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quarta-feira, 5 de agosto de 2015
Uma atualização sobre a arquitetura genética da hiperuricemia e gota
Arthritis Research & Therapy201517 : 98
DOI: 10,1186 / s13075-015-0609-2
REVISÃO
Uma atualização sobre a arquitetura genética da hiperuricemia e gota
Tony R Merriman
Resumo
Estudos de associação do genoma que fazem a varredura do genoma para as variantes genéticas comuns associadas com o fenótipo têm muito conhecimento médico avançado. Hiperuricemia não é excepção, com 28 loci identificados. No entanto, o controlo genético das vias que determinam a gota, na presença de hiperuricemia é ainda mal compreendido.Duas vias importantes que determinam a hiperuricemia foram confirmados (excreção renal e intestinal de ácido úrico com a glicólise agora firmemente implicada). Loci principais de urato são SLC2A9 e ABCG2. Estudos recentes mostram que SLC2A9 está envolvido na excreção renal e intestino de ácido úrico e está implicado na defesa antioxidante. Embora variantes etiológicos na SLC2A9 estão ainda a ser identificado, é claro que a complexidade genética considerável existe noSLC2A9 lócus, com múltiplas variantes genéticas estatisticamente independentes e interações epistáticas locais. As posições de variantes genéticas implicados dentro ou perto de regiões de cromatina envolvidas no controlo transcricional sugerem que este mecanismo (em vez de alterações estruturais em SLC2A9) é importante na regulação da actividade de SLC2A9. ABCG2 está envolvida principalmente em ácido úrico extra-renal sub-excreção com a variante influenciando a expressão etiológico. No outro 26 loci, genes causais prováveis podem ser identificados em três ( PDZK1 , SLC22A11 , eINHBB ) com fortes candidatos em mais 10 loci. A confirmação do gene causal exigirá uma combinação de re-sequenciação, mapeamento trans-ancestral, e correlação de dados de associação genética com dados de expressão. Como esperado, o associado loci urato com gota, embora tamanhos de efeito inconsistentes para a gota requerem investigação.Finalmente, não houve nenhum estudo de associação em todo o genoma usando casos clinicamente apurados para investigar as causas da gota, na presença de hiperuricemia. Nesse estudo, o uso de controles hyperurcemic assintomáticos seria esperado para aumentar a capacidade de detectar associações genéticas com gota.
Abreviações
eSNP:
Expressão único polimorfismo de nucleótidos
FEUA:
Fração de excreção de ácido úrico
GRAIL:
Gene relacionamentos através Implicada Loci
GxE:
Gene-ambiente
GWAS:
Estudo de associação do genoma
MSU:
Urato monossódico
OR:
Odds ratio
ROS:
Espécies que reagem ao oxigênio
SNP:
Polimorfismo de nucleotídeo único
SSB:
Bebida açucarada
Introdução
A hiperuricemia é necessária mas não suficiente para a gota. Gout é tipicamente caracterizada por ataques auto-resolução recorrentes de artrite inflamatória aguda e ocorre em cerca de um quarto das pessoas com níveis elevados de ácido úrico no soro (hiperuricemia) [ 1 ]. A articulação metatarso-falangeana do dedão do pé é mais freqüentemente afetados, mas a gota comumente afeta outras articulações. Dois mecanismos fisiológicos importantes determinar hiperuricemia: (a) aumento da produção do urato no fígado a partir de substratos alimentares e que aumentam os níveis endógenos de purina e (b) redução da excreção renal e intestino de ácido úrico (Figura 1 ). Na presença de hiperuricemia, factores que controlam a formação de urato monossódico (MSU) cristais no líquido sinovial e a resposta inflamatória imune inata subsequente são relativamente pouco compreendidos. No entanto, a activação dos receptores do tipo Toll e libertação mediada por inflammasome da citocina pró-inflamatória interleucina-1β é conhecido por ser uma via central [ 2 ]. Como qualquer outro fenótipo complexo, hiperuricemia e gota resultado da interação entre as variantes de risco genéticos herdados e exposições ambientais [ 3 ]. O componente genético serão discutidos nesta revisão, e exposições ambientais que interagem com variantes de risco genéticos também serão considerados.
Figura 1
O transportasome ácido úrico. A compreensão actual do transporte do ácido úrico no túbulo proximal renal é apresentado.Carboxilatos acumular na célula tubular por meio de transportadores de monocarboxilatos SLC5A8 dependente de sódio e SLC5A12 e através de SLC13A3. O ácido úrico entra na célula em troca de carboxilato via URAT1 apical e OAT4 apical. Apical SLC2A9v2 desempenha um papel significativo na reabsorção de ácido úrico no interior da conduta de recolha, o ácido úrico reabsorvido sair da célula por meio basolateral SLC2A9v1 no túbulo proximal. Para o efluxo de ácido úrico no lúmen, MRP4, um anião orgânico transportador impulsionado-tensão (vOAT1 / NPT1), e NPT4 são candidatos. OAT1 e OAT3 são conhecidos para o transporte de ácido úrico, embora o sentido de transporte não é clara. PDZK1 é uma proteína envolvida na montagem de andaime de um complexo transportador na membrana apical. A variação genética em SLC2A9, ABCG2, URAT1, NPT1, OAT4, e PDZK1 está associada com níveis séricos de urato e gota.
Um estudo de associação do genoma (GWAS) analisa o genoma, de uma forma imparcial usando variantes genéticas comuns (tipicamente polimorfismos de nucleotídeo único), para loci causalmente associados a um fenótipo específico.Genes contidos no loci associados são candidatos para o envolvimento nas vias patogênicas causais. Köttgen e colaboradores [ 4 ] relataram, em um GWAS de mais de 140.000 indivíduos europeus, associações estatisticamente significativas de 28 loci genéticos em separado com os níveis séricos de urato. Este estudo confirmou a associação com os níveis de urato de 10 loci descobertos em mais cedo e menor Gwass [ 5 - 7 ]. Avaliado em outro lugar [ 8 - 11 ], os 10 são dominadas por loci contendo genes que foram ou conhecidos ( SLC22A11 / OAT4 , SLC22A12 / URAT1 , SLC17A1 / NPT , ePDKZ1 ) ou novos ( SLC2A9 / GLUT9 e ABCG2 ) transportadores renais e intestinais de ácido úrico. O GCKR (proteína reguladora da glucoquinase) lócus implica a produção de urato pela glicólise, mas a relevância funcional dos loci restantes (SLC16A9 / MCT9 , INHBC , e RREB1 ) não é clara, embora MCT9 pode ser um transportador de sódio renal e tem sido associada a urato por via metabólica carnitina [ 6 ]. Previsivelmente mais, mas não todos, destes 10 loci consistentemente associado com gota em múltiplos grupos ancestrais [ 4 , 12 , 13 ].
