論文にみる疾患感受性遺伝子解析



今回、参考にした論文は、The SERPINE2 Gene is Associated with Chronic Obstructive Pulmonary Disease by Dawn L. DeMeo et al. Am J Hum Genet 2996; 78:253-264(URL)

  • イントロダクション
    • Common diseaseの1つであるCOPD(慢性閉塞性肺疾患(まんせいへいそくせいはいしっかん:URL)関連遺伝子の探索論文。
    • COPDは、タバコを大きなリスクファクターとする疾患であり、その遺伝解析についてはOMIM(URL)にても、その概要が確認できるが、古くは1963年にalpha 1-antitrypsin欠損がCOPDのリスクファクタとして知られるも、その遺伝素因を有するCOPD患者はごくわずかであり、その他のCommon variantによる遺伝的寄与の関与が疑われ、連鎖解析などが行われてきている。連鎖解析はその解像度の問題から、関連遺伝子の同定にはいたらず、また、既知機能に基づく候補遺伝子アプローチによる、non-conclusiveな結果が蓄積している点は、その他の数多くの複合遺伝性疾患における遺伝子解析とその歴史を一にするものである
    • また、COPDの遺伝子解析にあたっては、発病をフェノタイプとして解析するとともに、その病勢・病型を定義づけする臨床指標(呼吸機能検査値など)をフェノタイプとして遺伝子解析が行われてきている点でも、複合遺伝性疾患の1代表例と言える。このように疾患を代弁するフェノタイプを中間フェノタイプ(intermedicate phenotype)と称する
    • タバコのように、組み込むべき明快な環境要因がある点も雛形疾患として適当
  • メソッド
    • 候補遺伝子の選択
      • ヒト連鎖解析結果から
        • 重症・早発COPD家系に対して実施された連鎖解析において、中間フェノタイプであるFEV1/FVCに対して連鎖の認められた2q領域をLOD=1.5の範囲にて区切った
        • 上記候補領域中のヒト遺伝子のマウスカウンターパートにつき、正常マウス肺の体系的発現解析を実施し、発達段階により発現変化を認めた遺伝子を選択
          • 領域中に34プローブ=24マウスオーソログ(これが網羅しているかどうかは不明)
          • データが得られたのは、そのうち25プローブ(23遺伝子)
          • SERPINE2は強シグナルがあり発達・分化段階別の発現比の変化大であり、好候補。そのほか2遺伝子の計3遺伝子をスクリーニングイン
        • ヒト中等度-重度COPD切除肺気腫肺(18)対正常-minimal肺気腫性変化切除肺(16)における体系的発現解析により、候補遺伝子を選別
          • マウス発現データにより絞られた3遺伝子についてケースコントロール比較。呼吸機能検査値を量的フェノタイプとして相関解析(以降の関連検定でカテゴリカルにしているところとの一貫性が甘い)。ヒト成人肺におけるタンパクレベルでの発現を免疫染色で確認
    • 関連解析
      • フェノタイプ
        • 呼吸機能検査値の補正(人種補正を含む)
        • 値による順序付きカテゴリカルデータ
      • 領域SNPの選択
      • 3独立コホートによる2解析(家系・一般集団)
        • Boston-Early-Onset COPD(家系)
          • 呼吸機能検査に基づく確認とalpha 1-antitrypsin欠損の除外による発端確認。それに引き続くfirst, second-degree relativesのリクルート。127 probands, 949 individualsによる、家系内コントロールによる関連解析(PBAT:Pedigree-Based Association Test)。要因補正(年齢・性別・身長・定性的喫煙歴・定量的喫煙歴)
        • NETT(ケース)対NAS(コントロール)
          • NETT:COPD臨床治験参加者304
          • NAS:経年追跡コホート。2280健常人。喫煙歴(+)。男のみ
          • 個別SNP
            • HWE・アレル頻度比較(2x2分割表検定)・ジェノタイプtrendテスト
          • ハプロタイプ
      • 関連SNP・関連ハプロタイプの要素を排除して先行連鎖解析を再評価(LOD attenuation)して、LODの低下を確認(ただし消失はせず)
        • 喫煙歴による層別化でLOD attenuationは強化される
        • SERPINE2遺伝子内に関連多型が潜んでいるからか、周辺に真の関連多型があるからかの弁別はできていない
    • とれてきたSERPINE2遺伝子とは
      • エクソン、44kDa、細胞性・細胞外マトリクス関連セリンプロテアーゼインヒビタ(凝固線溶関連。既知機能としては、Thrombin,urokinase plasminのインヒビタ)

Summary
Association studies of selected candidate genes of COPD by combination of positional selection based-on linkage study and mouse/human expression profiles identified COPD-associated polymorphisms in SEPINE2 gene, a cellular/extra-cellular matrix-associated serine protease inhibitor with unknown precise function.
Backgrounds
COPD, chronic obstructive pulmonary disease.
Chronic bronchitis and emphysema
Complex human disease of lungs
Characterized by chronic cough and sputum with decreased capacity of air change as well as decreased vital capacity and diffusion efficiency
Deficiency of alpha 1-antitrypsin, a protease inhibitor, is known to increase risk of COPD
Intermediate phenotype of COPD and categorization of severity
FEV1/FVC, one of the most common indices of clinical respiratory function test, to classify COPD.
Strategy
1. A region of linkage-positive with FEV1/FVC in chromosome 2q indicated by a preceding study (LOD>1.5) : 34 genes
2. Selection of genes in the segment when mouse counterparts were expressed in normal mouse lungs with significant change per developmental stages : 3 genes
3. Expression of the three genes in lungs were tested for correlation with COPD-status intermediate phenotype : 1 gene (SERPINE2)
4. SNP-discovery of exons/exon-intron boundaries of SERPINE2
5. Two sample setsconsisted of three cohorts to test association between COPD and polymorphisms in SERPINE2
6. Stratification of samples with smoking history and other demographic features