Генетика остеопонтину у пацієнтів із хронічною хворобою нирок: німецьке дослідження хронічної хвороби нирок

Анотація

Органічні трави для здоров’я нирок

вступ

Остеопонтин (OPN), кодований геном SPP1, вперше був описаний як глікопротеїн, що належить до сімейства SIBLING (Small Integrin-Binding LIgand N-linked Glycoprotein) у 1985 році [1]. OPN експресується у багатьох тканинах, таких як остеобласти, остеоцити, одонтобласти (відіграють роль у мінералізації та резорбції кісткової тканини [2,3]), макрофагах, гладком’язових клітинах та ендотеліальних клітинах, але його також можна знайти у внутрішньому вусі, центральної нервової системи та плаценти [1,2]. Хоча OPN можна виявити в багатьох типах клітин, він переважно синтезується та експресується в тканині нирок. Виробництво OPN стимулюється багатьма факторами, включаючи паратиреоїдний гормон, кальцитріол, кальцій, фосфат і цитокіни. Білок може зв’язувати інтегрини через певну пептидну послідовність, мотив аргінін-гліцин-аспарагінова кислота (RGD), що робить можливою взаємодію з різними типами клітин (через шлях ядерного фактора каппа В [4,5]). У нирках інтегрини можна знайти в капсулі Боумена, епітелії клубочків і епітелії судин [6,7]. OPN синтезується в товстому висхідному відділі петлі Генле та дистальному канальці [1,8].

В огляді Kaleta (2019) обговорюється відома (пато)фізіологічна роль OPN [1]. Виходячи з цього огляду, фізіологічна роль OPN у нирках ще не повністю вивчена, але було припущено, що вона має важливе значення для тубулогенезу [1]. МРНК SPP1, а також експресія білка OPN були підвищені переважно на щурячих моделях захворювань нирок, а висока експресія OPN корелювала з протеїнурією, зниженою функцією нирок і фіброзом [1]. Одне дослідження виявило різні поліморфізми в промоторній області SPP1, що впливає на її транскрипційну активність [9]. У минулому кілька специфічних варіантів гена SPP1 асоціювали з патогенезом і прогресуванням різних захворювань нирок. Інші дослідження типу «випадок-контроль» повідомляли про специфічні варіанти гена SPP1, пов’язані з різними пацієнтами із захворюваннями нирок у порівнянні зі (здоровою) контрольною групою: наприклад, rs1126616 неодноразово повідомлялося як маркер вовчакового нефриту та імуноглобулінової нефропатії [10– 14]. У зв’язку з діабетичною нефропатією повідомлялося про два SNP у SPP1, rs11730582 та rs17524488 [15,16]. Таким чином, ми прийшли до висновку, що наявність зниженої функції нирок може представляти хорошу обстановку для дослідження для подальшого встановлення нашого розуміння генетичної основи рівнів OPN при захворюваннях нирок, оскільки деякі біологічні механізми можуть піддаватися активній регуляції, і тому їх легше виявити, що має було показано раніше [17–19]. У Jing та ін. [19], наприклад, величина ефектів для відомих локусів, ідентифікованих у GWAS сироваткових уратів у пацієнтів із ХХН, була подібною або вищою за величину, ніж ті, про які повідомлялося в популяційних дослідженнях. Німецьке дослідження хронічної хвороби нирок (ХНН) охоплює велику когорту пацієнтів із ХХН [20]. Окрім демографічних і клінічних даних, доступні генетичні дані, а також базові вимірювання OPN у сироватці крові, що забезпечує ідеальне налаштування для вивчення генетики OPN. З цією метою ми провели GWAS рівнів OPN у сироватці крові в дослідженні GCKD

