单核苷酸多态性被GWAS影响哮喘的风险通过DNA甲基化和表达cis-genes在气道上皮细胞
- Soyeon金1,2,6,
- 埃里克《1,2,6,
- 漆1,2,
- 耶鲁大学江1,3,
- 荣张4,
- Nadia Boutaoui1,2,
- 埃德娜Acosta-Perez5,
- Glorisa Canino5,
- 魏陈1,2,7和
- 胡安·c·青瓷1,2,7⇑
- 1小儿肺药,UPMC匹兹堡儿童医院,匹兹堡大学,匹兹堡,美国宾夕法尼亚州
- 2医学院的儿科部门,匹兹堡大学,匹兹堡,美国宾夕法尼亚州
- 3医学院,清华大学,北京,中国
- 4部门的统计,匹兹堡大学,匹兹堡,美国宾夕法尼亚州
- 5波多黎各大学行为科学研究所,波多黎各的圣胡安
- 6共同第一作者
- 7共享的高级作者
- 胡安·c·青瓷的小儿肺药,UPMC匹兹堡儿童医院,4401年宾夕法尼亚大道,匹兹堡,PA 15224,美国。电子邮件:juan.celedon在}{chp.edu
文摘
许多asthma-susceptibility snp与遥远的cis-genes在气道上皮的表达通过DNA甲基化(AE)。超过40%的基因的表达等AE与单核苷酸多态性差异表达在过敏性哮喘。http://bit.ly/2L1rnIk
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在过去12年里,许多全基因组关联研究(GWAS)进行确定哮喘易感性变体(1- - - - - -5]。跨国哮喘遗传财团(TAGC)最近进行了一项大型GWAS的荟萃分析3),识别878个单核苷酸多态性(snp)与哮喘相关的18个位点。这种联系的机制在很大程度上是未知的但可能包括对基因表达的影响,改变气道上皮的完整性和功能。
研究支气管气道上皮细胞,而理想,需要一个支气管镜检查。DNA甲基化和基因表达在鼻腔上皮与那些在支气管上皮,因此抽样鼻上皮细胞提供了一个更安全、更可行的选择抽样的支气管上皮细胞气道上皮的“组学”研究和哮喘(6]。
我们提出,snp TAGC荟萃分析确定的哮喘(迄今为止被称为“TAGC snp”)影响气道上皮细胞的基因表达,,DNA甲基化将调解的一些TAGC snp对基因表达的影响。我们测试这些假设使用基因组DNA甲基化,在鼻(气管)上皮和RNA-sequencing数据来自波多黎各的儿童和青少年:一组不成比例地影响哮喘(7]。
表观遗传变异和儿童哮喘的波多黎各人研究(EVA-PR)是一个病例对照研究哮喘的波多黎各人9-20岁(7),我们评估了全基因组基因型(使用HumanOmni2.5 BeadChip平台,Illumina公司,圣地亚哥,美国),和全基因组DNA甲基化(使用HumanMethylation450 BeadChip, Illumina公司)和RNA序列(使用Illumina公司NextSeq 500平台)在鼻腔上皮,如前所述[7]。单核苷酸多态性和RNA-seq数据可供我们的表达式(eQTL)数量性状分析在477例(n = 228),没有哮喘(n = 249)。我们分析了独联体-eQTL由于有限的权力反式-eQTL分析。质量控制后,我们测试了869个snp和471年独联体基因转录起始点的(其(TSS)位于< 1 Mb的SNP),包括855 SNPs-gene对。我们确认1150 SNP-gene表达协会418个snp和55个基因位于9个位点(错误发现率(罗斯福)p < 0.05)。我们表示这些snp eQTL SNPs和这些基因作为“eQTL基因”。
46个基因在GWAS的TAGC荟萃分析报告“附近”(定义为基因SNP所在地和前一个和后一个基因;基因间的单核苷酸多态性,因为前一个和后一个基因)18铅单核苷酸多态性(3),只有五个鼻上皮中表达水平明显与铅有关单核苷酸多态性分析。此外,188年asthma-susceptibility snp (p < 10−8全基因组关联目录()8),只有9与邻近基因的表达在我们有关eQTL分析。
然后我们评估每个eQTL SNP的位置相对于他们的基因配对。如果一个SNP与多个基因的表达有关,它被认为是为每一个相关的基因。只有31岁的1150个snp(2.7%)位于一个基因(图1一个)。之间的平均距离eQTL SNPs和TSS的成对基因为232 450个基点(图1 b),这表明大部分的snp的利益调节基因的表达独联体但不是“附近”。
接下来,我们评估是否eQTL snp位于增强器区域,已知调节遥远的基因的表达。我们使用增强剂及其在肺组织目标基因www.enhanceratlas.org,发现五我们的418 eQTL snp是位于增强器区域的9个目标基因。有趣的是,所有这些目标基因在GWAS之前,确认为asthma-susceptibility基因等HLA基因(9),GSDMB(4]MED24(10),STARD3(10),SLC22A5(5]。我们的研究结果与之前的研究,表明单核苷酸多态性可以影响哮喘通过调节遥远的疾病易感性基因的表达,可能是通过调节增强活动。
