基于全基因组双变量分析鉴定骨质疏松新的变异及与冠心病的多效性变异

发布时间：2020-05-14 10:31

【摘要】：[背景及目的]骨质疏松(osteoporosis,OP)是骨量及骨强度下降、骨折风险增加的慢性骨病,其发病率、致残致死率及医疗费用居高不下,危害巨大。发现更多的遗传变异有助于进一步明确OP的发病机制,但传统的全基因组关联研究(genome-wide association study,GWAS)因为一些局限,只鉴定出了少量 OP相关的变异。既往研究发现骨形成与冠状动脉钙化过程非常相似,OP与冠心病(coronary artery disease,CAD)间存在密切关联,二者存在一些共同的发病机制,并可能受相同的多效性基因的调控。基于多效性基因的存在,研究发现使用已知多效性条件错误发现率(pleiotropy-informed conditional false discovery rate,PCFDR)法能大幅提高疾病相关的新的以及共同的遗传位点发现率。本研究将PCFDR法用于OP和CAD的大样本GWAS数据,以期通过GWAS双变量分析发现OP新的变异及与OP和CAD共同相关的多效性变异,为疾病的发病机制研究提供更多的理论依据。[研究方法]用 PCFDR 法对 OP 研究表型腰椎骨密度(lumbar spine bone mineral density,LS BMD)及CAD的GWAS数据进行双变量计算,以条件错误发现率(conditional false discovery rate,cFDR)0.05 及联合条件错误发现率(conjunction cFDR,ccFDR)0.05为统计阈值。I[结果]1.分位数-分位数图(quantile-quantile plot,QQ图)显示在不同的P值分层条件下,LS BMD 的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNP)与CAD的SNP之间存在较强的多效性富集趋势。2.共鉴定出41个OP相关的SNP(有21个为新发现)。OP相关的SNP所对应的基因中有4个(MEPE,CCDC170,SFRP4和SOST)在基因表达验证实验中得到部分验证(P0.05);基因功能分析显示OP相关基因富集在Wnt信号通路、破骨细胞分化通路、雌激素的代谢、骨吸收的调节等多个骨代谢相关的通路上(P0.05)。OP相关基因及其编码的蛋白通过抑制PPARγ,调控Wnt信号通路中蛋白的分泌及转运,调控雌激素的作用及OPG/RANK/RANKL轴来参与OP的发病;3.鉴定出7个与OP和CAD共同相关的多效性SNP,其对应的多效性基因能调节胰岛素抵抗、雌激素作用以及脑源性神经营养因子的分泌,并通过PI3K、ERK、Ras/MAPK、PPARγ、RANKL等多条信号通路来参与OP和CAD的共同发病。[结论]1.发现了21个未曾被报道过的OP相关新的变异,为OP的发病机制研究增添了新的内容;2.在国际上首次鉴定出了与OP和CAD共同相关的7个多效性变异,为二者的共同发病机制提供了有力的理论依据；3.证实了PCFDR法在鉴定复杂性疾病新的变异及多效性变异方面的高效与可靠;4.研究成果为后续的功能学实验和疾病精准防治提供了前期理论基础。
【图文】：

测序,步骤,国际组织,数据

Ｆｉｇｕｒｅｌ－１邋ＤＮＡ邋Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ邋Ｓｔｅｐｓ逡逑Ｓ数据逡逑ＣＡＲＤＩｏＧＲＡＭｐｌｕｓＣ４Ｄ这两个国际组织所发布的ＬＳ邋ＢＭＤ包含了所检测到的ＳＮＰ的信息，同时这两个国际组织还对的每一个ＳＮＰ与疾病／性状之间都进行了关联分析，结果以处理逡逑数据：在ＧＥＦＯＳ和ＣＡＲＤＩｏＧＲＡＭｐｌｕｓＣ４Ｄ的官方数据库ＣＡＤ的ＧＷＡＳ数据之后，将这两个数据用Ｒ软件打开，存在空白值的ＳＮＰ删除，并对数据进行校对。经过操作及１０，５８２，８６６邋个邋ＳＮＰ，ＣＡＤ邋共有邋２，４２０，３６０邋个邋ＳＮＰ。ＧＥＦＭｐｌｕｓＣ４Ｄ对这两项数据均已进行人口结构的校正，，因此

条件,条件表,富集

２．１邋ＬＳ邋ＢＭＤ与ＣＡＤ的ＳＮＰ多态性富集分析逡逑根据ＳＮＰ的Ｐ值进行分层后构建的条件ＱＱ图，让我们得以非常直接地观逡逑察到ＬＳ邋ＢＭＤ与ＣＡＤ之间的ＳＮＰ的多效性富集趋势（图１－２）。该ＱＱ图是以逡逑ＣＡＤ为条件表型绘制ＬＳ邋ＢＭＤ的ＳＮＰ的条件富集趋势曲线。图中的Ｙ轴代表逡逑的是主要表型ＬＳ邋ＢＭＤ的ＳＮＰ的－ｌｏｇ１０Ｐ值，以－ｌｏｇ１Ｑ（ｐＬＳ）来表示，Ｘ轴标注的逡逑是以ＣＡＤ为条件表型计算出来的ＬＳ邋ＢＭＤ的ＳＮＰ的－ｌｏｇｕｊｃＦＤＲ值，黑色的虚逡逑线表示的是零假设的基线，绿色曲线代表的是条件表型ＣＡＤ的Ｐ值＜１的ＳＮＰ，逦＾逡逑也就是所有的ＳＮＰ；黄色曲线代表的是ＣＡＤ的ＳＮＰ中ｉ５值＜０．１的部分，红色逡逑曲线代表的是ＣＡＤ的ＳＮＰ中Ｐ值＜０．０１的部分，蓝色曲线代表的是ＣＡＤ的ＳＮＰ逡逑２８逡逑
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R580;R541.4

【参考文献】