Γενετική της οστεοποντίνης σε ασθενείς με χρόνια νεφρική νόσο: Η γερμανική μελέτη για τη χρόνια νεφρική νόσο Ⅱ

Ανάλυση σπάνιας παραλλαγής

Με βάση 4.879 συμμετέχοντες στο GCKD με διαθέσιμα δεδομένα τσιπ exome, πραγματοποιήσαμε επιπλέον συγκεντρωτικές δοκιμές σπάνιων παραλλαγών (Σχήμα S1). Παραλλαγές με 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).

ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΒΟΤΑΝΑ ΓΙΑ ΝΕΦΡΕΣ ΠΑΘΗΣΕΙΣ

Συζήτηση

Σε αυτή τη μελέτη, επικεντρωθήκαμε στον χαρακτηρισμό της γενετικής της OPN σε μια κοόρτη ΧΝΝ, επειδή τα επίπεδα OPN είναι γνωστό ότι σχετίζονται με δυσμενή νεφρικά αποτελέσματα, αλλά τα γενετικά υπόβαθρα αυτής της ενισχυμένης με νεφρική πρωτεΐνη δεν είναι πλήρως κατανοητά. Η χρήση μιας κοόρτης ασθενών με ΧΝΝ μπορεί να παρουσιάσει ένα πλεονεκτικό περιβάλλον στο οποίο η μεταγραφή των ειδικών για τους νεφρούς γονιδίων μπορεί να αλλάξει σε σύγκριση με τον γενικό πληθυσμό, καθιστώντας την ταυτοποίηση συγκεκριμένων SNP πιθανώς ευκολότερη. Εντοπίσαμε τρεις τόπους, δύο στο χρωμόσωμα 4 (rs10011284, rs4253311), που θα μπορούσαν να αναπαραχθούν σε μια εξωτερική κοόρτη με βάση τον πληθυσμό και τον rs2731673 στο χρωμόσωμα 5, το οποίο δεν μπορούσε να αναπαραχθεί. Κατά τη συγκέντρωση σπάνιων παραλλαγών, ανιχνεύθηκε το γονίδιο SPP1 που κωδικοποιεί το OPN.

Από όσο γνωρίζουμε, αυτό είναι το πρώτο GWAS των επιπέδων OPN ορού που ποσοτικοποιήθηκαν μέσω ELISA. Άλλες μελέτες όπως οι Sun et al. διεξήγαγε GWAS πρωτεϊνών πλάσματος (pGWAS) συμπεριλαμβανομένου OPN. Εδώ οι πρωτεΐνες ποσοτικοποιήθηκαν διαφορετικά μέσω μιας τεχνολογίας που βασίζεται σε απταμερές (SOMAscan, [22]). Ενώ αυτή η μελέτη ήταν πιθανότατα πολύ μικρή (N=3,301) για να ανιχνεύσει τυχόν γενετικά σήματα για OPN, μια μελέτη από τους Pietzner et al. (Ν έως 10,708) παρείχαν σήματα στα χρωμοσώματα 3, 4 και 10 που σχετίζονται με το OPN που μετρήθηκε με SOMAscan [26]. Το σήμα που ανιχνεύθηκε στο χρωμόσωμα 4 (rs5860110, 4:88897106, MAF=0.30) είναι ένα κοινό, ιντρονικό ιντέλ που βρίσκεται εντός του SPP1 που δεν βρίσκεται σε ανισορροπία σύνδεσης (LD) με κοινές παραλλαγές που προσδιορίζονται στο έργο μας. Στο επόμενο βήμα, οι Pietzner et al. ανέφεραν στατιστικά στοιχεία συσχέτισης για τους ανιχνευμένους τόπους SOMAscan χρησιμοποιώντας διαφορετική τεχνική για τη μέτρηση πρωτεϊνών (Olink, πάνελ πρωτεϊνών που βασίζονται σε αντισώματα). Ωστόσο, οι μετρήσεις Olink ήταν διαθέσιμες μόνο για ένα μικρό κλάσμα του πληθυσμού της μελέτης και κανένα από τα τρία σήματα OPN που μετρήθηκαν με SOMAscan δεν μπορούσε να επιβεβαιωθεί. Η συστηματική σύγκριση των επιπέδων πρωτεΐνης που ποσοτικοποιήθηκαν με αυτές τις δύο τεχνικές αποκάλυψε ποικίλες συσχετίσεις (διάμεση τιμή 0,38, IQR: 0,08–0,64). Για το OPN, αναφέρθηκε συντελεστής συσχέτισης 0,51. Μια παρόμοια σύγκριση ακόμη περισσότερων πλατφορμών prote omics ανέφερε επίσης ένα ευρύ φάσμα συσχετισμών μεταξύ των μετρήσεων [27]. Οι διαφορές στην ανίχνευση γενετικών σημάτων δεν θα μπορούσαν επομένως να οφείλονται μόνο σε διαφορές ισχύος αλλά και σε τεχνικά χαρακτηριστικά, πρωτεϊνικά και παραλλαγμένα χαρακτηριστικά. Σε όλες τις πλατφόρμες, οποιαδήποτε αποτελέσματα σύγκρισης είναι επομένως δύσκολα και οι μετα-αναλύσεις θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε λάθος συμπεράσματα.