O chumbo associado variantes genéticas em SLC2A9 e ABCG2 explicar coletivamente, dependendo do sexo, 3% a 4% da variação nos níveis de urato. Em média, o alelo de levantamento de urato no SLC2A9 aumenta urato de soro por 0,373 mg / dL (0,022 mmol / L) e o alelo de levantamento de urato no ABCG2 por 0,217 mg / dL (0,013 mmol / l), ambos os quais são clinicamente significativa montantes [ 4 ]. SLC2A9 e ABCG2 ter efeitos equivalentes nos homens; SLC2A9 tem um efeito mais forte nas mulheres do que os homens e vice-versa para ABCG2 [ 4 ]. Efeitos específicos de um sexo de lado, ambos os locos (em particular, SLC2A9 ) exercem muito forte controle sobre os níveis de urato, quando comparados com o efeito do outro confirmados 26 loci urato que explicar coletivamente uma proporção similar de variância. Assim, existe um interesse considerável pesquisa na compreensão da base molecular de controlo de urato por SLC2A9 e ABCG2 e seu significado clínico.
Revisão
O papel emergente do SLC2A9 no metabolismo e câncer
Um local importante de expressão de SLC2A9 é o rim, onde está um transportador de ácido úrico dependente da voltagem [ 14 , 15 ]. Dados de expressão específicas de genótipo são consistentes com a possibilidade de que a variante importante da mobilização de urato de soro de causalidade (que não foi ainda geneticamente localizaram) aumenta os níveis de uma isoforma de SLC2A9 (SLC2A9-S) de expressão que possui uma porção 28 em falta a partir de resíduos os N-terminal [ 16 ,17 ]. Esta isoforma é expresso no (urina) lado apical da conduta de recolha, em que presumivelmente aumenta a recaptação de ácido úrico segregada, ao passo que a versão de tamanho completo (SLC2A9-G) é expressa no lado basolateral [ 14 ]. Combinado com a sua expressão na membrana basolateral dos hepatócitos [ 18 ], onde urato é gerado, o potencial de membrana se assegurar que o SLC2A9-L isoforma é responsável pelo transporte de ácido úrico no sangue [19 ]. Com a ressalva de que resulta a partir de SLC2A9 -inactivation estudos no rato só podem ser extrapolados para seres humanos com muito cuidado (tendo em conta a presença de oxidase de urato activo (uricase), em ratos, mas não os seres humanos), um estudo recente demonstra que SLC2A9 também é um importante basolateral úrico transportador de efluxo de ácido no enterócito intestinal [ 20 ]. Curiosamente, os ratinhos com uma específica do intestino SLC2A9 nocaute desenvolvida uma condição metabólica síndrome semelhante, além de hiperuricemia [ 20 ]. Em ratinhos específicos de um hepatócito SLC2A9 nocaute desenvolve hiperuricemia grave, consistente com um papel para SLC2A9 na captação hepática de ácido úrico [ 18 ]. Devido à presença de uricase, o gradiente químico urato supera o potencial de membrana, de modo que pode transportar SLC2A9 urato em células do fígado. Isto contrasta com os seres humanos, em quem SLC2A9 transporta urato fora do hepatócito [ 21 ].
Um dos motivos que humanos e macacos mais altos têm níveis mais elevados de ácido úrico é a função postulada de urato como um antioxidante [ 22 ], substituindo o ácido ascórbico como um importante antioxidante endógeno na evolução humana [ 23 ]. Consistente com esta hipótese, as espécies reativas de oxigênio intracelulares (ROS) em cultura de células são reduzidos em níveis fisiológicos de urato [ 24 ]. Curiosamente, o stress oxidativo induz a transcrição SLC2A9 e expressão de uma forma dependente de controlo transcricional por o supressor de tumor p53 [ 24 ]. A inibição da actividade de SLC2A9 pela utilização de pequenos RNAs interferentes ou as drogas redutoras do ácido úrico e benzbromarona probenecida aumenta os níveis de ROS em uma maneira dependente da urato e aumenta a susceptibilidade das células cancerosas à morte celular apoptótica induzida pela cisplatina agente quimioterapêutico [ 24 ].Notavelmente, amostras de quatro tipos de tumor (próstata, renais, testículos, e andrenal) mostraram redução da expressão SLC2A9, ea sobrevivência é melhor em cânceres gástrico, com maior expressão SLC2A9. Colectivamente, estes dados implicam um papel para SLC2A9 na luta contra ROS intracelulares por transporte de urato (o que reduz ROS) e fornecer suporte para a hipótese controversa (com base em dados observacionais) ligando o ácido úrico para proteção contra o câncer [ 22 , 25 ]. Não poderia haver potencial terapêutico na inibição SLC2A9, a fim de chemosensitize células cancerosas, aumentando os níveis de ROS [ 24 ].