Результати Опис набору аналізу GCKD

У таблиці 1 наведено огляд базових характеристик вибраної кількості змінних для повної когорти дослідження GCKD та набору аналізу GWAS, у якому учасники з повними даними щодо генетики, вимірювань OPN, а також оціненої швидкості клубочкової фільтрації (eGFR) і альбуміну в сечі -до креатиніну (UACR) включено (S1 рис.). Не було серйозних розбіжностей між повною когортою та набором для аналізу. Загалом набір аналізу GWAS характеризувався часткою 60% чоловіків із середнім віком 6{{10}},2 років (SD: 12.0). із середніми значеннями 46,0 мл/хв/1,73 м2 (p25: 37,0; p75: 57,0) для eGFR і 50,2 мг/г (p25: 9,4; p75: 382,8) для UACR (табл. 1). Серед включених учасників 35% мали цукровий діабет, 16% були курцями, а 30% повідомили про серцево-судинні захворювання (ССЗ). Середній рівень OPN у повній когорті становив 29,2 нг/мл (p25: 20,7; p75: 41,9; таблиця 1). Рівні OPN зросли в середньому для категорій eGFR та UACR із медіани 25,4 нг/мл для ХХН стадії G1/2 до 38,5 нг/мл для ХХН стадії G4/5, а також із середніх значень OPN 25,6 нг/мл для UACR стадії A1 означає значення OPN 34,2 нг/мл для UACR стадії A3 (S2 рис.).

Дослідження асоціацій у всьому геному та точне картування

Ми провели GWAS для рівнів OPN у сироватці (log{{0}}трансформований), використовуючи ~7,7 мільйона високоякісних аутосомних бі-алельних варіантів дослідження GCKD із другорядною частотою алелів (MAF) �0,01 (S1 Таблиця). Графік квантиль-квантіль, що порівнює спостережувані та очікувані значення p від OPN GWAS, не вказує на інфляцію (фактор інфляції λ=1.01), що відповідає відсутності систематичних помилок (S3, рис.). Загалом, Манхеттенський графік виявив три значні для всього геному регіони, пов’язані з рівнями OPN (p-значення<5.0E-08; S4 Fig). Besides the three identified regions, the conditional analysis did not reveal additional independent signals (S5 Fig). The respective association results for the three index SNPs (= SNP with the lowest p-value in the respective region) are presented in Table 2. For all three SNPs, the coded allele was present frequently (allele frequency range 0.5– 0.75). The respective coded allele in our cohort decreased OPN levels on average (S6 Fig) with effect estimates per copy of the coded allele ranging from -0.10 to -0.18 (SE: 0.01–0.02; Table 2). One of the index SNPs on chromosome 4 (rs10011284, 4:88833389) is located upstream of SPP1, which encodes the protein OPN itself (Fig 1A). The other index SNP on chromosome 4 (rs4253311, 4:187174683) maps into the KLKB1 gene (intronic variant), encoding the protein prekallikrein (PK) that is converted to kallikrein (KAL); a protease implicated in the surface-dependent activation of coagulation, bradykinin (BK) release, and potentially the renin-angiotensin-aldosterone system (Fig 2A). The index SNP on chromosome 5 (rs2731673, 5:176839898) maps closest to the F12 gene, which encodes coagulation factor XII, a serine protease that cleaves KLKB1-encoded PK to KAL, among other functions and is also related to blood coagulation, fibrinolysis, and the generation of BK (S7 Fig). A summary of annotations combined from different publicly accessible databases and related to all three SNPs is provided in S2 Table. We next tested whether these three index SNPs were associated with serum OPN levels in the Young Finns Study (YFS) cohort, a population-based study with a mean age of 38 years (SD: 5.0) and a mean eGFR of 92.6 mL/min/1.73m2 (SD: 20.7; S1 Methods). Both SNPs on chromosome 4, rs10011284 and rs4253311, were significantly associated with OPN levels showing also direction consistency (Table 2 and Figs 1B and 2B). In contrast, rs2731673 closest to the F12 gene did not replicate in the YFS cohort (S7 Fig). The two replicated SNPs on chromosome 4 explained 1% of OPN levels each within the GCKD study and did not show a non-additive effect on OPN levels (S8 Fig). Moreover, statistical fine-mapping was performed for the two replicated loci to resolve associated loci into potentially causal variants by constructing credible sets that collectively accounted for a 99% posterior probability of containing the variant or variants that cause the association signal (PPA; Material and methods, [21]). However, fine-mapping results are inconclusive as both constructed sets are large, and single variants included only exhibit low PPA estimates (S3 Table)

Аналізи колокалізації

Щоб дізнатися більше про молекулярні механізми та пов’язані фенотипи, що лежать в основі ідентифікованих сигналів асоціації для OPN, ми порівняли шаблони результатів OPN GWAS у попередньо визначених регіонах із відповідною підсумковою статистикою GWAS із трьох інших джерел, використовуючи дані людини (докладніше див. Матеріали та методи). Порівнянні моделі можуть вказувати на спільну біологічну основу.

