พันธุศาสตร์ของ Osteopontin ในผู้ป่วยโรคไตเรื้อรัง: การศึกษาโรคไตเรื้อรังของเยอรมัน

เชิงนามธรรม

สมุนไพรออร์แกนิกเพื่อสุขภาพไต

การแนะนำ

Osteopontin (OPN) ที่เข้ารหัสโดยยีน SPP1 ได้รับการอธิบายครั้งแรกว่าเป็นไกลโคโปรตีนที่อยู่ในตระกูล SIBLING (Small Integrin-Binding LIgand N-linked Glycoprotein) ในปี 1985 [1] OPN แสดงออกในเนื้อเยื่อจำนวนมาก เช่น เซลล์สร้างกระดูก, เซลล์สร้างกระดูก, odontoblasts (มีบทบาทในการสร้างแร่ธาตุและการสลายกระดูก [2,3]) มาโครฟาจ, เซลล์กล้ามเนื้อเรียบ และเซลล์บุผนังหลอดเลือด แต่ยังสามารถพบได้ในหูชั้นใน ระบบประสาทส่วนกลาง และรก [1,2] แม้ว่า OPN จะสามารถตรวจพบได้ในเซลล์หลายประเภท แต่จะมีการสังเคราะห์และแสดงออกเป็นส่วนใหญ่ในเนื้อเยื่อไต การผลิต OPN ถูกกระตุ้นโดยปัจจัยหลายประการ เช่น ฮอร์โมนพาราไธรอยด์ แคลซิไตรออล แคลเซียม ฟอสเฟต และไซโตไคน์ โปรตีนสามารถจับอินทิกรินผ่านลำดับเปปไทด์จำเพาะ ซึ่งเป็นกรดอาร์จินีน-ไกลซีน-แอสปาร์ติก (RGD) ทำให้มีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ประเภทต่างๆ ที่เป็นไปได้ (ผ่านทางปัจจัยนิวเคลียร์คัปปา B วิถีทาง [4,5]) ในไต สามารถพบได้ในแคปซูลของ Bowman, เยื่อบุผิวไต และเยื่อบุหลอดเลือด [6,7] OPN ถูกสังเคราะห์ขึ้นในแขนขาที่ขึ้นหนาของห่วง Henle และท่อส่วนปลาย [1,8]

ในการทบทวนโดย Kaleta (2019) มีการพูดคุยถึงบทบาททางสรีรวิทยา (พยาธิ) ที่ทราบของ OPN [1] จากการทบทวนนี้ บทบาททางสรีรวิทยาของ OPN ในไตยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ แต่ได้รับการเสนอแนะว่ามีความสำคัญต่อการเกิด tubulogenesis [1] SPP1 mRNA และการแสดงออกของโปรตีน OPN ได้รับการยกระดับในหนูทดลองส่วนใหญ่ของโรคไต และการแสดงออกของ OPN สูงมีความสัมพันธ์กับภาวะโปรตีนในปัสสาวะ การทำงานของไตลดลง และการเกิดพังผืด [1] การศึกษาชิ้นหนึ่งระบุถึงความหลากหลายต่างๆ ในภูมิภาคโปรโมเตอร์ SPP1 ที่ส่งผลต่อกิจกรรมการถอดรหัส [9] ในอดีต ยีน SPP1 ที่เฉพาะเจาะจงหลายสายพันธุ์มีความเกี่ยวข้องกับการเกิดโรคและการลุกลามของโรคไตต่างๆ การศึกษาแบบควบคุมเฉพาะกรณีอื่น ๆ ที่รายงานเกี่ยวกับตัวแปรเฉพาะในยีน SPP1 ที่เกี่ยวข้องกับผู้ป่วยโรคไตที่แตกต่างกันเมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม (ที่ดีต่อสุขภาพ): ตัวอย่างเช่น มีการรายงาน rs1126616 ซ้ำ ๆ ว่าเป็นตัวบ่งชี้สำหรับโรคไตอักเสบลูปัสและอิมมูโนโกลบูลิน A nephropathy [10– 14]. ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับโรคไตโรคเบาหวาน มีการรายงาน SNP ทั้งสองใน SPP1, rs11730582 และ rs17524488 [15,16] ดังนั้นเราจึงให้เหตุผลว่าการมีอยู่ของการทำงานของไตที่ลดลงอาจเป็นตัวแทนของการตั้งค่าการศึกษาที่ดีเพื่อสร้างความเข้าใจของเราเพิ่มเติมเกี่ยวกับรากฐานทางพันธุกรรมของระดับ OPN ในโรคไต เนื่องจากกลไกทางชีววิทยาบางอย่างอาจถูกควบคุมและทำให้ตรวจพบได้ง่ายขึ้น ซึ่งมี แสดงก่อน [17–19] ในจิงและคณะ [19] ตัวอย่างเช่น ขนาดของผลกระทบสำหรับตำแหน่งที่ทราบที่ระบุใน GWAS ของซีรั่มยูเรตในผู้ป่วยโรคไตวายเรื้อรังนั้นมีขนาดใกล้เคียงกันหรือสูงกว่าที่รายงานจากการศึกษาตามประชากร การศึกษาโรคไตเรื้อรังของเยอรมัน (GCKD) ประกอบด้วยผู้ป่วยโรคไตวายเรื้อรังจำนวนมาก [20] นอกจากข้อมูลประชากรและข้อมูลทางคลินิกแล้ว ยังมีข้อมูลทางพันธุกรรมตลอดจนการวัดพื้นฐานของซีรั่ม OPN ซึ่งเป็นสถานที่ที่เหมาะสมอย่างยิ่งในการสำรวจพันธุกรรมของ OPN เพื่อจุดประสงค์นี้ เราได้ดำเนินการ GWAS ของระดับ OPN ในซีรั่มในการศึกษา GCKD

