Genetika Osteopontin pada Pasien Penyakit Ginjal Kronis: Studi Penyakit Ginjal Kronis Jerman

Abstrak

Herbal Organik untuk Kesehatan Ginjal

Perkenalan

Osteopontin (OPN) yang dikodekan oleh gen SPP1 pertama kali dideskripsikan sebagai glikoprotein yang termasuk dalam keluarga SIBLING (Small Integrin-Binding LIgand N-linked Glycoprotein) pada tahun 1985 [1]. OPN diekspresikan dalam banyak jaringan seperti osteoblas, osteosit, odontoblas (berperan dalam mineralisasi dan resorpsi tulang [2,3]), makrofag, sel otot polos, dan sel endotel, namun juga dapat ditemukan di telinga bagian dalam, telinga bagian dalam, dan sel endotel. sistem saraf pusat, dan plasenta [1,2]. Meskipun OPN dapat dideteksi pada banyak tipe sel, OPN sebagian besar disintesis dan diekspresikan di jaringan ginjal. Produksi OPN dirangsang oleh banyak faktor termasuk hormon paratiroid, kalsitriol, kalsium, fosfat, dan sitokin. Protein dapat mengikat integrin melalui urutan peptida spesifik, motif asam arginin-glisin-aspartat (RGD), sehingga memungkinkan interaksi dengan berbagai jenis sel (melalui jalur faktor nuklir kappa B, [4,5]). Di ginjal, integrin dapat ditemukan di kapsul Bowman, epitel glomerulus, dan epitel pembuluh darah [6,7]. OPN disintesis di bagian tebal lengkung Henle dan tubulus distal [1,8].

Dalam ulasan Kaleta (2019), peran (pato)fisiologis OPN yang diketahui telah dibahas [1]. Berdasarkan tinjauan ini, peran fisiologis OPN pada ginjal belum sepenuhnya dipahami, namun dianggap penting untuk tubulogenesis [1]. SPP1 mRNA serta ekspresi protein OPN meningkat pada sebagian besar model tikus yang menderita penyakit ginjal dan ekspresi OPN yang tinggi berkorelasi dengan proteinuria, penurunan fungsi ginjal, dan fibrosis [1]. Satu studi mengidentifikasi berbagai polimorfisme di wilayah promotor SPP1 yang mempengaruhi aktivitas transkripsionalnya [9]. Di masa lalu, beberapa varian gen SPP1 spesifik telah dikaitkan dengan patogenesis dan perkembangan berbagai penyakit ginjal. Studi kasus-kontrol lainnya melaporkan varian spesifik pada gen SPP1 dikaitkan dengan pasien penyakit ginjal yang berbeda dibandingkan dengan kelompok kontrol (yang sehat): Misalnya, rs1126616 berulang kali dilaporkan sebagai penanda nefritis lupus dan nefropati imunoglobulin A [10– 14]. Sehubungan dengan nefropati diabetik, dua SNP di SPP1, rs11730582 dan rs17524488, telah dilaporkan [15,16]. Oleh karena itu, kami beralasan bahwa adanya penurunan fungsi ginjal mungkin merupakan tempat penelitian yang baik untuk lebih membangun pemahaman kita tentang dasar genetik tingkat OPN pada penyakit ginjal, karena beberapa mekanisme biologis mungkin diregulasi sehingga lebih mudah untuk dideteksi, yang mana hal ini telah terjadi. telah ditunjukkan sebelumnya [17-19]. Dalam Jing dkk. [19], misalnya, besarnya efek untuk lokus yang diketahui yang diidentifikasi dalam GWAS serum urat pada pasien CKD memiliki besaran yang sama atau lebih tinggi dibandingkan yang dilaporkan dari penelitian berbasis populasi. Studi Penyakit Ginjal Kronis Jerman (GCKD) terdiri dari sejumlah besar pasien CKD [20]. Selain data demografi dan klinis, tersedia data genetik serta pengukuran dasar OPN serum, yang memberikan pengaturan ideal untuk mengeksplorasi genetika OPN. Untuk tujuan ini, kami melakukan GWAS kadar OPN serum dalam studi GCKD

Hasil Deskripsi kumpulan analisis GCKD

Tabel 1 memberikan gambaran karakteristik dasar dari sejumlah variabel yang dipilih untuk kohort studi GCKD lengkap dan kumpulan analisis GWAS di mana peserta memiliki data lengkap mengenai genetika, pengukuran OPN serta perkiraan laju filtrasi glomerulus (eGFR), dan albumin urin. Rasio -to-kreatinin (UACR) disertakan (Gambar S1). Tidak ada perbedaan besar antara kelompok lengkap dan kumpulan analisis. Secara keseluruhan, rangkaian analisis GWAS dicirikan oleh proporsi 60% laki-laki dengan usia rata-rata 6{{10}},2 tahun (SD: 12.0) , dengan nilai median 46,0 mL/mnt/1,73m2 (p25: 37,0; p75: 57,0) untuk eGFR dan 50,2 mg/g (p25: 9,4; p75: 382,8) untuk UACR (Tabel 1). Di antara peserta yang disertakan, 35% memiliki prevalensi diabetes melitus, 16% adalah perokok aktif, dan 30% melaporkan riwayat penyakit kardiovaskular (CVD). Median kadar OPN pada kohort lengkap adalah 29,2 ng/mL (p25: 20,7; p75: 41,9; Tabel 1). Tingkat OPN meningkat rata-rata di seluruh kategori eGFR dan kategori UACR dari median 25,4 ng/mL untuk CKD stadium G1/2 menjadi 38,5 ng/mL untuk CKD stadium G4/5, serta dari nilai median OPN sebesar 25,6 ng/mL untuk UACR tahap A1 berarti nilai OPN sebesar 34,2 ng/mL untuk UACR tahap A3 (Gambar S2).