O metabolismo hepático de frutose gera urato através da geração de ADP e catabolismo através da via de degradação da purina e é uma explicação bioquímica para a associação de bebidas adoçadas com açúcar (SSB) os níveis de urato com o consumo e o risco de gota [ 26 , 27 ]. Dado que SLC2A9 também transporta frutose e glicose [ 19 ], é razoável supor que a frutose também poderiam interferir directamente com o transporte de ácido úrico renal. Portanto, um estudo clínico recente examinou o SLC2A9 resposta hiperuricêmicos aguda genótipo-dependente a uma carga frutose [ 28 ]. Quando uma variante genética ( rs11942223 ) substancialmente equivalente ao mais fortemente associada SLC2A9 variante na GWAS por Köttgen e colaboradores [ 4 ] (Tabela 1 ) foi utilizado, o alelo de redução de urato foi associado com uma resposta atenuada hiperuricêmicos e um aumento da excreção de fraccionada ácido úrico (FEUA) em pessoas de ascendência europeia (Figura 2 ) [ 28 ]. No entanto, apesar de uma prevalência significativa nos participantes da Nova Zelândia Polynesian (Maori e Pacífico) ascendência (18% versus 32% nos europeus), não houve relação entre a positividade para o alelo de angariação de urato ea resposta hiperuricêmicos e FEUA à carga frutose , apesar da evidência prévia para associação de rs11942223 com gota em polinésios [ 29 ]. É possível que haja uma variante genética polinésia-específica emSLC2A9 que codifica um efeito funcional que substitui o efeito FEUA específicos de genótipo visto em caucasianos europeus.
Tabela 1
Resumo do genoma-wide 28 loci urato significativa detectada pelo Köttgen e colegas [ 4 ]
Gene GRAIL
Tamanho do efeito (masculino / feminino a), mg / dL
FEUA, Sim / Não b
Sinal de Associação
Causal provável genec
Mais forte candidato (s) d, e
Loci Velho
Rs1471633
PDZK1
0,059
Não
Dentro PDZK1
PDZK1
-
Rs1260326
GCKR
0,074 (0,091 / 0,063)
Sim
Abrange> 20 genes
-
GCKR
Rs12498742
SLC2A9
0,373 (0,269 / 0,460)
Sim
Se estende por quatro genes
SLC2A9
-
Rs2231142
ABCG2
0,217 (0,280 / 0,181)
Sim
Se estende por quatro genes
ABCG2
-
Rs675209
RREB1
0,061
Sim
A montante e dentro RREB1
-
RREB1
Rs1165151
SLC17A3
0,091
Não
Se estende por 20 genes
-
SLC17A1-A4
Rs1171614
SLC16A9
0,079
Não
Abrange dois genes
-
-
Rs2078267
SLC22A11
0,073
Sim
Dentro SLC22A11
SLC22A11
-
Rs478607
SLC22A12
0,047
Sim
Abrange seis genes
-
SLC22A12
Rs3741414
INHBC
0,072 (0,091 / 0,057)
Não
Se estende por sete genes
-
-
Nova loci
Rs11264341
PKLR
0,050
Não
Abrange dois genes
-
-
Rs17050272
INHBB
0,035
Não
Intergenic
INHBB
-
Rs2307384
ACVR2A
0,029
Não
Abrange três genes
-
-
Rs6770152
MUSTN1
0,044
Não
Abrange três genes
-
-
Rs17632159
TMEM171
0,039
Não
Intergenic
-
-
Rs729761
VEGFA
0,047
Não
Intergenic
-
-
Rs1178977
MLXIPL
0,047
Não
Abrange cinco genes
-
MLXIPL
Rs10480300
PRKAG2
0,035
Não
Dentro PRKAG2
-
PRKAG2
Rs17786744
STC1
0,029
Não
Intergenic
-
-
Rs2941484
HNF4G
0,044
Não
Dentro HNF4G
HNF4G
Rs10821905
ASAH2
0,057
Não
Dentro A1CF
A1CF
Rs642803
LTBP3
0,036
Não
Abrange seis genes
-
-
Rs653178
PTPN11 f
0,035
Não
Abrange três genes
-
-
Rs1394125
NRG4
0,043 (0,061 / 0,032)
Sim
Se estende por quatro genes
-
-
Rs6598541
IGF1R
0,043
Sim
Dentro IGFR1
-
IGFR1
Rs7193778
NFAT5
0,046
Sim
Intergenic
-
-
Rs7188445
MAF
0,032
Não
Intergenic
-
-
Rs7224610
HLF
0,042
Sim
Dentro HLF
-
HLF
Rs2079742
C17ORF82
0,043
Não
Downstream e dentro BCAS3
-
-
Rs164009
PRPSAP1
0,028
Não
Dentro QRICH2
-
-
um macho e fêmea efeito tamanhos são dadas para loci onde havia uma diferença sexo-específicos significativo. b excreção fracionária de ácido úrico (FEUA) foi testado por Köttgen e colaboradores [ 4 ] em um subconjunto consideravelmente menor (n = 6799), significado que o poder inadequada pode contribuir para a falta de associação observada em loci de efeito mais fraco. c Um gene causal provável ou tem provas funcional muito forte ( SLC2A9 e ABCG2 ) ou tem evidências funcionais forte combinado com sinal de associação restrita ao gene (PDZK1 e SLC22A11 ) ou tem polimorfismo muito forte expressão de nucleotídeo único (eSNP) prova ( INHBB ). d A 'mais forte candidato "é listado quando o locus contém um candidato com uma forte evidência funcional ( GCKR , SLC17A1-A4 , e SLC22A12 ) ou tem o sinal de associação fortemente restringidas ao gene nomeado ou tem uma forte evidência eSNP ( MLXIPL ). e RREB1, ras elemento responsivo (zinc-finger) proteína de ligação, tem sido geneticamente implicada na diabetes tipo 2 doença associada renal em fase terminal [ 60 ]. PRKAG2, proteína quinase, AMP-activated, gama 2 subunidade não catalítica, foi geneticamente implicados no controle da pressão sanguínea [ 61 ].HNF4G, factor nuclear de hepatócitos 4G, foi geneticamente implicados na obesidade [ 62 ]. MLXIPL, proteína de ligação elemento de resposta de hidratos de carbono, foi identificado como um gene pleiotrópico para a síndrome metabólica e inflamação [ 63 ]. f PTPN11 é de aproximadamente 1 Mb a jusante do sinal de associação e não abrigam qualquer sinal de associação. A1CF, APOBEC1 (APOB mRNA enzima edição) fator de complementação; GRAIL, Gene relacionamentos através Implicada Loci; HLF, factor de leucemia hepática; IGFR1, factor de crescimento 1 semelhante à insulina do receptor.