rs10011284; 4:88833389 (SPP1/MEPE διαγονιδιακό)

Ο δείκτης SNP rs10011284 (MAF=0.43) του πρώτου τόπου στο χρωμόσωμα 4 χαρτογραφεί μεταξύ των γονιδίων SPP1 και MEPE. Το εάν αυτή ή άλλη είναι η αιτιολογική παραλλαγή που βρίσκεται κάτω από την παρατηρούμενη συσχέτιση παραμένει ασαφές, καθώς τα αποτελέσματα από τη στατιστική λεπτή χαρτογράφηση είναι ασαφή. Ωστόσο, κατά τη συγκέντρωση σπάνιων παραλλαγών, το SPP1, το γονίδιο που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη OPN, έδειξε μια σημαντική συσχέτιση που οφείλεται σε μια παραλλαγή της θέσης ματίσματος. Τυχόν σφάλματα που προκύπτουν κατά τη διαδικασία ματίσματος μπορεί να οδηγήσουν σε ψευδή αφαίρεση ιντρονίου προκαλώντας αλλαγές στο ανοιχτό πλαίσιο ανάγνωσης. Με τη σειρά του, αυτό μπορεί είτε να οδηγήσει στον σχηματισμό ενός πρόωρου κωδικονίου τερματισμού και μιας συντομευμένης πρωτεΐνης ή πιο πιθανό σε μια ταχύτερη αποικοδόμηση του mRNA που ονομάζεται παράλογη διάσπαση [28]. Η παραλλαγή που οδηγεί αυτή τη συσχέτιση στο SPP1, μια παραλλαγή της θέσης ματίσματος (rs139555315, 4:88901197, MAF=1.54E- 03), αναφέρθηκε ότι σχετίζεται με τον παιδιατρικό συστηματικό ερυθηματώδη λύκο [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>Πολυμορφισμός Τ με ουρολιθίαση [40].