我们分析RNA-sequencing数据从157例过敏性哮喘(最常见的儿童哮喘)和101年non-atopic non-asthmatic控制,发现24个鼻上皮55 eQTL基因的差异表达(DE)在过敏性哮喘(全基因组罗斯福p < 0.05)。这样的德基因包括10基因之前报道的GWAS哮喘(HLA-DRB1、HLA-DQA1 ERBB2, PGAP3, IL33, NDFIP1, MICB, DEXI [2],hla dq, SLC22A5 [5])和14个基因不是之前报道,可能是因为每个SNP和asthma-susceptibility报道基因之间的距离。
鉴于TAGC snp与DNA甲基化的程度在鼻上皮,我们测试了单核苷酸多态性是否通过甲基化调节基因的表达。中介效应进行Sobel测试后,我们确定了12 035三人小组重要的中介效应(p < 0.05),包括罗斯福4571年SNP-gene表达对。的418 eQTL SNPs, 366(88%)通过甲基化与基因表达(图1 c)。此外,我们发现91额外TAGC snp与仅仅通过间接影响甲基化的基因表达。因此,509年(59%)的869年TAGC snp监管独联体基因表达在鼻腔上皮(直接或间接),和大多数(89.8%)的这些snp监管通过DNA甲基化表达(图1 d)。
114个基因的表达是通过甲基化与单核苷酸多态性,54(47.4%)也与过敏性哮喘(全基因组罗斯福p < 0.05)。例如,数据HLA-DQA2所示图1 e。通过中介分析,我们确定了30个额外基因在过敏性哮喘,其中一些已经在GWAS之前报道(IKZF3(1,11),PSORS1C3(11),ORMDL3(12),而IL1RL1(3])。我们还发现了新的基因:C3和C5已经与过敏性哮喘(13),C2没有;和SHROOM1与结节病有关儿童(14),但不与哮喘。
通过eQTL和中介分析,我们确定了64年德基因直接和/或间接与TAGC单核苷酸多态性有关。我们测试是否在过敏性哮喘基因DE EVA-PR也差异表达72年一群黑人孩子有无过敏性哮喘、使用公开数据(GSE65205) [15]。数据可供50 64 DE基因的兴趣GSE65205:尽管样本量小,21 50(42%)的基因在非裔美国人也在过敏性哮喘DE p < 0.05,主要是在同一个方向EVA-PR协会。
总结,绝大多数418 eQTL snp基因以外,大多数都与遥远的表达有关独联体基因。55的eQTL基因,24(∼44%)基因在过敏性哮喘。5119年EVA-PR SNP-gene表达式关联,4571(86.8%)由甲基化。我们不能推断出时间在这个横断面研究的关系,因此一些甲基化信号可以disease-induced(过敏性哮喘所致)。然而,我们的研究表明,一些甲基化改变气道上皮(由于基因变异和环境因素)可能影响哮喘的发展或进展通过调节基因的表达。
878年哮喘责任解释方差TAGC snp估计为3.5% (3]。然而,TAGC snp的估计效果会更大,如果直接和间接关联与气道上皮基因表达被认为是。
总之,高比例的哮喘易感性snp GWAS的荟萃分析与识别顺式表达和顺式基因的甲基化在鼻气道上皮细胞,但大多数基因的表达影响附近没有相应的单核苷酸多态性的兴趣。大多数SNP-gene协会是由DNA甲基化表达,支持一个强大的监管作用,甲基化在气道上皮细胞基因表达。符合气道上皮的一个关键的角色在儿童哮喘的发病机制中,将近一半的基因的表达在气道上皮细胞与TAGC snp也DE基因在过敏性哮喘。
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脚注
作者的贡献:w·陈和J.C.青瓷的构思和设计研究。美国金和大肠《进行了主要的分析和解释数据。江问:燕,y, n . Boutaoui大肠Acosta-Perez和g . r . Zhang Canino参与数据收集和数据分析。美国金,e .《w .陈和J.C.青瓷准备手稿的初稿。所有作者回顾了知识草案内容,批准提交最终版本的手稿。
利益冲突:美国金没有披露。
利益冲突:大肠《没有披露。
利益冲突:问:严没有披露。
利益冲突:y江泽民没有披露。
利益冲突:r .张没有披露。
利益冲突:n Boutaoui没有披露。
利益冲突:大肠Acosta-Perez没有披露。
利益冲突:g . Canino没有披露。
利益冲突:w·陈没有披露。
利益冲突:J.C.青瓷收到葛兰素史克和默克研究资料(吸入类固醇)和Pharmavite(维生素D和安慰剂胶囊),以提供药物免费的参与者在nih的研究中,与当前的工作无关。
支持声明:本研究是HL079966赠款支持,HL117191, MD011764(π:J.C.青瓷)来自美国国立卫生研究院(NIH)。美国支持金正日T32训练格兰特(HL129949)来自美国国立卫生研究院。e .《由NIH资助HL125666支持的贡献。资金信息,本文已沉积的Crossref资助者注册表
- 收到了2019年8月30日。
- 接受2019年11月24日。
- 版权©2020人队