คำอธิบายผลลัพธ์ของชุดการวิเคราะห์ GCKD

ตารางที่ 1 ให้ภาพรวมของคุณลักษณะพื้นฐานของตัวแปรจำนวนหนึ่งที่เลือกสำหรับกลุ่มการศึกษา GCKD ที่สมบูรณ์และชุดการวิเคราะห์ GWAS ซึ่งผู้เข้าร่วมที่มีข้อมูลครบถ้วนเกี่ยวกับพันธุกรรม การวัด OPN รวมถึงอัตราการกรองของไตโดยประมาณ (eGFR) และอัลบูมินในปัสสาวะ อัตราส่วน -ต่อครีเอตินีน (UACR) รวมอยู่ด้วย (รูปที่ S1) ไม่มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกลุ่มประชากรตามรุ่นทั้งหมดและชุดการวิเคราะห์ โดยรวมแล้ว ชุดการวิเคราะห์ GWAS มีลักษณะเฉพาะด้วยสัดส่วนของผู้ชาย 60% และอายุเฉลี่ย 6{{10}}.2 ปี (SD: 12.0) โดยมีค่ามัธยฐานอยู่ที่ 46.0 มล./นาที/1.73 ลูกบาศก์เมตร (p25: 37.0; p75: 57.0) สำหรับ eGFR และ 50.2 มก./กรัม (p25: 9.4; p75: 382.8) สำหรับ UACR (ตารางที่ 1) ในบรรดาผู้เข้าร่วมที่รวมไว้นั้น 35% เป็นโรคเบาหวานที่แพร่หลาย 16% เป็นผู้สูบบุหรี่ในปัจจุบัน และ 30% รายงานประวัติของโรคหลอดเลือดหัวใจ (CVD) ค่ามัธยฐานของระดับ OPN ในกลุ่มทั้งหมดคือ 29.2 ng/mL (p25: 20.7; p75: 41.9; ตารางที่ 1) ระดับของ OPN เพิ่มขึ้นโดยเฉลี่ยในประเภท eGFR และประเภท UACR จากค่ามัธยฐานที่ 25.4 ng/mL สำหรับ CKD ระยะ G1/2 เป็น 38.5 ng/mL สำหรับ CKD ระยะ G4/5 รวมถึงจากค่ามัธยฐาน OPN ที่ 25.6 ng/mL สำหรับ UACR ระยะ A1 หมายถึงค่า OPN ที่ 34.2 ng/mL สำหรับ UACR ระยะ A3 (รูปที่ S2)

การศึกษาความสัมพันธ์ทั่วทั้งจีโนมและการทำแผนที่อย่างละเอียด

เราทำ GWAS สำหรับระดับ OPN ในซีรั่ม (บันทึก {{0}} แปลง) โดยใช้ตัวแปรอัลลีลไบอัลลีลิกคุณภาพสูง ~ 7.7 ล้าน ~ 7.7 ล้านของการศึกษา GCKD ที่มีความถี่อัลลีลรอง (MAF) ที่ 0.01 (S1 โต๊ะ). พล็อตควอนไทล์-ควอนไทล์เปรียบเทียบค่า p-value ที่สังเกตได้และที่คาดไว้จาก OPN GWAS ไม่ได้บ่งชี้อัตราเงินเฟ้อ (ปัจจัยเงินเฟ้อ แล=1.01) ซึ่งสอดคล้องกับการไม่มีข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบ (รูปที่ S3) โดยรวมแล้ว พล็อตเรื่องแมนฮัตตันเผยให้เห็นบริเวณที่มีนัยสำคัญทั่วทั้งจีโนมสามแห่งที่เกี่ยวข้องกับระดับ OPN (p-value<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)

การวิเคราะห์การจัดระเบียบ

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกระดับโมเลกุลและฟีโนไทป์ที่เกี่ยวข้องซึ่งอยู่ภายใต้สัญญาณการเชื่อมโยงที่ระบุสำหรับ OPN เราเปรียบเทียบรูปแบบของผลลัพธ์ OPN GWAS ในภูมิภาคที่กำหนดไว้ล่วงหน้ากับสถิติสรุป GWAS ตามลำดับจากแหล่งอื่นสามแหล่งโดยใช้ข้อมูลของมนุษย์ (ดูวัสดุและวิธีการเพื่อดูรายละเอียด) รูปแบบที่เปรียบเทียบกันอาจบ่งบอกถึงพื้นฐานทางชีววิทยาทั่วไป

