejasno da li je ova varijanta ili neka druga uzročna varijanta koja leži u osnovi uočene povezanosti jer su rezultati statističkog finog mapiranja neuvjerljivi. Ipak, kada se agregiraju rijetke varijante, SPP1, gen koji kodira protein OPN, pokazao je značajnu povezanost vođenu varijantom mjesta spajanja. Bilo koja greška koja se dogodi tokom procesa spajanja može dovesti do lažnog uklanjanja introna uzrokujući promjene na otvorenom okviru za čitanje. Zauzvrat, ovo može dovesti ili do formiranja preranog stop kodona i skraćenog proteina ili vjerojatnije do brže degradacije mRNA koja se naziva besmisleno posredovano raspadanje [28]. Prijavljeno je da je varijanta koja pokreće ovu asocijaciju na SPP1, varijanti na mjestu spajanja (rs139555315, 4:88901197, MAF=1.54E- 03), povezana s pedijatrijskim 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 polimorfizam sa urolitijazom [40].

OPN se uglavnom izlučuje, ali je zabilježen i intracelularni oblik [41]. Korištenjem reverzne transkripcije-PCR otkriveno je da je OPN eksprimiran u normalnim ljudskim bubrezima odraslih, daljnje imunohistohemijske analize i in situ hibridizacija su otkrile da je ekspresija OPN ograničena na distalne uvijene i ravne tubule u korteksu bubrega i meduli u bubrezima majmuna [42]. Gledajući podatke o ekspresiji GTEx tkiva, otkrivena je pozitivna kolokalizacija signala asocijacije OPN na SPP1 s tkivom pankreasa. Ovo je u skladu s nalazima u literaturi gdje se sugerira da OPN ima ulogu u dijabetesu tipa 2. Jedna studija koju su sproveli Cai et al. istraživao dijabetički mišji model SUR1-E1506K+/+ i otočiće ljudskih donora i uspio je pokazati da je kod otočića donora ljudskih leševa ekspresija OPN gena povećana u dijabetičkim otočićima, a vanjski dodani OPN značajno povećava stimuliranu glukozom lučenje inzulina od dijabetičkih, ali ne i normalnih davalaca glikemije [43]. Mnoge druge studije su takođe istraživale ulogu OPN-a u karcinomu pankreasa, a ovde je otkriveno da je OPN prognostički marker koji povezuje više nivoe sa lošom ukupnom prognozom kod pacijenata [44].

MEPE (Matric Extracelular PhosphoglycoprotEin) je gen koji kodira sekretirani fosfoprotein koji se vezuje za kalcij MEPE. Zajednička karakteristika SIBLING proteina je motiv povezan sa kiselim serin aspartatom bogatim MEPE (ASARM), koji je uključen u regulaciju mineralizacije, koštanog prometa, mehanotransdukcije, fosfata i metabolizma energije [45]. ASARM motiv je također povezujuća karika između SIBLING-a i FGF23 te je stoga dio fiziološke veze kosti-bubreg [45]. MEPE je uključen u regulaciju homeostaze fosfata u bubrezima i crijevima [46,47]. Kolokalizacija OPN povezanog signala na MEPE dovodi do otkrivanja povezanosti s plućnim tkivom. Do sada je prijavljena veza između nekoliko članova porodice SIBLING sa karcinomom pluća, ali definitivna veza između MEPE i pluća nije ranije utvrđena [48]. Budući da je poznato više varijanti transkripta zbog alternativnog spajanja, veza između MEPE i pluća ne može se isključiti i mogla bi ponuditi moguća područja istraživanja u budućnosti. Rezultati naše analize kolokalizacije koristeći GeneAtlas upućuju na povezanost MEPE s poremećajem kostiju. Bolesti povezane s MEPE su osteomalacija i autosomno dominantni hipofosfatemijski rahitis koji podržavaju ovu vezu između MEPE i poremećaja kostiju [49]. Drugi fenotip koji je naizgled povezan sa rs10011284 je giht. Ovu asocijaciju najvjerovatnije pokreće ABCG2, koji se nalazi u blizini SPP1 i MEPE i jedan je od najbolje opisanih gena transportera mokraćne kiseline do sada [19,50].