Studi asosiasi genom dan pemetaan halus

Kami melakukan GWAS untuk kadar OPN serum (transformasi log{0}}) menggunakan ~7,7 juta varian bi-alel autosomal berkualitas tinggi dari studi GCKD dengan frekuensi alel minor (MAF) �0,01 (S1 Meja). Plot kuantil-kuantil yang membandingkan nilai p yang diamati dan diharapkan dari OPN GWAS tidak menunjukkan inflasi (faktor inflasi λ=1.01), konsisten dengan tidak adanya kesalahan sistematis (Gambar S3). Secara keseluruhan, plot Manhattan mengungkapkan tiga wilayah genom yang signifikan terkait dengan tingkat 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)

Analisis kolokalisasi

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang mekanisme molekuler dan fenotip terkait yang mendasari sinyal asosiasi yang teridentifikasi untuk OPN, kami membandingkan pola hasil OPN GWAS di wilayah yang telah ditentukan dengan statistik ringkasan GWAS masing-masing dari tiga sumber lain menggunakan data manusia (lihat Bahan dan metode untuk detailnya). Pola yang sebanding mungkin menunjukkan dasar biologis yang sama.

Ekspresi gen. Pertama, kami melakukan analisis kolokalisasi statistik ringkasan OPN GWAS terkait dengan dua lokus yang direplikasi dengan statistik ringkasan GWAS yang sesuai dari ekspresi gen dalam cis menggunakan data dari proyek GTEx dan studi 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; Tabel S4). Proteom plasma. Selain itu, analisis kolokalisasi dilakukan menggunakan statistik ringkasan GWAS dari asosiasi SNP dalam cis dan trans dengan kadar ~3,000 protein plasma berbeda (pGWAS) yang dilaporkan oleh Sun et al. (Bahan dan Metode, [22]). Meskipun tidak ada kolokasi untuk ringkasan statistik GWAS OPN dan protein dalam cis, hasil pGWAS untuk 87 protein dari berbagai kelas protein ditemukan melakukan transkolokasi dengan hasil OPN GWAS untuk rs4253311 di KLKB1 (Tabel S5). Untuk sebagian besar hasil kolokalisasi

Gambar 3. Membandingkan ringkasan statistik dari kolokasi jaringan OPN GWAS dan GTEx: (A) MEPE: OPN dan jaringan paru-paru (H4: p12=0.99), (B) SPP1: OPN dan pankreas (H4: p{{ 6}}.85); (C) F11: OPN dan arteri tibialis (H4: P12=0.98). Kiri: plot sebar yang membandingkan nilai p asosiasi dari kedua sumber terhadap satu sama lain (skala -log10). Kanan atas: Hasil OPN GWAS untuk wilayah yang diminati. Kanan bawah: Hasil GTEx GWAS untuk wilayah kepentingan masing-masing organ. Warna mencerminkan korelasi LD (r2) menggunakan populasi 1000G EUR sebagai referensi.

(60/87, 69%), arah efek OPN dan protein sejalan, yaitu fakta bahwa KKS teraktivasi terlibat dalam berbagai proses, seperti peradangan, kanker, penyakit kardiovaskular, serta (patho )peran fisiologis dalam ginjal dan sistem saraf pusat. Untuk protein yang dipetakan 86, analisis pengayaan Gene Ontology (GO) dilakukan untuk menilai apakah gen penyandinya diperkaya dalam hal mewakili komponen seluler dan fungsi molekul tertentu (Bahan dan metode, Tabel S6). Karena struktur daftar referensi yang hierarkis, istilah-istilah yang terlibat sebagian bergantung satu sama lain, menunjukkan misalnya tumpang tindih fungsi molekuler yang diregulasi serta aktivitas hormon dan reseptor yang diregulasi (Gambar S9).

Penyakit Biobank Inggris (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), sinyal asosiasi independen kedua untuk masing-masing sifat penyakit di UKB terdeteksi. Kami kemudian melakukan analisis kolokalisasi tambahan berdasarkan statistik asosiasi bersyarat yang diperoleh dan mengidentifikasi kolokalisasi positif antara sinyal asosiasi OPN di rs4253311 di lokus KLKB1 dan rs1593 untuk trombosis vena dalam (DVT; H4: p12=0.96; S7 Tabel dan Gambar S10). Dalam GeneAtlas GWAS DVT, alel utama rs1593 (A, frekuensi alel=0.87) dikaitkan dengan risiko DVT yang lebih tinggi (OR=1.2, nilai p 2.4e{{ 18}}), seperti alel mayor rs4253311 (alel mayor: G, frekuensi alel=0.51, OR=1.13, nilai p=2.6e{{27 }}).