Варіація послідовності ДНК в ACVR1C, що кодує рецептор активіну, подібну кіназі 7, впливає на жир у організмі
Анотація
Вступ
Відкриття генетичних варіантів, що захищають від хвороб, може визначити нові механізми захворювання та нові терапевтичні цілі (1). Наприклад, відкриття варіантів низькочастотного кодування в PCSK9, ANGPTL3 та APOC3, які знижують рівень ліпідів у крові та захищають від ішемічної хвороби серця, каталізували розробку нових препаратів для лікування ішемічної хвороби серця (2–10). Зараз інгібітори PCSK9 схвалені для лікування ІХС (4), тоді як інгібітори ANGPTL3 (7) та APOC3 (11) знаходяться в клінічній розробці.
Розподіл жиру в організмі сильно впливає на розвиток діабету 2 типу (12–14). У менделівському рандомізованому дослідженні 296 291 особин ми раніше виявили, що генетична схильність до збільшення розподілу жиру в черевній порожнині була пов'язана з підвищеним рівнем тригліцеридів, підвищенням артеріального тиску та підвищеним ризиком розвитку ішемічної хвороби серця, незалежно від загального ожиріння (12). Крім того, генетична схильність до збільшення розподілу жиру в черевній порожнині була сильно пов'язана з розвитком діабету 2 типу. Для кожного генетичного збільшення коефіцієнта талії та стегна на 1 SD з урахуванням ІМТ (WHRadjBMI) (показник розподілу жиру в організмі) ризик діабету 2 типу збільшився на 77% (12). Ці висновки були повторені в окремому менделівському рандомізованому дослідженні (14).
Ці результати припускають гіпотезу, що генетичні варіанти, що впливають на розподіл жиру в організмі, можуть також впливати на ризик діабету 2 типу (12). Тут ми перевіряємо цю гіпотезу, аналізуючи генетичні варіації у понад 400 000 осіб у Великобританії Biobank, щоб виявити нові генетичні варіанти, що знижують WHRadjBMI та захищають від діабету 2 типу. Нижче ми демонструємо, що варіанти, які, як передбачається, призводять до втрати функції гена ACVR1C, який кодує актинатиноподібну кіназу 7 (ALK7), впливають на розподіл жиру в організмі та захищають від діабету 2 типу.
Дизайн та методи дослідження
Вивчати дизайн
У нашому аналізі відкриття ми проаналізували зв'язок 614 042 варіантів кодування з WHRadjBMI у 405 569 осіб у Великобританії Biobank. Варіанти кодування були визначені як варіанти missense або варіанти, які, як передбачається, призведуть до втрати функції білка: 1) безглузді мутації, що призвели до раннього припинення білка, 2) мутації фреймового зсуву внаслідок вставки або делеції ДНК, або 2) сплайсинг мутації сайтів, що призводять до неправильно зрощеного білка. Були проаналізовані лише варіанти, обчислені з оцінкою якості (інформаційна оцінка)> 0,3. Поріг значущості визначався як P −8 (загальногеномна значимість), а аналіз проводився за допомогою програмного забезпечення PLINK2 (15). Ми повідомили про нові варіанти, як такі, що знаходяться на відстані більше однієї мегабази від раніше визначених локусів у Консорціумі генетичного дослідження антропометричних ознак (GIANT) (16). Ми повідомляли про варіанти, розташовані за межами локусу MHC, окремо від тих, що знаходяться в локусі MHC, оскільки варіанти всередині локусу MHC, як правило, позначають алелі ризику HLA і, таким чином, асоціюються з фенотипами через нерівновагу зв'язку з алелями HLA (17). Ми спробували відтворити асоціацію нових варіантів із WHRadjBMI, використовуючи дані Консорціуму GIANT, коли варіант був доступний в Консорціумі GIANT (16).
