자연 유전학 | 단백질체 전체 연관 연구(PWAS)에서 알츠하이머병의 새로운 메커니즘 발견

전 세계적으로 3,500만 명이 알츠하이머병(AD)을 앓고 있지만 현재 임상적으로 효과적인 치료법은 없습니다. AD 치료법의 발전을 촉진하기 위해 연구자들은 수많은 유전적 연구를 수행해 왔다. 연구자들은 GWAS를 통해 많은 알츠하이머병 위험 유전자를 확인했지만, 이러한 위험 유전자가 어떻게 알츠하이머병을 일으키는지는 아직 완전히 이해되지 않았습니다. PWAS(Proteome-Wide Association Study)는 단백질의 기능적 변화를 통해 유전자와 표현형을 연결하는 새로운 단백질 중심의 유전적 연관 연구 방법으로, 인간 유전학 연구 분야에 폭넓게 활용될 수 있습니다.

2021년 1월 28일, 에모리 대학교 의과대학의 "인간 뇌 프로테옴과 게놈 전체 연관 데이터의 통합은 새로운 단백질을 암시한다"라는 제목의 연구가 국제학술지 네이처 제네틱스(IF=27.603)에 발표되었습니다. ) 알츠하이머병 발병기전' 연구 논문. 연구팀은 프로테옴 전체 연관 연구(PWAS)를 사용하여 알츠하이머병(AD) 코호트의 GWAS 결과를 인간 뇌 프로테옴과 통합했습니다. 이는 뇌 단백질 풍부가 AD 위험 유전자에 미치는 영향을 확인하고 이러한 유전자좌가 어떻게 작용하는지에 대한 통찰력을 얻는 것을 목표로 합니다. AD의 발병에 영향을 미칩니다.

1. PWAS는 AD와 관련된 중요한 유전자를 식별합니다

발견 단계에서 저자는 기증자 375명의 사후 뇌에서 등외측 전두엽 피질(dPFC) 샘플을 수집하고 TMT 질량 분석기를 사용했습니다. 인간의 뇌 프로테옴 데이터를 얻기 위한 전략. 기존 AD GWAS 결과와 프로테오믹스 결과를 통합하여 프로테옴 전체 연관 연구(PWAS)를 통해 뇌 단백질 수준에 대한 13개의 시스 조절 유전자가 확인되었습니다(그림 1, 표 1). 다음으로, 저자는 동일한 AD GWAS 데이터를 사용하여 152개의 인간 뇌 단백질체 데이터의 또 다른 독립적인 세트를 통합 및 분석하고 이를 이전에 발견된 13개의 단백질과 비교했으며 그 중 10개는 PWAS 단계에서 검증되었습니다(표 1).

표 1 AD PWAS는 13개의 중요한 유전자를 확인했습니다

2. 중요한 위험 유전자의 COLOC 및 SMR 분석

뇌 단백질을 조절하는 중요한 유전자를 연구하기 위해 AD에 인과관계가 있는지 여부에 대해 저자는 베이지안 *** 지역화(COLOC) 및 멘델 무작위화(SMR) 분석을 수행했습니다. 먼저, 베이지안 ***위치(COLOC) 테스트를 사용하여 13개 유전자 중 9개가 인과관계와 일치하는지 확인했습니다. 그런 다음 멘델리안 무작위화(SMR) 분석을 통해 결과는 풍부한 시스 조절 단백질이 이들 13개 유전자의 유전적 변이와 AD 사이의 연관성을 매개한다는 것을 보여주었습니다. 전체적으로, 저자들은 COLOC 및 SMR/HEIDI 분석에서 인과관계가 있는 7개의 유전자(CTSH, DOC2A, ICA1L, LACTB, PLEKHA1, SNX32 및 STX4)를 발견했고, 추가로 4개의 유전자에서 인과관계가 있는 것을 발견했습니다. 분석은 일관성이 없었고(ACE, CARHSP1, RTFDC1 및 STX6), EPHX2와 PVR의 결과는 인과적으로 관련이 없었습니다(표 2).