Figura 2
Interação entre genótipo SLC2A9 e exposição de açúcar. Em ambos os painéis, o marcador genético utilizado foi rs11942223para que os associados genótipo C-positivos com redução ácido úrico. (A) Efeito de SLC2A9 genótipo na resposta aguda a uma carga de frutose. Mudança em soro de urato é mostrada no lado esquerdo, a excreção de ácido úrico fraccionada (FEUA) à direita.As diferenças genotípicas foram estatisticamente significativas para os europeus (top gráficos), mas não para os polinésios (gráficos em baixo). Figura tomado de Dalbeth e colegas [ 28 ]. (B) A interação não-aditivo de bebida açucarada consumo (SSB) com SLC2A9 genótipo na influência dos níveis de urato nos europeus no Atherosclerosis Risk in Communities conjunto de dados [26 ]. A exposição a artificialmente (dieta) bebidas adoçadas não influencia o efeito de redução da urato dos genótipos C-positivos.No entanto, a exposição a SSB inverte o efeito de redução de urato com o genótipo de C-positiva. O eixo y corresponde a alterações em urato por categoria de consumo, tal como definido por Batt e colegas [ 26 ]. Dados obtidos a partir da Tabela 4 da Batt e colegas [ 26 ].
Um estudo epidemiológico de observação também investigou a hipótese de que o açúcar simples (sob a forma de SSB) interage com o SLC2A9 genótipo em que influenciam os níveis de urato de soro e o risco de gota [ 26 ]. Após a exposição a SSB, o alelo normalmente urato-redução no rs11942223 variante tem uma transmutação de efeito e aumenta em resposta a urato SSB, um efeito não observado com bebidas adoçadas artificialmente (Figura 2 ). Um padrão similar foi observado no risco de gota [ 26 ]. A partir do estado atual do conhecimento e dada a complexidade do transporte de urato no túbulo renal, é difícil propor um mecanismo plausível para explicar essa interação não-aditivo. As observações epidemiológicas também são inconsistentes com o aumento FEUA em resposta a uma carga de frutose aguda associada com os alelos redutoras do ácido úrico, o que sugere que os mecanismos biológicos distintos subjacentes a observação por Dalbeth e colegas [ 28 ] e os dados de interacção relatado por Batt e colegas [ 26 ]. Os efeitos da exposição crônica a contendo frutose SSB seria mais provável que envolvem outros mecanismos (por exemplo, epigenéticos) que influenciam a expressão ea atividade de SLC2A9.
Complexidade genética em SLC2A9
O sinal de associação urato no SLC2A9 lócus é extensa, com centenas de variantes genéticas extremamente fortemente associados, com a associação mais forte abrangendo uma região muito grande (500 kb) e dois genes ( SLC2A9 e WDR1 ) (Figura 3 ) [ 4 ]. WDR1 codifica uma proteína envolvida na desmontagem das fibras de actina que tem sido implicado na cardite - não um gene que influencia a urato óbvia. É, assim, difícil de determinar se o efeito genético em SLC2A9 é causada por uma única variante genética com efeito muito forte que impulsiona a associação generalizada devido à grande intermarker 'desequilíbrio de ligação ". Isto pode ser estudada por 'análise condicional ", no qual a associação com o fenótipo de outras variantes num locus é testado condicionalmente sobre o efeito da variante mais fortemente associado com o locus. Köttgen e colaboradores [ 4 ] tentou resolver esta importante questão e concluiu que não havia nenhuma evidência para vários efeitos independentes. No entanto, a sua abordagem foi ditada por uma limitação inerente a meta-análises de muitos estudos separados (n = 48 no seu caso) em que as estatísticas de nível de resumo de cada um dos estudos são combinados e que não é possível (por razões éticas e práticas) para combinar dados de participantes individuais.
Figura 3
Complexidade genética de associação com urato em SLC2A9. O painel esquerdo, retirado de Wei e colaboradores [ 34 ], ilustra as interações epistáticas SNP-SNP que estão presentes no SLC2A9 local e que se concentram na região kb o indicado 30. O painel da direita, tirada de Köttgen e colaboradores [ 4 ], demonstra o grau de extremamente forte associação ao SLC2A9 local. As posições aproximadas do número de cópias associada-urato variantes identificadas por SCHARPF e colegas [ 31 ] são com setas.Os genômicas coordenadas diferem entre cada estudo porque Wei e colaboradores [ 34 ] usou Projeto Genoma Humano NCBI construir 37,3 e Scharpf e colegas [ 31 ] utilizados NCBI construir 36. NCBI, Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia;SNP, único polimorfismo de nucleótidos.
Em contraste com as descobertas de Köttgen e colaboradores [ 4 ], a possibilidade de efeitos independentes na SLC2A9 é suportada por dois estudos. O primeiro é um GWAS dos níveis de ácido úrico no Leste Asiático [ 30 ]. Como nos europeus, a associação mais forte com todo o genoma foi urato no SLC2A9 , mas com uma variante diferente único polimorfismo de nucleótidos (SNP) (rs3775948). A variante mais fortemente associadas no estudo de Köttgen e colaboradores [ 4 ] (rs12498742) não foi associada no Asian GWAS Oriente e esta foi provavelmente devido à raridade do alelo menor (prevalência de aproximadamente 1%). Isto sugere que há pelo menos duas variantes causais que controlam os níveis de urato em SLC2A9 . O segundo estudo foi um teste GWAS para associação de variação do número de cópia comum com ácido úrico nos europeus [ 31 ]. Este tipo de variação ocorre quando segmentos cromossómicos mais de 1 kb de comprimento se desviar do estado diplóide, e é um mecanismo de genética e evolutiva que pode gerar alterações significativas na expressão de genes a partir de um único evento de mutação. Exemplos são os genes CCL3L1 e FCGR3B imunes que variam de zero a copiar número superior a quatro no genoma humano. Número cópia destes genes é um fator de risco para doença auto-imune [ 32 , 33 ]. As únicas variações no número de cópias associados urato no GWAS a nível de todo o genoma de significância foram dois segmentos distintos ao SLC2A9 local [ 31 ]. Estas variantes são de 200 kb e 350 kb a montante de SLC2A9 (Figura 3 ) e eliminação de 12 kb e 7,5 kb, respectivamente, segmentos, em cada variante do número de cópias associados com, respectivamente, diminuiu e o aumento dos níveis de urato de cerca de 5% em mulheres e cerca de 1% em homens [ 31 ]. Importante, por meio de análise condicional, a associação destas variantes de número de cópias era geneticamente independente do efeito relatado anteriormente em SLC2A9 [ 4 ]. Assim, há evidências de três variantes independentes em SLC2A9 que influenciam os níveis de urato em europeus e para uma variante separada no leste-asiáticos. Embora não se sabe se um do número de cópias variantes é causal ou em desequilíbrio de ligação forte com uma variante causal não identificado, pelo menos, um é um forte candidato para ser causal. A variante de 350 kb a montante confina um pico de hipersensibilidade de DNAse em tecido de rim fetal e adulta, o que sugere que a deleção do segmento de 7,5 kb podia influenciar a ligação de proteínas que regulam a expressão deSLC2A9 [ 31 ].
