まれな機能的心保護apoc3バリアントは、異なる集団分離株で頻度が上昇しています| 自然通信

まれな機能的心保護apoc3バリアントは、異なる集団分離株で頻度が上昇しています| 自然通信

Anonim

科目

  • 心血管疾患
  • まれな亜種

抽象

孤立した集団は、次世代の関連研究を通じて、複雑な形質に関連するまれな変動の識別を可能にしますが、そのような発見の一般化可能性は不明のままです。 ここでは、脂質特性に関連する機能的なコーディングバリアントを探して、Illumina HumanExome Beadchipで分離されたギリシャ人集団から1, 267人の遺伝子型を特定しました。 AP193の機能的変異体である R19X と高密度リポタンパク質の増加およびトリグリセリドレベルの減少との関連性について、ゲノムワイドな重要な証拠が見つかりました。 個人の約3.8%は、以前はアーミッシュの創始者集団にプライベートであると考えられていたこの心臓保護バリアントのヘテロ接合体です。 R19Xは、ヨーロッパの非近交系集団ではまれです(頻度<0.05%)。 R19Xの頻度の増加により、小さなサンプルサイズでこの脂質特性シグナルをゲノム全体で有意に発見できます。 この研究は、高い医学的関連性を持つ譲渡可能な希少変異体の関連性の検出に成功した孤立した集団の価値を例示しています。

前書き

心血管疾患および代謝性疾患の増大する負担は、健康経済学および社会的意味を増大させています。 血中脂質レベルは、心代謝性疾患のエンドポイントに強く関連する測定可能な指標です。 遺伝的関連研究は、ここ数年で、ボディマス指数、脂質レベル、血圧など、臨床的に重要な特性の根底にある要因の理解を大幅に強化しました。 分離された集団は、表現型、環境、および遺伝的異質性の低下を特徴とするため、複雑な形質の遺伝的関連研究における有用なツールとして提案されています1 。 さらに、形質関連の対立遺伝子がより高い頻度にドリフトした可能性があるため、孤立した集団は、まれな変動2に焦点を当てた次世代の関連研究に力を与えることができます。 しかし、集団分離株で同定された新規の関連性の一般化可能性は議論の対象となっています。 分離株専用の変異体は、その特定の集団には非常に関連性がありますが、他の集団への伝達性は限られています。 たとえば、アーミッシュの高密度リポタンパク質(HDL)およびトリグリセリドレベルに関連していることが判明したヌル APOC3 バリアントR19Xは、利用可能なヨーロッパ系の非アーミッシュ個人では検出されなかったため、集団特異的であると見なされました時刻3のデータ。

低頻度でまれな変異体が複雑なヒト表現型において重要な役割を果たしているという実証的証拠が増えています。 イルミナHumanExome Beadchipは、エキソン変異体の役割を研究するための費用対効果の高いツールとして開発されており、インスリンの処理と分泌に影響する新しい遺伝子座の同定に適用されています4

心血管代謝関連の形質に関連する潜在的に機能的なコーディングバリアントを識別するために、アノギアとクレタ島の周辺のミロポタモス村に由来するギリシャの人口分離株からの1, 267人のエクソームチップジェノタイピングを実行します(HELIC(Hellenic Isolated Cohorts)MANOLIS(Minoan Isolates)研究、 //www.helic.org)。 ミロポタモスの村の住民は逸話的に高い寿命を示しています。 クレタンは心血管疾患による死亡率が低い5が 、その血清脂質は北欧人に匹敵する6, 7

AP193の機能的変異体である R19X とHDLの増加とトリグリセリドレベルの減少との間の関連性について、ゲノム規模の重要な証拠が見つかりました。 R19Xはヨーロッパの非近交系集団ではまれです(<0.05%の頻度)が、その頻度はMANOLISで1.9%に増加しました。これにより、小さなサンプルサイズでゲノム全体の有意性でこの脂質形質シグナルを発見できます。 この心保護変異体は、以前はアーミッシュの創始者集団にプライベートであると考えられていたため、我々の発見は集団分離株で発見された関連性の一般化可能性にさらに取り組んでいます。