Експресія генів. По-перше, ми провели аналіз спільної локалізації підсумкових статистичних даних OPN GWAS, пов’язаних з двома реплікованими локусами, з відповідною підсумковою статистикою GWAS експресії генів у cis, використовуючи дані проекту GTEx та дослідження NEPTUNE

(Material and methods). Colocalization (posterior probability of H4 [p12] >0.8) of the OPN association signals were detected with the expression of MEPE in the lung (Fig 3A) and of SPP1 in the pancreas (Fig 3B and S4 Table). Furthermore, colocalization was found between the OPN association signal and expression of F11 in six other tissues (in descending order of H4): tibial artery (Fig 3C), brain cortex, terminal ileum part of the small intestine, muscular of the esophagus, transverse colon, and aortic artery (S4 Table). Except for the colocalization of the OPN signal with an expression of MEPE in the lung, the effect direction of both traits (OPN and gene expression) was concordant (alpha12>0; Таблиця S4). Протеом плазми. Крім того, були проведені аналізи колокалізації з використанням сумарної статистики GWAS асоціацій SNP у цис та транс з рівнями ~3,000 різних білків плазми (pGWAS), про що повідомляють Sun та ін. (Матеріал і методи, [22]). Хоча для підсумкових статистичних даних GWAS OPN і білків у цис не було виявлено спільної локалізації, було виявлено, що результати pGWAS для 87 білків з різних класів білків транс-кокалізуються з результатами OPN GWAS для rs4253311 у KLKB1 (таблиця S5). Для більшості результатів колокалізації

Рис. 3. Порівняння зведених статистичних даних спільної локалізації тканин OPN GWAS і GTEx: (A) MEPE: OPN і легенева тканина (H4: p12=0.99), (B) SPP1: OPN і підшлункова залоза (H4: p{{ 6}}.85); (C) F11: OPN і великогомілкова артерія (H4: P12=0.98). Ліворуч: діаграма розсіювання, що порівнює значення p асоціації з обох джерел (шкала -log10). Праворуч угорі: результати OPN GWAS для регіону інтересу. Внизу праворуч: результати GTEx GWAS для області інтересу відповідного органу. Кольори відображають кореляцію LD (r2) з використанням населення 1000G EUR як порівняння.

(60/87, 69%), спрямованість дії OPN і білків була узгодженою, що пов’язано з тим, що активований KKS бере участь у широкому спектрі процесів, таких як запалення, рак, серцево-судинні захворювання, а також (патопатологія). ) фізіологічна роль у нирках і центральній нервовій системі. Для 86 картованих білків було проведено аналіз збагачення генної онтології (GO), щоб оцінити, чи були їхні кодуючі гени збагачені термінами, що представляють конкретні клітинні компоненти та молекулярні функції (матеріали та методи, таблиця S6). Через ієрархічну структуру списків посилань залучені терміни частково залежать один від одного, демонструючи, наприклад, перекривання активованих молекулярних функцій, а також активність гормонів і рецепторів (рис. S9).

Хвороби UK Biobank (UKB).

To address the interplay between genetic modulation of OPN levels and phenotypes we further conducted a colocalization analysis with binary UKB disease traits that showed a genome-wide significant association in the GeneAtlas resource [23]. Based on marginal association statistics, no positive colocalization was detected between OPN and various disease traits (S7 Table). Still, for four of seven traits with an association signal different from the OPN signal in the region (H3: p1.2>0.8), було виявлено другий незалежний асоціативний сигнал для відповідної ознаки захворювання у UKB. Потім ми провели додатковий аналіз спільної локалізації на основі отриманої статистики умовної асоціації та визначили позитивну колокалізацію між сигналом асоціації OPN у rs4253311 у локусі KLKB1 та rs1593 для глибокого венозного тромбозу (ТГВ; H4: p12=0.96; S7 Таблиця та S10 Рис). У GeneAtlas GWAS ТГВ основний алель rs1593 (A, частота алеля=0.87) асоціювався з вищим ризиком ТГВ (АБО=1.2, p-значення 2,4e{{ 18}}), як і основний алель rs4253311 (головний алель: G, частота алеля=0.51, АБО=1.13, p-значення=2.6e{{27 }}).