O estudo por Wei e colaboradores [ 34 ] é consistente com os estudos anteriores em proporcionando evidência para vários efeitos genéticos independentes no SLC2A9 lócus; usando a análise condicional, eles encontraram evidência direta para cinco efeitos genéticos independentes. Além disso, a complexidade adicional no controle genético dos níveis de urato naSLC2A9 foi revelado . Em uma varredura de todo o genoma em 9172 indivíduos de ascendência européia para epistasis (interação não-aditivo) entre variantes genéticas em influenciar os níveis de urato, os únicos efeitos significativos do genoma foram observados durante cinco pares de SNP na SLC2A9 lugar, numa região de 30 kb a montante do WDR1 gene (Figura 3 ). Pelo menos um destes foi estatisticamente independente dos cinco efeitos genéticos independentes acima mencionados. Coletivamente, os SNPs independentes e os pares SNP interagindo explicado 6,0% da variância nos níveis de urato no conjunto de dados europeus analisados; este é um efeito excepcionalmente grande locus genético para uma regulação de um fenótipo complexo. Evidência para um enriquecimento incomum de interações cromatina (mediadas por potenciadores) foi observada em ambos os WDR1-ZNF518B e SLC2A9-WDR1 regiões intergênicas, que incluiu os pares SNP interagindo. Isto gera a hipótese de que SLC2A9 e WDR1 podem ser co-transcrito ou partes maquinaria reguladora da transcrição. Como comentário final, uma vez que SLC2A9 é parte do ácido 'transportasome' úrico renal [ 35 ], que contém outros transportadores de ácido úrico geneticamente regulamentados e moléculas acessórias, foi surpreendente que as interações entre epistáticas SLC2A9 e outros locais em todo o genoma não foram descoberto por Wei e colaboradores [ 34]. Será importante para repetir esta epistasis varredura de todo o genoma em conjuntos de dados maiores.
ABCG2
Associação do ABCG2 loco com ácido úrico foi relatada pela primeira vez no GWAS por Dehghan e colegas [ 5 ]. A base genética é consideravelmente mais simples do que a SLC2A9 , e o sinal de associação é relatado para ser accionada unicamente pela variante rs2231142 (Q141K) [ 36 ]. Esta variante é altamente susceptível de ser causal [ 37 ]. A proteína ABCG2 (também conhecida como proteína de resistência do cancro da mama) é uma proteína de transporte de múltiplos fármacos transportar uma grande variedade de moléculas, incluindo agentes quimioterapêuticos. É um transportador de ácido úrico secretora no túbulo proximal e no intestino [ 36 , 38 ]. Curiosamente, o alelo crescente urato em rs2231142 (141 K) está associada ao aumento do débito urinário ácido úrico [ 38 , 39 ]. Em ratos, um ABCG2 nocaute também mostraram aumento renal, mas diminuiu gut excreção de ácido úrico [ 38 ]. Este alelo também foi associado com um aumento reduzido em urato de soro e de glicose em resposta a uma carga de frutose [ 39 ]. Coletivamente, estes resultados mostram que o alelo crescente urato no ABCG2 não age diretamente via efeitos diretos sobre o transporte de ácido úrico renal, mas através do aumento da excreção intestino. Inibidores de histona-desacetilase é capaz de corrigir o ABCG2 141 K-aumentando urato "defeito" [ 37 ]. ABCG2 Q141K pode também interagir com vias metabólicas extra-renais para regular urato de soro (por exemplo, através de uma influência sobre a conversão hepática de frutose em glucose) [ 39]. Ichida e colegas [ 38 ] propõem que ABCG2 define um dos três caminhos que contribuam para a hiperuricemia, ácido úrico ou seja, extra-renal sub-excreção, os outros dois sendo genuína urato excesso de produção e ácido úrico renal sub-excreção.
O estudo de Köttgen e colegas
A grande GWAS por Köttgen e colaboradores [ 4 ] relatou 18 novos locos com um efeito mais fraco nos níveis de urato do que o previamente identificados 10; 18 o novo explicada mais um 1,8% de variação nos níveis de urato em comparação com 5,2% para os 10 loci anteriormente conhecidos. Notavelmente, nenhum dos novos loci continha os genes que codificam para os transportadores de ácido úrico conhecidos, embora uma associação com o genoma quase em toda a significância foi detectado no SLC2A7 local (que codifica o transportador de aniões orgânicos 2) em uma análise secundária do gene candidato. Resumidos na Tabela 1 , o estudo de Köttgen e colegas contém um tesouro de informações sobre o controle dos níveis de urato.
Os genes candidatos em cada locus foram identificados por Köttgen e colegas usando Gene Relações Através Implicada Loci (GRAIL) [ 40 ], uma abordagem de bioinformática que procura semelhanças entre SNPs associados, a literatura, e Gwass publicado. Os genes GRAIL foram mapeadas em duas vias principais: a glicólise e inibinas / activinas. A relevância dos genes da glicólise para urato provavelmente reflecte a produção hepática de urato (a partir de açúcar e álcool) através do aumento da produção de glicose-6-fosfato que flui através da pentose-fosfato de geração de caminho de ribose-5-fosfato, um precursor da síntese de purinas. Geração de ácido láctico a partir de glicólise anaeróbia também pode interferir com a excreção renal do ácido úrico. Esta possibilidade é consistente com a forte associação do GCKR loco com a excreção de ácido úrico fraccionada (a proteína GCKR inibe glucoquinase que produz glicose-6-fosfato) [ 4 ]. Köttgen e seus colegas observaram que as associações com genes contendo loci envolvidos na homeostase da glicose ajuste com a observação de que as drogas que diminuem a resistência à insulina (por exemplo, metformina) também tendem a diminuir os níveis séricos de urato, indicando possíveis novas abordagens para a gestão dos níveis de urato. A relevância dos inibinas / activinas não é clara; Köttgen e colaboradores [ 4 ] sugeriu processos tais como o equilíbrio energético, a liberação de insulina, a apoptose, inflamação e regulação de hormônios sexuais.