結果

エクソームチップ全体の関連解析

MANOLIS研究(補足表S1)の1, 256人のエキソームチップデータを使用したHDLレベルの分析で、 CETPの 共通周波数陽性コントロールバリアントとの関連についてのゲノム規模の重要な証拠を見つけました(たとえば、rs1532624、 P = 1.1 ×10 -11 、尤度比検定)、複数の母集団にわたる関連性に関する確固たる証拠を獲得した、十分に確立されたHDL関連遺伝子座(図1;補足図S1;表1) 8, 9, 10, 11, 12 。 サンプルサイズが小さいにも関わらず、 APOC3の 機能的変異体との関連についてのゲノムワイドな重要な証拠が 見つかりました (rs76353203、R19X、 P = 4.6×10 -9 、尤度比検定)。これにより、形質分散の2.9%が説明されます(表2;図2)。 最も強いR19X変異体の関連性は、トリグリセリドレベルの低下と関連があり( P = 1.1×10 -11 、尤度比検定)、3.9%の特性分散を説明します(表2;図2)。 この明確な心保護効果は、> 60 mg dl -1 (参考文献13)として定義される二分された特性として、高HDLとの強い関連性で再現されます( P = 4.3×10 -10 ;表2、尤度比検定)。 年齢とともにマイナーアレル頻度(MAF)が増加する傾向が見られます(補足図S2)。 R19XとC反応性タンパク質(CRP)レベル、人体計測、血糖および血圧特性との関連性に関する証拠はなく、喫煙状態を調整する際にシグナルの減衰は観察されませんでした(表2;補足表S2)。 アーミッシュ3で最初のR19Xの発見につながった単一ヌクレオチドタンパク質(SNP)は、 DSCAML1 遺伝子(rs10892151)にあり、その創始者集団のR19Xと高度に相関していました( D = 1、 r 2 = 0.85)。 MANOLISコホートでは、2つのバリアントの相関性が低い( r 2 = 0.001)のに対し、考えられる4つのハプロタイプのうち3つのみが観察されています(対立遺伝子頻度が低いため D = 1)。

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MANOLISのHDLのゲノム規模の統計的関連の証拠。 P 値は、GEMMAソフトウェアで計算された尤度比検定から生成されます。

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フルサイズ表

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y 軸は、それぞれ非変換HDL( a )レベル(mmol l -1 )および自然対数変換トリグリセリド( b )レベル(mmol l -1 )を示しています。 HDL P = 4.65×10 -9およびトリグリセリド P = 1.10×10 -11 。 P 値は、GEMMAソフトウェアで計算された尤度比検定から生成されます。

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派生対立遺伝子であるT対立遺伝子は、アルギニン残基を APOC3 遺伝子の3つのコード転写産物すべてのエクソン2の停止コドンに変更します。 この位置に未熟停止コドンが導入されているということは、mRNA転写産物がセンスを介しない崩壊を受けやすく、翻訳されないことを意味します。

R19X頻度およびハプロタイプ分析

R19Xの頻度はMANOLISコホートでは1.9%ですが、NHLBIデータ(Exome Variant Server、NHLBI、// evs。)からの4, 924のヨーロッパ系エクソームでは非常にまれです(0.035%の頻度、T:3、C:8585)。 gs.washington.edu/EVS/(2013年2月にアクセス))、1, 000 Genome Projectデータには含まれていません14 。 R19Xマイナーアレルは、UK10K研究(//www.uk10k.org)(MAF = 0.05%)で3, 621の全ゲノム配列決定者のうち4人によって運ばれます。 R19X変異体を持つ個人は、マノリスと密接な関係にある傾向はなく、キャリアペアの97.3%が、アレイ全体で下降エクソームによって同一の対立遺伝子の≤10%を持っています(補足表S3)。

一般的なヨーロッパの人口におけるR19X変異体の年齢は3.0KYA(95%CI 0–9.0KYA) 15と推定されており、このクレタン分離株が確立される前にヨーロッパでこの変異体が低頻度で存在したという考えを支持します。 これをテストするために、UK10Kのローカルハプロタイプを調べたところ、T(停止)対立遺伝子を持つ4つの染色体が同じ〜700 kbハプロタイプ(〜200 kb-stop-〜500 kb)を共有していることがわかりました。この頻度から推定される対立遺伝子とその年齢。 MANOLISキャリアもすべて同じ〜400 kb下流ハプロタイプを共有し、これは〜500 kb UK10Kハプロタイプの〜400 kbと一致し、一部は地域全体を共有します。 また、アーミッシュTキャリアハプロタイプデータを調べたところ、アーミッシュもほぼ同じハプロタイプ(181 kb-stop-390 kb)を共有していることがわかりました(補足図S3)。 これらの発見は、R19XがMANOLISおよびアーミッシュ分離株の確立に先立ってヨーロッパで単一の最近の起源を持ち、遺伝的ドリフトにより2つの分離株で比較的高い頻度に上昇したことを示唆しています。