การแสดงออกของยีน อันดับแรก เราทำการวิเคราะห์การรวมกลุ่มของสถิติสรุป OPN GWAS ที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งที่จำลองแบบสองตำแหน่งด้วยสถิติสรุป GWAS ที่สอดคล้องกันของการแสดงออกของยีน ใน cis โดยใช้ข้อมูลจากโครงการ GTEx และการศึกษา 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; ตาราง S4) พลาสมาโปรตีโอม นอกจากนี้ การวิเคราะห์การจัดกลุ่มได้ดำเนินการโดยใช้สถิติสรุป GWAS ของการเชื่อมโยง SNP ใน cis และใน ทรานส์ ด้วยระดับ ~ 3, 000 โปรตีนพลาสมาที่แตกต่างกัน (pGWAS) รายงานโดย Sun และคณะ (วัสดุและวิธีการ [22]) แม้ว่าจะไม่มีการจัดกลุ่มร่วมกันสำหรับสถิติสรุปของ GWAS ของ OPN และโปรตีนใน cis แต่พบว่าผลลัพธ์ pGWAS สำหรับโปรตีน 87 รายการจากคลาสโปรตีนต่างๆ พบว่ามีการทรานส์ colocalize ด้วยผลลัพธ์ OPN GWAS สำหรับ rs4253311 ที่ KLKB1 (ตาราง S5) สำหรับผลลัพธ์การรวมตัวกันเป็นส่วนใหญ่

รูปที่ 3 การเปรียบเทียบสถิติสรุปจากการรวมกลุ่มของเนื้อเยื่อ OPN GWAS และ GTEx: (A) MEPE: OPN และเนื้อเยื่อปอด (H4: p12=0.99), (B) SPP1: OPN และตับอ่อน (H4: p{{ 6}}.85); (C) F11: OPN และหลอดเลือดแดงหน้าแข้ง (H4: P12=0.98) ซ้าย: พล็อตกระจายเปรียบเทียบค่า p ของการเชื่อมโยงจากทั้งสองแหล่งเทียบกับกัน (สเกล -log10) มุมขวาบน: ผลลัพธ์ OPN GWAS สำหรับภูมิภาคที่สนใจ ล่างขวา: ผลลัพธ์ GTEx GWAS สำหรับบริเวณที่สนใจของอวัยวะที่เกี่ยวข้อง สีสะท้อนถึงความสัมพันธ์ของ LD (r2) โดยใช้ประชากร 1,000G EUR เป็นข้อมูลอ้างอิง

(60/87, 69%) ทิศทางผลของ OPN และโปรตีนสอดคล้องกัน ซึ่งเป็นเพราะข้อเท็จจริงที่ว่า KKS ที่ถูกกระตุ้นนั้นเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่หลากหลาย เช่น การอักเสบ มะเร็ง โรคหัวใจและหลอดเลือด ตลอดจน (พยาธิสภาพ )บทบาททางสรีรวิทยาในไตและระบบประสาทส่วนกลาง สำหรับโปรตีนที่แมป 86 การวิเคราะห์การเสริมสมรรถนะของยีน Ontology (GO) ได้ดำเนินการเพื่อประเมินว่ายีนที่เข้ารหัสของพวกมันได้รับการเสริมสมรรถนะในแง่ที่แสดงถึงส่วนประกอบของเซลล์เฉพาะและฟังก์ชันของโมเลกุลหรือไม่ (วัสดุและวิธีการ ตาราง S6) เนื่องจากโครงสร้างลำดับชั้นของรายการอ้างอิง คำที่เกี่ยวข้องจึงบางส่วนขึ้นอยู่กับแต่ละคำ เช่น หน้าที่ของโมเลกุลที่มีการควบคุมที่ทับซ้อนกัน เช่นเดียวกับกิจกรรมของฮอร์โมนและตัวรับที่ได้รับการควบคุม (รูปที่ S9)

โรคของสหราชอาณาจักร 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) สัญญาณการเชื่อมโยงอิสระที่สองสำหรับลักษณะโรคที่เกี่ยวข้องใน UKB ถูกตรวจพบ จากนั้นเราทำการวิเคราะห์การจัดระเบียบเพิ่มเติมตามสถิติการเชื่อมโยงแบบมีเงื่อนไขที่ได้รับ และระบุการจัดระเบียบเชิงบวกระหว่างสัญญาณการเชื่อมโยง OPN ที่ rs4253311 ที่ KLKB1 locus และ rs1593 สำหรับการเกิดลิ่มเลือดอุดตันในหลอดเลือดดำลึก (DVT; H4: p 12=0.96; S7 ตารางและรูป S10) ใน GeneAtlas GWAS ของ DVT อัลลีลหลักของ rs1593 (A, ความถี่อัลลีล=0.87) มีความสัมพันธ์กับความเสี่ยงที่สูงขึ้นสำหรับ DVT (OR=1.2, p-value 2.4e{{ 18}}) เช่นเดียวกับอัลลีลหลักของ rs4253311 (อัลลีลสำคัญ: G, ความถี่อัลลีล=0.51, OR=1.13, ค่า p=2.6e{{27 }})