Há uma ressalva muito importante na interpretação dos resultados GWAS: a maioria considerável dos genes identificados-GRAIL não pode ser assumida como causal. Desequilíbrio extensa ligação (correlação intermarker) resulta em sinais de associação que se estendem por uma certa distância em muitos loci. Isto significa que pode existir múltiplos genes candidatos (ver exemplos na Figura 4 ). Para identificar o gene causal em cada locus exigirá mais investigação genética, começando com resequencing de genes candidatos em cada locus do gene causal com o previsto para ter uma carga maior de variantes funcionais raras no extremo hiperuricemia. Esta abordagem pode ser completada por mapeamento de trans-ancestral com a variante comum causal mais provável (ou seja, o efeito identificado por Köttgen e colegas) previsto para ser mais fortemente associado com os níveis de urato (gota) e entre os diversos grupos ancestrais. Paralelamente a esta abordagem, a identificação dos haplótipos recombinantes antigos que diferem entre grupos ancestrais pode ajudar no bem-mapping. Uma terceira abordagem que foi utilizada por Köttgen e colaboradores [ 4 ] para identificar genes candidatos prováveis é sustentada pela hipótese de que a variante causal é um 'eSNP' (expressão SNP) que influencia a expressão do gene causal no locus. Isto é uma forte hipótese dado que aproximadamente 70% das variantes genéticas comuns para fenótipos identificados por Gwass para mapear regiões reguladoras do genoma [ 41 ]. Os autores correlacionaram as significativas SNPs associados a urato com expressão de genes em vários tecidos de bancos de dados publicamente disponíveis. Os tecidos incluídas várias células brancas do sangue, tecido adiposo, várias células neuronais, fibroblastos, osteoblastos, e no fígado, embora não tecido ou linha celular renal foi analisado. Do total loci significativa à escala do genoma 28, oito mostraram forte ( P <1 × 10 -4 evidência) para a associação com várias sondas de expressão.Notável nesta análise foi clara evidência de que o sinal de associação intergénica no INHBB local (Figura 4 ) foi associado com expressão de INHBB no fígado. Isso fornece evidências de que INHBB é o gene causal neste locus. No ABCG2 , a variante rs2231142 (Q141K), que é altamente provável que seja uma variante de causalidade neste locus [ 36 ], foi associada com ABCG2 expressão no fígado [ 4 ]. Isto é consistente com a evidência funcional de que os alelos de aumento de urato (141 K) reduz os níveis de expressão de proteína ABCG2 [ 37 ], e com a hipótese de que ABCG2 (conhecido para o transporte de ácido úrico [ 36 ]) opera em vias extra-renais para influenciar os níveis de urato [ 39 ]. Não havia associação com a expressão de ambos BAZ1B e MLXIPL no tecido adiposo, no BAZ1B local. Isto pode reflectir a expressão coordenada de genes intimamente ligados, mas é consistente com o papel de MLXIPL (que codifica o factor de transcrição de glucose-responsivo ChREBP) na activação da transcrição de genes glicolíticos. Interpretação dos resultados nas restantes cinco loci (TRIM46 , GCKR , SFMBT1 , SLC17A1 e ATXN2 ) é menos óbvia. Por exemplo, houve uma forte associação com múltiplas sondas expressão em conjuntos de dados de expressão com o neurais CUX2 gene no ATXN2 local. A abordagem eSNP não precisam de ser reaplicados ao loci 28 urato, utilizando uma ampla gama de conjuntos de dados de expressão em tecidos que incluem tecidos renais e intestinais enterócitos de diferentes estádios de desenvolvimento.
Figura 4
LocusZoom fotos de associação regional em europeus no estudo de Köttgen e colaboradores [ 4]. O polimorfismo de nucleotídeo único top associado (SNP) é rotulado, e outros SNPs associados são coloridos de acordo com a força de desequilíbrio de ligação (vermelho = Alto; roxo = muito baixo). -log 10 P é no eixo y da esquerda. (A) Ilustrando múltiplos genes subjacentes a um sinal de associação de urato de soro nos loci INHBC e TRIM46. (B) Como exemplos de sinais de associação que definem um gene causal único de alta-prévia probabilidade. (C) Os exemplos de sinais de associação intergénicas.
Existem alguns loci, onde o gene causal parece óbvio ( HLF , HNF4G , IGF1R , e PRKAG2 ), onde o sinal é associado rigidamente restrita dentro de um único gene (Tabela 1 e Figura 4 ). No entanto, outras abordagens (genéticos e funcionais) são necessários para confirmar estes como os genes causais. O locus FTO no controle de peso é um exemplo salutar. Dada a restrição apertada do sinal de associação para o gene FTO, tem sido largamente assumido que o efeito causal deve à proteína FTO. No entanto, foi agora demonstrado que a variantes associadas ao peso em FTO interagir com o promotor do vizinho IRX3 gene de [ 42 ], sugerindo que IRX3 podem mediar o efeito do sinal de associação em FTO.Alguns sinais são fortemente restringidas a um intergénica segmento ( INHBB , MAF , e VEGFA ), indicando que o controle de urato é provavelmente intensificador-mediada por controle da expressão do gene causal. Estes sinais de associação mostram que a maior parte considerável de variantes genéticas comuns associados a fenótipos humanos para mapear regiões funcionalmente importantes do genoma que regulam a expressão de genes [ 41 ]. Como ilustrado por INHBB [ 4 ], a abordagem eSNP será particularmente útil nestas situações.