MANOLISコホートでR19X周りのハプロタイプ共有のパターンをより広く調べるために、Kong et alの 長距離フェージングアルゴリズムの適応を使用して、サンプルのペア間で染色体11に沿った最大ハプロタイプ同一性のストレッチを特定しました。 16孤立した集団から予想されるように、ハプロタイプの共有は広範であるため、ランダムにサンプリングされた染色体位置周辺の最大ハプロタイプ同一性のサイズの中央値は14.8 Mb(15.3 cM)です。 ただし、R19X付近では、ハプロタイプの共有は染色体上の他の場所よりも広範でなく、非保因者よりも保因者間でも大きくありません(Kolmogorov–Smirnov test P = 0.8; Supplementary Fig。S4)。 さらに、過剰な関連性が予想通りにリスク遺伝子座から指数関数的に減衰するため、不可解な関連性、下位構造、または遺伝的背景と保因者状態の拡張相関の証拠はありません(補足図S5)。 R19Xの周辺では、最大のハプロタイプアイデンティティのプロファイルは、系図学的に最も近い隣人の共通の祖先が平均4.1世代前に発生したモデルによってよく近似されています。 これは、cでの突然変異の年齢の下限を提供します。 25年の生成時間を想定した100年前。 興味深いことに、同じ頻度の他のバリアントの周辺では、より高いレベルの不可解な関連性があり(補足図S6)、これらは一般的に最近のものであることを示唆しています。

APOC3 バリアントと脂質特性との関連

APOC3 遺伝子座の機能的コーディング変異は、 トルコ人患者のトリグリセリドおよびHDLコレステロールレベル( Asn)に関連するいくつかの特性に以前から関与しています J.リピッド。 解像度 35、1431–1440(1994)。 "href = / articles / ncomms3872#ref17 aria-label ="リファレンス17 "data-track = click data-track-label = link> 17, 18、Lys)、中等度の高トリグリセリド血症に関連メキシコ起源の大家系。J。Lipid。Res。38、1833–1840(1997)。 " href = / articles / ncomms3872#ref19 aria-label = "リファレンス19" data-track = click data-track-label = link> 19, 20, 21 。 この遺伝子のプロモーターの変異体は、高トリグリセリド血症22, 23 、インスリン調節24, 25の変化、rs2542052の場合は血清APOC3レベルが低く寿命が長い26とも関連しています。 MANOLISコホートでは、rs2542052とHDLレベルの関連性に関する証拠は見つかりません( P = 0.76、尤度比検定)。

〜100, 000人の個人にわたるゲノムワイド関連研究の大規模なメタ分析も、共通周波数バリアント(rs964184)APOC3の51.5 kb上流とHDLおよびトリグリセリドレベル12の間の堅牢な関連を特定しました。 MANOLISコホートでは、rs964184とR19X( r 2 = 0.01、 D '= 0.34)の間の連鎖不平衡の証拠はほとんど見られません(補足表S4)。これらは同じ遺伝子座内の2つの異なるシグナルであることを示しています。 これは、条件分析によってさらにサポートされます(補足表S5)。

討論

この研究では、ギリシャのクレタ島から分離された新たに特徴づけられた集団を調べます。 ギリシャの分離株における我々の発見は、医学的関連の特性における低頻度変異体の関連の発見におけるエクソーム配列の有用性を示しています。 R19Xは、ゲノム全体の重要性で、HDLの増加とトリグリセリドレベルの低下に関連していることがわかります。 この研究は、 APOC3 遺伝子座の対立遺伝子構造に関する洞察を提供します。この遺伝子座では、ゲノムワイド関連研究により、共通の変異体が脂質特性と関連していることがわかりました(例:Teslovich et al .12)それは、分離株を研究することで実現できます。 R19X機能希少変異体は、この集団で頻度が〜2%に上昇し、小さなサンプルサイズでゲノム全体の重要性でこの脂質特性シグナルを発見できるようになりました。 ヨーロッパの非近交系集団で観察された効果サイズを検出するために80%の検出力を達成するために必要な同等のサンプルサイズは67, 000になります。 私たちの調査結果はさらに、遺伝子レベルとバリアントレベルの両方で集団分離株で発見された関連性の一般化可能性に対処しています。 R19Xバリアントも頻度が上昇しており、アーミッシュの創設者集団のHDLとの関連を示しています3 。 R19XのMANOLISおよびAmish 3集団分離株にわたる統計ベースの要約メタ分析により、合計サンプルサイズが約2, 700で、 P 値の合計が8.1×10 −32になります。 APOC3 R19Xは、私たちの知る限り、 以前は集団に 限定されていると考えられていた臨床的に重要なバリアントの最初の既知の例を構成しますが、実際には2つの独立した集団分離株で頻度が変動しており、高い臨床的関連性の特徴と強く関連しています。 複雑な疾患に関連する低頻度およびまれな変異体を検索する次世代関連研究は、集団分離株の研究によって大いに支援されます。

