Генетика остеопонтина код пацијената са хроничном болешћу бубрега: немачка студија о хроничној бубрежној болести

Абстрацт

Органско биље за здравље бубрега

Увод

Остеопонтин (ОПН) кодиран геном СПП1 је први пут описан као гликопротеин који припада породици СИБЛИНГ (Смалл Интегрин-Биндинг ЛИганд Н-линкед Глицопротеин) 1985. године [1]. ОПН се изражава у мноштву ткива као што су остеобласти, остеоцити, одонтобласти (који играју улогу у минерализацији и ресорпцији кости [2,3]), макрофаги, ћелије глатких мишића и ендотелне ћелије, али се такође могу наћи у унутрашњем уху, централног нервног система и плаценте [1,2]. Иако се ОПН може открити у многим типовима ћелија, он се претежно синтетише и експримира у ткиву бубрега. Производња ОПН-а је стимулисана многим факторима укључујући паратироидни хормон, калцитриол, калцијум, фосфат и цитокине. Протеин може да веже интегрине преко специфичне пептидне секвенце, мотива аргинин-глицин-аспарагинске киселине (РГД), чинећи интеракцију са различитим типовима ћелија могућом (путем нуклеарног фактора капа Б, [4,5]). У бубрезима, интегрини се могу наћи у Бовмановој капсули, гломеруларном епителу и васкуларном епителу [6,7]. ОПН се синтетише у дебелом узлазном екстремитету Хенлеове петље и дисталном тубулу [1,8].

У прегледу Калете (2019) разматране су познате (пато)физиолошке улоге ОПН-а [1]. На основу овог прегледа, физиолошка улога ОПН-а у бубрезима још увек није у потпуности схваћена, али се сугерише као суштинска за тубулогенезу [1]. Експресија мРНА СПП1, као и експресија протеина ОПН, била је повишена код углавном пацовских модела бубрежних болести, а висока експресија ОПН је била у корелацији са протеинуријом, смањеном функцијом бубрега и фиброзом [1]. Једна студија је идентификовала различите полиморфизме у региону промотора СПП1 који утичу на његову транскрипциону активност [9]. У прошлости је неколико специфичних варијанти гена СПП1 било повезано са патогенезом и прогресијом различитих болести бубрега. Друге студије контроле случаја известиле су о томе да су специфичне варијанте гена СПП1 повезане са различитим пацијентима са обољењем бубрега у поређењу са (здравом) контролном групом: На пример, рс1126616 је више пута пријављен као маркер за лупус нефритис и нефропатију имуноглобулина А [10– 14]. У вези са дијабетичком нефропатијом, пријављена су два СНП у СПП1, рс11730582 и рс17524488 [15,16]. Стога смо закључили да присуство смањене функције бубрега може представљати добро окружење за проучавање како бисмо даље утврдили наше разумевање генетских основа нивоа ОПН-а код болести бубрега, јер би неки биолошки механизми могли бити појачани и стога их је лакше открити, што је је приказано раније [17–19]. У Јинг ет ал. [19], на пример, величина ефеката за познате локусе идентификоване у ГВАС-у серумских урата код пацијената са ЦКД била је сличне или веће од оних пријављених из студија заснованих на популацији. Немачка студија о хроничној бубрежној болести (ГЦКД) обухвата велику кохорту пацијената са хроничном бубрежном болести [20]. Поред демографских и клиничких података, доступни су генетски подаци, као и основна мерења серумског ОПН-а, пружајући идеално окружење за истраживање генетике ОПН-а. У ту сврху, извршили смо ГВАС нивоа ОПН у серуму у ГЦКД студији

Резултати Опис скупа ГЦКД анализе

Табела 1 даје преглед основних карактеристика одабраног броја варијабли за комплетну студијску кохорту ГЦКД и скуп анализе ГВАС у којој су учесници са комплетним подацима о генетици, мерењима ОПН-а, као и процењеном брзином гломеруларне филтрације (еГФР) и албумином у урину -то-креатинин однос (УАЦР) су укључени (С1 слика). Није било великих одступања између комплетне кохорте и скупа анализе. Све у свему, скуп анализе ГВАС карактерише удео од 60% мушкараца просечне старости 6{{10}.2 године (СД: 12.0) , са средњим вредностима од 46,0 мЛ/мин/1,73м2 (п25: 37,0; п75: 57,0) за еГФР и од 50,2 мг/г (п25: 9,4; п75: 382,8) за УАЦР (Табела 1). Међу укљученим учесницима, 35% је имало преовлађујући дијабетес мелитус, 16% су били пушачи, а 30% је пријавило историју кардиоваскуларних болести (КВБ). Средњи нивои ОПН-а у комплетној кохорти били су 29,2 нг/мЛ (п25: 20,7; п75: 41,9; Табела 1). Нивои ОПН-а су порасли у просеку у категоријама еГФР и УАЦР категоријама са медијане од 25,4 нг/мЛ за стадијум ЦКД Г1/2 на 38,5 нг/мЛ за стадијум ЦКД Г4/5, као и са средњих вредности ОПН од 25,6 нг/мЛ за УАЦР стадијум А1 на средње вредности ОПН од 34,2 нг/мЛ за УАЦР стадијум А3 (С2 слика).