Contribuição genética em diferentes grupos ancestrais
Grupos da população, tais como Taiwan aborígines e polinésios (principalmente samoano, Tonga, Niue, Tokelau e Ilha Cook e Nova Zelândia maori) têm níveis mais elevados de ácido úrico no soro inerentemente, como evidenciado por estudos epidemiológicos meados do século 20 e as provas pré-histórico para a gota [ 43 ] . As populações contemporâneas têm prevalências de gota de mais que o dobro das de outros grupos de população (os europeus, por exemplo [ 44 ]). Isto sugere que um aumento da prevalência de variantes genéticas de angariação de urato, alguns dos quais podem ser único, contribui para urato de sensibilização e risco de gota. Esta hipótese tem sido geralmente difícil de avaliar, com apenas urato de angariação de variações genéticas descobertas nos europeus examinados até agora. Há, no entanto, alguma indicação de que prevalências de alelos de angariação de urato são mais elevados e tamanhos de efeito é mais forte em Taiwan aborígines e polinésios [ 45 , 46 ]. Para melhor avaliar a possível contribuição de variantes genéticas específicas da população, conhecidos e candidato urato loci precisam ser resequenced em Taiwan aborígines e polinésios.
As variantes genéticas associadas a urato como ferramentas para estudos de randomização mendeliana
Uma questão importante é saber se biomédica hiperuricemia e gota são causal de condições metabólicas associadas, como hipertensão e doença cardíaca e renal. Estudos observacionais que respondem por fatores de confusão medidos sugerem que a hiperuricemia é causal. No entanto, esses estudos, não importa quão bem concebido, não pode remover todas as fontes de confusão. Como variantes genéticas associadas com o fenótipo são exposições biológicos presentes desde a concepção, os processos biológicos que influenciam pode ser considerado como causador de fenótipo. Este princípio constitui a base para a técnica de genética mendeliana randomização que está cada vez mais sendo aplicada para compreender as relações de causa-efeito biológico e que remove confusão como uma questão fundamental para desembaraçar as relações de causa-efeito. Esta técnica pode ser comparado a um ensaio clínico randomizado, no qual os indivíduos são distribuídos aleatoriamente pela natureza para separar exposição (alelo que levanta exposição biológica de interesse) e controle (outro alelo) grupos de formação de gametas e concepção e seguiu para a evolução da doença.Usando variantes genéticas associadas a urato, particularmente aqueles dentro do SLC2A9 lócus, como substitutos para a exposição (urato) randomização mendeliana apresentou elementos de prova que urato não é causal para a doença isquêmica do coração, síndrome metabólica, função renal reduzida, ou aumento dos níveis de triglicérides [ 47 - 50 ].
A hereditariedade ausente no controle urato: variantes comuns e interação gene-ambiente
A hereditariedade é definida como a percentagem de variabilidade fenotípica que é explicado por variantes genéticas herdadas. Em humanos, geralmente é calculado a partir de estudos com gêmeos que comparam concordância fenotípica entre mono e pares de gêmeos di-zigótica. Ele inclui todos os efeitos genéticos, incluindo epistasis (interações genéticas não-aditivos) e interações não-aditivos com exposições ambientais (GXE). A hereditariedade dos níveis de urato é estimada como sendo cerca de 60% [ 51 ]. Típico da situação para outros fenótipos complexos, a proporção da variância dos níveis de urato explicado por variantes genéticas comuns detectados por GWAS é baixo (7,0%) [ 4 ], o que representa apenas uma pequena proporção do componente genética. Este problema tem sido chamado de "herdabilidade falta" [ 52 ], com a explicação (s) para esse fenômeno não resolvido.
Em conjuntos de dados GWAS, os cálculos para estimar as contribuições de SNPs para uso herdabilidade dados de caso-controle transversais. Estes produzir o 'narrow-sentido "herdabilidade ( h 2), em que apenas a herdabilidade do efeito médio de variantes genéticas que agem de forma independente (aditiva) é estimado e contribuições de epistasia e não-aditivo-ambiente gene (GXE) interações são ignoradas . Existem várias teorias para explicar a herdabilidade em falta: (a) que as variantes causais comuns de efeito fraco passar despercebido em Gwass, (b) que não detectadas variantes raras, com efeitos a maior tamanhos contribuir, (c) que as estimativas de herdabilidade de variantes genéticas conhecidas que são derivados dos modelos narrow-senso são subestimados devido à contribuição desaparecidos da epistasia entre loci, e (d) do mesmo modo que as estimativas de herdabilidade em sentido restrito são subestimados por causa da diferença inexplicada de contribuição de efeitos não-aditivos GXE. No controle de urato, há evidências para apoiar possibilidade (a);27% a 41% (dependendo do conjunto de dados) de herdabilidade é explicado quando todos os SNPs comuns e não apenas os SNPs estatisticamente significativos são considerados [ 4 ]. Será possível tratar possibilidade (b) quando toda a variação genética pode ser avaliada a partir de todo o genoma grandes conjuntos de dados de sequências. Melhoria em abordagens analíticas e poder computacional irá permitir o teste de (c) a partir de dados atuais GWAS. No que diz respeito (d), há evidências de que as interacções GxE não-aditivos vai explicar uma proporção subestimado da hereditariedade que falta na urato. Além do SLC2A9- interacção SSB discutido anteriormente [ 26 ], existe uma interacção não-aditiva entre a exposição ao álcool e o gene da lipoproteina-proteína relacionada com o receptor 2 ( LRP2 ) ( rs2544390 ) no risco de gota em populações polinésias, onde o protector efeito do genótipo t-positivo é negada por exposição ao álcool [ 53 ].Finalmente, uma interacção não-aditiva entre uso de diuréticos e em cada genótipo de SLC2A9 e SLC22A11 no risco de gota em hipertensos tem sido relatada em Atherosclerosis Risk in Comunidades estudo [ 54 ]. Essas descobertas, sujeitas a mais amplo de replicação e apoio de estudos intervencionistas, também levantam a possibilidade de abordagens personalizadas para a gestão da hiperuricemia.