方法

肛門痛の人口歴

アノギアは、ギリシャのクレタ島にある地理的に孤立した山間の村です(人口4, 000人)。 イディ山に位置し、ミロポタモスの自治体の一部であり、さらに隔離された村が含まれています。 アノギアという名前は「上部地球」を意味し、村が位置する高度(740 m)を指します。 アノギアの住民は、クレタ島特有の決意、彼らの土地に対する大きな誇りを示し、古代の伝統を守ります。 1593年、和解は911人の市民に番号を付けました。 アノギアは、征服者に対する住民の抵抗で歴史的に有名です。 この村は、トルコ人によって1822年と1866年に2回、ドイツ人によって1944年に1回焼失したため、3回建設されました。 地元の方言は依然として古代ドリアン語の影響を強く受けています。

HELICコホートコレクション

HELIC-MANOLISコレクションは、アノギアと周辺のミロポタモス村に焦点を当てています。 この人口ベースのサンプルの募集は、主に村の医療センターで行われました。 すべての個人は17歳以上であり、ミロポタモス地域から少なくとも1人の親を持たなければなりませんでした。 この研究には、DNA抽出および実験室ベースの血液測定のための生物学的サンプル収集、およびインタビューベースのアンケート記入が含まれます。 収集された表現型には、人体測定および生体測定、臨床評価データ、生化学的および血液学的プロファイル、自己申告の病歴、人口統計、社会経済およびライフスタイル情報が含まれます。 生化学的測定は、酵素比色アッセイを使用して得られ、グルコース(ヘキソキナーゼ法)、総コレステロール(コレステロールオキシダーゼ–フェノールアミノフェナゾン法)、HDLコレステロール、トリグリセリド(グリセロール-3-リン酸オキシダーゼ-フェノールアミノフェナゾン)および鉄が含まれます。 インスリンおよびフェリチンは、免疫比濁法による化学発光およびCRPにより測定されました。 低密度リポタンパク質(LDL)-コレステロールレベルは、フリーデヴァルト式27に従って計算されました。 この研究はハロコピオ大学生命倫理委員会によって承認され、インフォームドコンセントは人間の被験者から得られました。

ジェノタイピングとQC

Infinium HumanExomeを使用してサンプルの遺伝子型を決定し、Illumina Genome Studio Gencallに続いてzCall 28を使用して遺伝子型を呼び出しました。 段階的な品質管理(QC)アプローチを実施しました。 簡単に言うと、呼び出し率が90%未満のサンプルとバリアントを除外して、GenCalledデータに対して初期プレフィルターを実行しました。 zCallより前のサンプルQCを実行しました。呼び出し率が98%未満または2つの異なるMAFしきい値(MAF 99%、MAF> 5%、Hardy Weinberg Equilibrium(HWE)< 0.00001)。 zCallに続いて、GenCalled遺伝子型を使用してバリアントQCを実行しました(呼び出し率<95%、HWE P <0.0001、クラスター分離スコア<0.4)。 次に、2つの異なるMAFしきい値(MAF <1%およびMAF≥1%)で実行された、民族性の外れ値または重複、呼び出し率が99%未満のサンプル、またはヘテロ接合性の外れ値であるサンプルを除くzCallデータでサンプルQCが実行されました)。 zCall呼び出し率が99%未満のバリアントを除外しました。 最終的なサンプルQCステップを適用して、多次元スケーリング結果であるMAF 100バリアントを再度調べました。 また、HWE P <0.0001のバリアントを除く最終HWEステップを適用しました。 合計1, 267個のサンプルと、単相ではない61, 638個のバリアントがQCに合格しました(補足表S1)。