Η OPN εκκρίνεται ως επί το πλείστον, αλλά έχει επίσης αναφερθεί και ενδοκυτταρική μορφή [41]. Χρησιμοποιώντας αντίστροφη μεταγραφή-PCR, το OPN βρέθηκε να εκφράζεται σε φυσιολογικούς νεφρούς ενηλίκου ανθρώπου, περαιτέρω ανοσοϊστοχημικές αναλύσεις και ο in situ υβριδισμός αποκάλυψαν ότι η έκφραση OPN περιορίζεται στα άπω περιελιγμένα και ευθύγραμμα σωληνάρια στο φλοιό των νεφρών και στο μυελό στους νεφρούς πιθήκου [42]. Εξετάζοντας τα δεδομένα έκφρασης ιστού GTEx, ανιχνεύθηκε θετικός εντοπισμός του σήματος συσχέτισης OPN στο SPP1 με ιστό παγκρέατος. Αυτό είναι σύμφωνο με τα ευρήματα της βιβλιογραφίας όπου το OPN έχει προταθεί ότι παίζει ρόλο στον διαβήτη τύπου 2. Μια μελέτη που πραγματοποιήθηκε από τους Cai et al. ερεύνησε ένα μοντέλο διαβητικού ποντικού SUR1-E1506K+/+ και νησίδες από ανθρώπινους δότες και μπόρεσε να αποδείξει ότι σε νησίδες από δότες ανθρώπινου πτώματος, η έκφραση του γονιδίου OPN ήταν αυξημένη σε διαβητικές νησίδες και η εξωτερικά προστιθέμενη OPN αύξησε σημαντικά τη διεγερμένη από τη γλυκόζη έκκριση ινσουλίνης από διαβητικούς αλλά όχι φυσιολογικούς γλυκαιμικούς δότες [43]. Πολλές άλλες μελέτες έχουν επίσης διερευνήσει το ρόλο του OPN στον καρκίνο του παγκρέατος, εδώ, το OPN βρέθηκε να είναι ένας προγνωστικός δείκτης που συσχετίζει υψηλότερα επίπεδα με κακή συνολική πρόγνωση σε ασθενείς [44].

Το MEPE (Matric Extracellular PhosphoglycoprotEin) είναι το γονίδιο που κωδικοποιεί την εκκρινόμενη φωσφοπρωτεΐνη που δεσμεύει το ασβέστιο MEPE. Ένα κοινό χαρακτηριστικό των πρωτεϊνών SIBLING είναι το μοτίβο που σχετίζεται με όξινη ασπαρτική σερίνη πλούσιο σε MEPE (ASARM), το οποίο εμπλέκεται στη ρύθμιση της ανοργανοποίησης, της ανανέωσης των οστών, της μηχανομετατροπής, του φωσφορικού και του ενεργειακού μεταβολισμού [45]. Το μοτίβο ASARM είναι επίσης ο συνδετικός κρίκος μεταξύ των SIBLINGs και του FGF23, αποτελώντας έτσι μέρος της φυσιολογικής σύνδεσης οστού-νεφρού [45]. Το MEPE εμπλέκεται στη ρύθμιση της ομοιόστασης των φωσφορικών από τους νεφρούς και το έντερο [46,47]. Ο εντοπισμός του σήματος συσχέτισης OPN στο ΜΕΡΕ οδηγεί στην ανίχνευση συσχέτισης με πνευμονικό ιστό. Μέχρι στιγμής έχει αναφερθεί μια σύνδεση μεταξύ πολλών μελών της οικογένειας SIBLING με καρκίνο του πνεύμονα, αλλά μια σαφής σύνδεση μεταξύ MEPE και πνεύμονα δεν έχει γίνει στο παρελθόν [48]. Δεδομένου ότι υπάρχουν πολλές παραλλαγές μεταγραφής γνωστές λόγω εναλλακτικής ματίσματος, μια σύνδεση μεταξύ MEPE και πνεύμονα δεν μπορεί να αποκλειστεί και θα μπορούσε να προσφέρει πιθανούς τομείς έρευνας στο μέλλον. Τα αποτελέσματα από την ανάλυση εντοπισμού μας χρησιμοποιώντας το GeneAtlas υποδεικνύουν μια σύνδεση του ΜΕΠΕ με διαταραχή των οστών. Οι ασθένειες που σχετίζονται με την ΜΕΠΕ είναι η οστεομαλακία και η αυτοσωματική επικρατούσα υποφωσφαιμική ραχίτιδα που υποστηρίζουν αυτή τη σύνδεση μεταξύ της ΜΕΠΕ και των διαταραχών των οστών [49]. Ένας άλλος φαινότυπος που φαινομενικά σχετίζεται με το rs10011284 είναι η ουρική αρθρίτιδα. Αυτή η συσχέτιση πιθανότατα οφείλεται στο ABCG2, το οποίο βρίσκεται κοντά στα SPP1 και MEPE και είναι ένα από τα καλύτερα περιγραφόμενα γονίδια μεταφορέα ουρικού οξέος μέχρι σήμερα [19,50].