Associação dos loci urato com gota
Como esperado, a maioria dos loci de urato também são fatores de risco para a gota [ 4 , 12 , 13 ], com apenas quatro loci (INHBB , HNF4G , UBE2Q2 , e BCAS3 ) ainda não foi formalmente associada a gota em um nível nominal de significância. Uso de casos conjuntos de amostras maiores de gota deve permitir que isso seja feito. O alelo de angariação de urato nos europeus está associada a um risco aumentado de gota na maioria considerável de circunstâncias, inclusive em polinésios [ 12 ]. As exceções a esta são PRKAG2 e HLF onde o alelo de angariação de urato Europeia protege de gota em polinésios [12 ]. Esta observação pode ser útil na variante causal em cada locus sob a hipótese de que os SNPs associado (-mapeamento fino rs10480300 e rs7224610 ) não são causais e que existe um haplotipo recombinante diferenciação risco gota nestes loci. A variante causal pode ser esperado para mapear a ADN circundante onde o mesmo alelo de variantes genéticas que consistentemente associar com risco de gota em ambos os grupos ancestrais.
Embora a correlação entre o aumento do tamanho do efeito sobre o tamanho de urato e efeito sobre a gota é visto [ 4 ], é lógico esperar que variantes genéticas com um efeito semelhante sobre ácido úrico deve ter um efeito semelhante sobre o risco de gota. No entanto, este não é necessariamente o caso. Os alelos de risco de GCKR , SLC16A9 , SLC22A11 , e INHBCestão associados com um aumento médio no soro de urato de 0,004 mmol / L [ 4 ]. Destes loci, GCKR tem um tamanho de efeito que é consistentemente maior na gota; GCKR está associada com gota no Europeu, razão chineses, japoneses e conjuntos de amostras polinésia (odds (OR) = 1,3 a 1,5 em conjuntos de amostras, onde a gota é clinicamente verificada ) [4 , 12 , 13 , 55 ]. INHBC também está consistentemente associada no Europeu e polinésia embora com uma menor OR de aproximadamente 1,15 [ 4 , 12 ]. Em contraste, SLC22A11 não está consistentemente associada a gota, ea evidência para a associação relatada por Köttgen e colaboradores [ 4 ] nos europeus (OR = 1,14) não foi replicada em outros lugares (OR = 0,98) [ 45 ]. A evidência ainda mais fraca para a associação de SLC16A9 com gota em Köttgen e colaboradores [ 4 ] (OR = 1,10, P = 0,017) também não foi replicado em outros lugares (OR = 1,01) [ 12 ]. Portanto, há claramente efeitos inconsistentes sobre associação com a gota entre os quatro loci com efeitos muito semelhantes em ácido úrico. Estas observações podem resultar de uma falta de independência entre as vias moleculares de controle de ácido úrico e apresentação clínica da gota na presença de hiperuricemia (isto é, efeitos pleiotrópicos do loci associados a urato) ou de confusão de ácido úrico e risco de efeito de gota tamanhos por desmedida ou desaparecidos exposições ambientais (por exemplo, como visto em SLC2A9 ) ou de ambos. Em futuros estudos clínicos e epidemiológicos, será importante investigar por que loci como SLC16A9 e SLC22A11 inconsistente associar com gota.
Genética de gota na presença de hiperuricemia
A herdabilidade da gota é claro, eo único estudo com gêmeos relataram uma ampla intervalo de confiança de 95% (de 0% a 58,1%) [ 51 ]. Apesar de esta incerteza, é razoável esperar que as variantes genéticas controlar o desenvolvimento de gota na presença de hiperuricemia; embora hiperuricemia é necessário para a gota, não é suficiente uma vez que nem todas as pessoas hiperuricêmicos desenvolver gota. Os genes candidatos mais fortes são as que têm influência no reconhecimento imune inata e da resposta aos cristais MSU, embora os genes envolvidos na formação de cristais de MSU são possíveis. No entanto, existe apenas uma associação replicados de um gene imune gota com: um SNP dentro do candidato TLR4 gene imune inata está associada a gota em chinês (OR = 1,42, P <1 × 10 -4 ) [ 56 ]. Esta associação não foi evidente nos europeus quando os controles são usados uniestratificada (OR = 1,26, P = 0,10). É importante salientar, no entanto, o tamanho do efeito aumenta consideravelmente ea associação é estatisticamente significativa quando os controles hiperuricêmicos assintomáticos são utilizados (OR = 1,63, P = 0,009) [ 57 ].
O maior gota GWAS publicado até hoje usado 3.000 casos europeus aninhados dentro das coortes utilizados no GWAS urato por Köttgen e colaboradores [ 4 ]. A gota GWAS resultados decepcionantes; única SLC2A9 e ABCG2 foram associados a um nível de todo o genoma de significância. Uma das principais razões para isso é a fenotipagem onde os casos foram verificados por auto-relato ou o uso de alopurinol (que também é usado em hiperuricemia assintomática) ou de ambos, resultando em conjuntos de amostras "caso", que incluirá participantes sem gota. O SLC17A1 lócus tem o terceiro efeito mais forte sobre ácido úrico [ 4 ] e tem sido associada com a gota em estudos de genes candidatos em conjuntos de amostras japoneses, europeus, e polinésios apurados pela avaliação clínica, onde o OR foi consistentemente cerca de 1,5 [58 , 59 ] . Notavelmente, o tamanho do efeito para SLC17A1 na referida gota GWAS foi consideravelmente mais fraco em uma OR de 1,16 [ 4 ]. Embora não houvesse associação significativa quando o locus foi especificamente testado ( P = 0,01), o efeito mais fraco significa que o sinal estava escondido no ruído estatístico inerente a um GWAS. Assim, existe uma necessidade para uma gota GWAS em conjuntos de amostras clinicamente verificados, a fim de identificar a não-soro de urato factores de risco genéticos para a gota (por exemplo, RST4), que são susceptíveis de ter efeitos fracos (OU <1,4).Idealmente, tal GWAS usaria pessoas com hiperuricemia assintomática como controles, que seria de esperar para ter herdado variantes genéticas que protegem a partir de desenvolvimento de gota na presença de hiperuricemia.
Agradecimentos
O autor gostaria de agradecer a Philip Tan por compartilhar seus conhecimentos sobre SLC2A9.
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