形質変換と分析

特性値は、平均値から5標準偏差離れている場合は外れ値と見なされ、分析から除外されました。 また、トリグリセリドレベルが400 mg dl -1を超える個人のLDL値は除外されました。 自然対数変換を使用して正規化されたトリグリセリド、インスリン、CRP、フェリチンを除き、すべての表現型を直接分析しました。 年齢は逆正規化されました。 HDLが60 mg dl -1以上の場合、個人は高HDLであるとみなされ、低HDLはHDL <40 mg dl -1と定義されました。 個人間の関連性を説明する親族マトリックスを組み込んだGEMMA 29を使用して、特性関連分析を実行しました。 P 値は、尤度比検定を使用して生成されました。 親族行列は、エクソーム配列遺伝子型データを使用して生成されました。 HDLおよびトリグリセリドについては、MANOLISデータとPollin et alによって 報告された結果にわたって、Fisherの方法を使用して3者間メタ分析を実行しました。 3 (遺伝および表現型介入心臓研究のアーミッシュ個人809人、およびアーミッシュ家族石灰化研究のアーミッシュ個人698人)。

変異年齢を推定するためのハプロタイプ分析

UK10Kデータセットの4人の個人はそれぞれ、R19Xで1つのストップアレルを持っています。 MANOLISデータセットと重複するサイトのみを使用して、これらの個人および英国のデータセットからランダムに選択された20の個人から、バリアントの各側に1 Mbのハプロタイプを抽出しました。 対立遺伝子の頻度とこの頻度から推定される年齢(3.0 KYA、95%CI 0〜9.0 KYA)を考えると、同じ〜700 kbハプロタイプ(〜200 kb-stop-〜500 kb)を共有しました。 次に、同じ方法で、MANOLISのストップアレルを使用して48染色体のハプロタイプを構築しました。 イルミナHumanExome Beadchipデータからの53のSNPを持つ1つの主要な推定祖先ハプロタイプ(アーミッシュコホートの99 / 1, 870人(5.3%)で99 / 3, 740ハプロタイプ(2.6%)を占める)をUK10KとMANOLISの共有ハプロタイプと比較しました。 45のSNPが3つのデータセット間で共有されました。 アーミッシュハプロタイプは、少なくとも571 kb(181 kb-stop-390 kb、116, 520, 527–117, 091, 609)をHELICおよびUK10Kハプロタイプと共有します。 116, 973, 929と117, 100, 594の間のHELIC-UK10Kがハプロタイプを共有するアーミッシュデータにはSNPがなく、アーミッシュデータで利用可能な次のSNPは、ハプロタイプがUK10Kハプロタイプと異なることを示しています。 アーミッシュとHELIC-UK10Kの間で共有されるハプロタイプは、117, 091, 609を超えてある程度拡張される可能性があります。

最大のハプロタイプ共有の特定

個人間で拡張されたハプロタイプ共有のストレッチを識別するために、我々はKong らの 長距離フェージング法の修正を使用しました 。 16簡単に言えば、対象者の遺伝子型が擬似親からのメンデルの伝播と互換性があるように、対象者ごとにサンプルから他のペアを代理親として識別します。 低レベルのジェノタイピングエラー(ここでは1%)と組換え(ここでは、SNPの任意のペア間で疑似親の1つが変更できるように、細かいスケールのHapMap遺伝子マップ30に比例します)を考慮します。 Viterbiアルゴリズムを使用して最も可能性の高い親ペアパスを見つけ、共有ハプロタイプの長さを再構築します。 非公式には、アルゴリズムは、個人の2つの染色体のそれぞれについて、系図的に最も近い隣人を含む他のサンプルを見つけようとするものと考えることができます。 隔離された母集団では、このメソッドを使用して、サンプル内の不可解な関連性と層別化を検出できます。 分析は、関連性のレベルが低いものに限定されていました(

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<0.2; 32人がリスクバリアントの保因者である754人。 結果は

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<0.1)。

追加情報

この記事を引用する方法: Tachmazidou、I. et al。 まれな機能的な心臓保護 APOC3 バリアントは、異なる集団分離株で頻度が上昇しています。 Nat。 コミュニケーション。 4:2872 doi:10.1038 / ncomms3872(2013)。

アクセッションコード: HELIC-MANOLIS試験の遺伝子型データは、アクセッションコードEGAS00001000630でEuropean Genome-phenome Archive(EGA)に登録されています。 UK10K配列データは、アクセッションコードEGAS00001000108およびEGAS00001000090でEGAに寄託されています。

加入

GenBank / EMBL / DDBJ

  • EGAS00001000090
  • EGAS00001000108
  • EGAS00001000630

補足情報

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  1. 1。

    補足情報

    補足図S1〜S6、補足表S1〜S5および補足ノート1

コメント

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