Після виявлення варіантів ACVR1C як суттєво асоційованих з WHRadjBMI, був проведений умовний аналіз для виявлення додаткових варіантів, суттєво асоційованих (P −8). У первинному аналізі 95978 пацієнтів з діабетом 2 типу та 646985 контрольних суб'єктів ми мали 80% потужності виявити мінімальне співвідношення шансів (АБО) 1,05 при Р -8. При незначній частоті алелів 1% ми мали 80% потужності для виявлення мінімального ефекту 0,1 SD для WHRadjBMI та АБО 1,10 для діабету 2 типу при P −8 .
Щоб оцінити загальну асоціацію варіацій ACVR1C з WHRadjBMI, ми об’єднали всі варіанти, використовуючи оцінку генного ризику, зважену квадратним коренем частоти алелів (оцінюючи середньозважений ефект варіантів ACVR1C на WHRadjBMI) (28). Щоб оцінити загальну асоціацію варіацій ACVR1C з діабетом 2 типу, ми об'єднали всі варіанти в оцінку генного ризику, зважену за зв'язком кожного варіанту з WHRadjBMI (29).
Для аналізу даних секвенування екзомів проводили логістичну регресію з урахуванням статі, п’яти основних компонентів походження та фіктивну змінну для кожної когорти, щоб оцінити асоціацію передбачуваних варіантів пошкодження з діабетом 2 типу. Оцінки MIGen були об’єднані з оцінками Консорціуму T2D-GENES з використанням метааналізу зворотної зваженої дисперсії з фіксованими ефектами.
Для феноменального дослідження асоціацій усі чотири варіанти ACVR1C були об’єднані в оцінку генного ризику в UK Biobank, як описано раніше (25,30). Для кожної людини у Великобританії Biobank варіанти ACVR1C, пов'язані з нижчим WHRadjBMI, зважувались за їх впливом на WHRadjBMI та підсумовувались. Зв'язок цієї оцінки генного ризику з 31 різним захворюванням у Великобританії Biobank та трьома метаболічними ознаками був перевірений за допомогою логістичної регресії з урахуванням віку, статі, 10 основних компонентів походження та фіктивної змінної для типу масиву, що використовується при генотипуванні. Хоча дослідницький через низьку кількість пацієнтів з певними захворюваннями (наприклад, 1 707 осіб, які страждають на рак шийки матки), ми провели цей аналіз, щоб виявити можливі несприятливі асоціації ACVR1C із захворюваннями, які можуть дозволити прогнозувати несприятливі ефекти фармакологічного інгібування ACVR1C.
Аналізи проводились із використанням версії R 3.2.3 (Проект статистичних обчислень R).
Результати
Широке асоціаційне дослідження з розподілу жиру в організмі у Великобританії Біобанк
Серед 405 569 учасників у Великобританії Biobank 54% були жінками, середній вік становив 57 років, а середнє співвідношення талії та стегон, виміряне при вступі, становило 0,87 (таблиця 1). Один SD у співвідношенні талії та стегон відповідав абсолютній зміні 0,09. При аналізі 614 012 варіантів кодування в UK Biobank не було виявлено жодних доказів геномної інфляції (λ 1,08) (Додаткова Рис. 1).
Вихідні характеристики учасників у Біобанку Великобританії
Ми виявили 16 низькочастотних варіантів (5%), пов'язаних із WHRadjBMI (Додаткова таблиця 3). Ми виявили 94 незалежних варіанти, включаючи варіанти у відомих локусах (додаткові дані). З 59 нових варіантів кодування 34 варіанти були доступні для реплікації в Консорціумі GIANT (16). Спостерігалася сильна кореляція у величині ефекту асоціації варіантів із WHRadjBMI у Великобританії Biobank та GIANT (R 2 = 0,87). Загалом 24 варіанти були незалежно пов'язані з WHRadjBMI в GIANT (P 0,05), лише 3 варіанти показали докази неоднорідності між оцінками в UK Biobank та GIANT, а решта 7 варіантів показують подібні оцінки асоціації у UK Biobank та GIANT (хоча ні досягнення значущості у GIANT) (Додаткова таблиця 4).