표 2? 발굴 단계에서 AD PWAS의 중요 유전자 13개에 대한 COLOC 및 SMR 분석

3. AD PWAS의 중요 유전자 11개 확인

검증 코호트(validation cohort) 복제 및 인과성 검정 결과를 바탕으로 저자는 검증 코호트를 통해 발굴된 중요 유전자 13개 중 알츠하이머병과 인과관계가 있는 위험 유전자 11개(CTSH, DOC2A, ICA1L, LACTB, SNX32, ACE, CARHSP1, RTFDC1, STX6)를 확인했다. PWAS., STX4 및 PLEKHA1), 그 중 9개의 중요한 유전자가 PWAS 단계에서 확인되었습니다(표 3).

표 3: 11개의 중요한 AD PWAS 유전자를 요약하고 AD의 원인 역할과 일치하는 것으로 입증되었습니다.

4. PWAS 결과는 APOE e4의 영향을 받지 않습니다.

아포지단백질 APOE e4 대립유전자는 알츠하이머병과 밀접한 관련이 있으므로, APOE e4가 PWAS 결과에 영향을 미치는지 알아보기 위해 저자는 프로테옴에서 APOE e4의 효과를 제거하고 제거된 AD PWA를 사용했습니다. 분석 결과 발견 단계 PWAS 결과와 일치하는 13개의 중요한 유전자와 6개의 다른 유전자가 발견되었으며, 13개 유전자 모두 발견 단계 PWAS에서와 동일한 연관 방향을 가졌습니다. 또한 COLOC 및 SMR/HEIDI 테스트 결과에서는 원래 결과와 동일한 인과 관계 증거가 발견되었으며, 이는 둘 다 현재 실험 결과가 APOE e4의 영향을 받지 않음을 나타냅니다.

5. TWAS 표적 및 PWAS 관련 유전자

우리 모두 알고 있듯이 분자 생물학의 중심 교리는 유전 정보가 DNA 전사에서 RNA로 전달된 다음 RNA에서 전달된다는 것입니다. 단백질로 번역. 따라서 저자는 888명의 유럽인으로부터 뇌 전사체 데이터를 수집하고 AD GWAS 결과를 통합하고 AD에 대한 전사체 전체 연관 연구(TWAS)를 수행했습니다. AD TWAS는 FDR이 0.05인 40개의 유전자를 확인했으며, 해당 유전자에 의해 조절되는 mRNA 발현 수준은 AD와 관련이 있었습니다(그림 2). 단백질 수준에서 확인된 11개의 잠재적 위험 유전자와 비교하여 ACE, CARHSP1, SNX32, STX4 및 STX6의 5개 유전자는 PWAS 결과와 유사했으며 AD와 관련이 있었습니다. (표 3).

6. 단일 세포 시퀀싱으로 세포 유형 특이성 발견

마지막으로 저자는 등외측 전전두엽 피질 샘플(dPFC) 단일 세포 RNA 시퀀싱 데이터를 사용하여 분석했으며 이전에 확인된 11개의 중요한 위험 유전자 중 6개의 유전자가 세포 유형별 농축을 나타냈습니다. DOC2A, ICA1L, PLEKHA1 및 SNX32는 흥분성 뉴런이 풍부하고 CARHSP1은 성상교세포 및 미세아교세포에서 희소돌기아교세포 및 CTSH가 풍부했습니다(그림 3).

이 기사의 저자는 알츠하이머병(AD) 환자 집단을 수집하고 다기관, 대규모 표본 유전체학 및 단백질체학 연구를 수행했습니다. PWAS(proteome-wide 연관 연구)를 통해 10개 이상의 중요한 위험 유전자가 발견되었습니다. 이러한 위험 유전자는 뇌의 단백질 풍부도를 변화시켜 알츠하이머병의 발생에 영향을 미칠 수 있으며 AD의 병인에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 추가 치료를 위해.

참고문헌

[1] Wingo, Aliza P., et al. "인간 뇌 단백질체를 게놈 전체 연관 데이터와 통합하면 알츠하이머병 발병에 새로운 단백질이 관련됩니다." .