Genetik af osteopontin hos patienter med kronisk nyresygdom: Den tyske undersøgelse af kronisk nyresygdom Ⅱ

Sjælden variant analyse

Baseret på 4.879 GCKD-deltagere med tilgængelige exome-chipdata udførte vi desuden aggregerede sjældne varianter (S1 Fig.). Varianter med 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).

ØKOLOGISKE URTER TIL NYRESYGDOM

Diskussion

I denne undersøgelse fokuserede vi på at karakterisere genetikken af ​​OPN inden for en CKD-kohorte, fordi OPN-niveauer er kendt for at være forbundet med uønskede nyreresultater, men den genetiske underbygning af dette nyreforstærkede protein er ikke fuldt ud forstået. Brugen af ​​en CKD-patientkohorte kan udgøre en fordelagtig indstilling, hvor transskriptionen af ​​nyrespecifikke gener kan ændres i forhold til den generelle befolkning, hvilket gør identifikation af specifikke SNP'er muligvis lettere. Vi identificerede tre loci, to på kromosom 4 (rs10011284, rs4253311), der kunne replikeres i en ekstern populationsbaseret kohorte, og rs2731673 på kromosom 5, som ikke kunne replikeres. Ved aggregering af sjældne varianter blev SPP1-genet, der koder for OPN, påvist.

Så vidt vi ved, er dette den første GWAS af serum OPN-niveauer kvantificeret via ELISA. Andre undersøgelser som Sun et al. udført GWAS af plasmaproteiner (pGWAS) inklusive OPN. Her blev proteiner kvantificeret forskelligt via en aptamer-baseret teknologi (SOMAscan, [22]). Selvom denne undersøgelse sandsynligvis var for lille (N=3,301) til at påvise genetiske signaler for OPN, viste en undersøgelse af Pietzner et al. (N op til 10,708) gav signaler på kromosom 3, 4 og 10 forbundet med SOMAscan-målt OPN [26]. Det detekterede signal på kromosom 4 (rs5860110, 4:88897106, MAF=0.30) er en almindelig, intronisk indel placeret i SPP1, der ikke er i koblingsuligevægt (LD) med almindelige varianter identificeret i vores projekt. I det næste trin, Pietzner et al. rapporterede associationsstatistikker for SOMAscan-detekterede loci ved hjælp af en anden teknik til at måle proteiner (Olink, antistof-baserede proteinpaneler). Olink-målinger var dog kun tilgængelige for en lille del af undersøgelsespopulationen, og ingen af ​​de tre SOMAscan-målte OPN-signaler kunne bekræftes. Den systematiske sammenligning af proteinniveauer kvantificeret ved disse to teknikker afslørede varierende korrelationer (median 0,38, IQR: 0,08-0,64). For OPN blev der rapporteret en korrelationskoefficient på 0,51. En lignende sammenligning af endnu flere proteomikplatforme rapporterede også en bred vifte af korrelationer mellem målinger [27]. Forskelle i påvisningen af ​​genetiske signaler kunne således ikke kun skyldes forskelle i kraft, men også ved tekniske, protein- og variantegenskaber. På tværs af platforme er eventuelle sammenligningsresultater derfor vanskelige, og metaanalyser kan føre til forkerte slutninger.

rs10011284; 4:88833389 (SPP1/MEPE intergenic)

Indekset SNP rs10011284 (MAF=0.43) for det første locus på kromosom 4 kortlægger mellem SPP1- og MEPE-generne. Hvorvidt denne variant eller en anden er den årsagsvariant, der ligger til grund for den observerede sammenhæng, forbliver uklart, da resultater fra statistisk finkortlægning er inkonklusive. Ikke desto mindre, ved aggregering af sjældne varianter, viste SPP1, genet der koder for proteinet OPN, en signifikant association drevet af en splejsningssted-variant. Eventuelle fejl, der opstår under splejsningsprocessen, kan føre til falsk intronfjernelse, hvilket forårsager ændringer i den åbne læseramme. Til gengæld kan dette enten føre til dannelsen af ​​et for tidligt stopkodon og et forkortet protein eller mere sandsynligt til en hurtigere mRNA-nedbrydning kaldet nonsens-medieret henfald [28]. Varianten, der driver denne association ved SPP1, en splejsningssted-variant (rs139555315, 4:88901197, MAF=1.54E- 03), blev rapporteret at være forbundet med pædiatrisk systemisk lupus erythematosus [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 polymorfi med urolithiasis [40].

OPN udskilles for det meste, men en intracellulær form er også blevet rapporteret [41]. Ved brug af revers-transkription-PCR blev OPN fundet at blive udtrykt i normale humane voksne nyrer, yderligere immunhistokemiske analyser og in situ hybridisering viste, at OPN-ekspression var begrænset til de distale indviklede og lige tubuli i nyrebarken og medulla i abenyrer [42]. Ved at se på GTEx-vævsekspressionsdata blev der påvist en positiv kolokalisering af OPN-associeringssignalet ved SPP1 med bugspytkirtelvæv. Dette er i tråd med resultater i litteraturen, hvor OPN er blevet foreslået at have en rolle i type 2-diabetes. En undersøgelse udført af Cai et al. undersøgte en diabetisk musemodel SUR1-E1506K+/+ og øer fra humane donorer og var i stand til at påvise, at i øer fra humane kadaverdonorer var OPN-genekspression forhøjet i diabetiske øer, og eksternt tilsat OPN øgede glukosestimuleret signifikant insulinsekretion fra diabetiske, men ikke normale glykæmiske donorer [43]. Mange andre undersøgelser har også undersøgt OPNs rolle i bugspytkirtelkræft, her blev OPN fundet at være en prognostisk markør, der forbinder højere niveauer med dårlig overordnet prognose hos patienter [44].

MEPE (Matric Extracellular PhosphoglycoprotEin) er genet, der koder for det udskilte cal cium-bindende phosphoprotein MEPE. Et fælles træk ved SIBLING-proteiner er det sure serine-aspartatrige MEPE-associerede motiv (ASARM), som er involveret i reguleringen af ​​mineralisering, knogleomsætning, mekanotransduktion, fosfat og energimetabolisme [45]. ASARM-motivet er også bindeleddet mellem SIBLINGs og FGF23 og er derved en del af det fysiologiske knogle-nyre-link [45]. MEPE er involveret i reguleringen af ​​fosfathomeostase af nyre og tarm [46,47]. Kolokalisering af det OPN-associerede signal ved MEPE fører til påvisning af en forbindelse med lungevæv. Hidtil er der rapporteret en forbindelse mellem flere medlemmer af SIBLING-familien med lungekræft, men en sikker forbindelse mellem MEPE og lunge er ikke blevet lavet før [48]. Da der er flere transkriptvarianter kendt på grund af alternativ splejsning, kan en forbindelse mellem MEPE og lunge ikke udelukkes og kan tilbyde mulige forskningsområder i fremtiden. Resultater fra vores kolokaliseringsanalyse ved hjælp af GeneAtlas peger mod en sammenhæng mellem MEPE og knoglelidelse. Sygdomme forbundet med MEPE er osteomalaci og autosomal-dominant hypofosfatemisk rakitis, der understøtter denne forbindelse mellem MEPE og knoglelidelser [49]. En anden fænotype, der tilsyneladende er relateret til rs10011284, er gigt. Denne association er højst sandsynligt drevet af ABCG2, som er placeret i nærheden af ​​SPP1 og MEPE og er et af de bedst beskrevne urinsyretransportgener til dato [19,50].