Студија асоцијација на нивоу генома и фино мапирање

Спровели смо ГВАС за нивое ОПН у серуму (лог{{0}}трансформисани) користећи ~7,7 милиона висококвалитетних аутозомних биалелних варијанти ГЦКД студије са мањом фреквенцијом алела (МАФ) од �0,01 (С1 Табела). Квантил-квантилни графикон који упоређује посматране и очекиване п-вредности из ОПН ГВАС није указивао на инфлацију (фактор инфлације λ=1.01), што је у складу са одсуством систематских грешака (С3 слика). Све у свему, заплет на Менхетну је открио три значајна региона за читав геном повезана са нивоима ОПН (п-вредност<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)

Колокализацијске анализе

Да бисмо сазнали више о молекуларним механизмима и повезаним фенотиповима који су у основи идентификованих сигнала асоцијације за ОПН, упоредили смо обрасце ОПН ГВАС резултата у унапред дефинисаним регионима са одговарајућим ГВАС збирним статистикама из три друга извора користећи људске податке (погледајте Материјал и методе за детаље). Упоредиви обрасци могу указивати на заједничку биолошку основу.

Експресија гена. Прво смо извршили анализу колокализације збирне статистике ОПН ГВАС у вези са два реплицирана локуса са одговарајућом ГВАС збирном статистиком експресије гена у цис-у користећи податке из ГТЕк пројекта и НЕПТУНЕ студије

(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; С4 Табела). Протеом плазме. Поред тога, спроведене су анализе колокализације коришћењем ГВАС збирне статистике СНП асоцијација у цис и транс са нивоима од ~3,000 различитих протеина плазме (пГВАС) о којима су извештавали Сун ет ал. (Материјал и методе, [22]). Иако није била присутна колокализација за збирну статистику ГВАС-а ОПН-а и протеина у цис-у, утврђено је да резултати пГВАС-а за 87 протеина из различитих класа протеина транс колокализују са ОПН ГВАС резултатима за рс4253311 на КЛКБ1 (С5 табела). За већину резултата колокализације

Слика 3. Поређење збирне статистике из ОПН ГВАС и ГТЕк колокализације ткива: (А) МЕПЕ: ОПН и плућно ткиво (Х4: п12=0.99), (Б) СПП1: ОПН и панкреас (Х4: п{{ 6}}.85); (Ц) Ф11: ОПН и тибијална артерија (Х4: П12=0.98). Лево: дијаграм расипања који упоређује п-вредности асоцијација из оба извора један са другим (-лог10 скала). Горе десно: ОПН ГВАС резултати за регион од интереса. Доле десно: ГТЕк ГВАС резултати за регион од интереса дотичног органа. Боје одражавају ЛД корелацију (р2) користећи 1000Г ЕУР популације као референцу.

(60/87, 69%), смер деловања ОПН-а и протеина је био конкордантан, што је последица чињенице да је активирани ККС укључен у широк спектар процеса, као што су упале, рак, кардиоваскуларне болести, као и (пато )физиолошке улоге у бубрезима и централном нервном систему. За 86 мапиране протеине, спроведена је анализа обогаћивања генске онтологије (ГО) да би се проценило да ли су њихови гени који кодирају обогаћени терминима који представљају специфичне ћелијске компоненте и молекуларне функције (Материјал и методе, С6 табела). Због хијерархијске структуре референтних листа, имплицирани термини су делимично зависни једни од других, показујући нпр. преклапајуће појачано регулисане молекуларне функције, као и појачано регулисане активности хормона и рецептора (С9 слика).

Болести УК Биобанк (УКБ).

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), детектован је други независни сигнал асоцијације за одговарајућу особину болести у УКБ. Затим смо извршили додатне анализе колокализације на основу добијене статистике условне асоцијације и идентификовали позитивну колокализацију између сигнала асоцијације ОПН на рс4253311 на КЛКБ1 локусу и рс1593 за дубоку венску тромбозу (ДВТ; Х4: п12=0.96; С7 Табела и С10 сл). У ГенеАтлас ГВАС за ДВТ, главни алел рс1593 (А, фреквенција алела=0.87) је био повезан са већим ризиком за ДВТ (ОР=1.2, п-вредност 2.4е{{ 18}}), као што је био главни алел рс4253311 (главни алел: Г, фреквенција алела=0.51, ОР=1.13, п-вредност=2.6е{{27 }}).