מחקר זה חושף את המתווה הגנטי של חלבוני נוזל השדרה, ומגלה סמנים חדשים ומטרות טיפוליות שעשויות לפתוח התקדמות באבחון ובטיפול של אלצהיימר.
מחקר: ניתוח פרוטאוגנומי של נוזל מוחי שדרה אנושי מזהה ויסות רלוונטי מבחינה נוירולוגית ומעריך חלבונים סיבתיים למחלת אלצהיימר. קרדיט תמונה: Kateryna Kon / Shutterstock
במחקר שפורסם לאחרונה ב גנטיקה של הטבעחוקרים חקרו את החתימה הגנומית של פרוטום הנוזל השדרתי האנושי (CSF).
מחקרי אגודות רחבי גנום (GWAS) הפכו נפוצים במהלך 15 השנים האחרונות, כאשר אלפי אנשים חוקרים מחלות ותכונות רבות, וחושפים לוקוסים הקשורים למחלה. עם זאת, תרגום קשרים למסלולים וטיפולים הוא מאתגר, שכן זיהוי גנים סיבתיים והאינטראקציות ביניהם דורש שילוב של נתוני אומיקס וניתוחים נוספים במורד הזרם.
ניתוחים של הרגולציה הגנטית של ביטוי גנים תיארו לוקוסים המשפיעים על רמות ה-mRNA; עם זאת, ניתוחים כאלה מחמיצים את הביולוגיה הרלוונטית למחלה. חוץ מזה, המתאם בין רמות ה-mRNA והחלבונים המקודדים שלהם חלש, ולכן החפיפה בין לוקוסים כמותיים של ביטוי (eQTLs) ו-QTLs חלבונים (pQTLs) נמוכה גם כן.
מחקרים שחקרו קשרים גנטיים של חלבונים התמקדו בעיקר בפלזמה, ודיווחים מצביעים על חפיפה מועטה בין פלזמה ופרוטוגנומיה של המוח. עם זאת, מיקוד לחלבוני CSF הצליח להבהיר גנים סיבתיים בכמה מוקדי מחלה. עם זאת, מחקרים מוגבלים על ידי גדלי מדגם קטנים.
המחקר והממצאים
במחקר הנוכחי, חוקרים חקרו את החתימה הגנומית של פרוטאום CSF. ראשית, בוצע ניתוח פרוטאוגנומי של ה-CSF תוך שימוש בנתונים גנטיים ופרוטאומיים מ-3,506 אירופאים שאינם קשורים. אלה כללו 1,021 נבדקים עם מחלת אלצהיימר מאוחרת (AD), 1,242 חולים עם הפרעות נוירודגנרטיביות אחרות ו-1,243 נבדקים אופייניים מבחינה קוגניטיבית. ניתוח זה זיהה 2,477 אסוציאציות של pQTL עבור 2,042 aptamers.
מתוכם, 48.6% היו עָבָרpQTLs, ו-51.4% היו סיס-pQTLs. לאחר מכן, בהתחשב בעובדה שמחלה נוירולוגית נפוצה במערך הנתונים, החוקרים קבעו אם ה-pQTLs עקביים בקרב נבדקים בריאים מבחינה קוגניטיבית ומושפעים. הם ריבדו נבדקים לקבוצות סמנים ביולוגיים רלוונטיים ל-AD ובחנו קשרים לכל קבוצה. זה חשף מתאם חזק בין קבוצות, מה שמרמז כי pQTLs היו עקביים בכל מצבי מחלה.
יתר על כן, בוצעו ניתוחים מותנים על כל פולימורפיזמים נוקלאוטידים בודדים באינדקס כדי לזהות אותות בלתי תלויים בלוקוס. בסך הכל, זוהו 3,885 עמותות עצמאיות על תנאי. בעוד שלרוב החלבונים (54.4%) היו אסוציאציות בודדות, לשני חלבונים, גלוטתיון S-transferase μ1 וחלבון ויסות אותות β1, היו ≤ 16 בלתי תלויים cis עמותות.
לאחר מכן, החוקרים בחנו את החפיפה של CSF pQTLs עם pQTLs בפלזמה שמקורם ב-5,000 חלבונים. בסך הכל, 4,735 aptamers חפפו, מכסים 73.5% מה-CSF pQTLs. מתוכם, 67.6% לא הצליחו להתמקם, מה שמצביע על אותות ספציפיים ל-CSF. יתר על כן, החוקרים השוו סיס-אסוציאציות pQTL ל-eQTLs מרקמות רלוונטיות נוירולוגית ודם מלא. הם ציינו את החפיפה הגבוהה ביותר עם eQTLs של קליפת המוח/מוח הקטן.
כמעט מחצית סיס-pQTLs לא התמקמו עם eQTLs. בין אלה שחפפו, 78.9% התמקמו עם רקמה רלוונטית מבחינה נוירולוגית. בסך הכל, 33.6% מה-CSF סיס-pQTLs היו חדשים ולא התמקמו עם eQTLs. לאחר מכן, גרסאות אינדקס pQTL מכל אסוציאציה קובצו באמצעות חוסר שיווי משקל בקישור כדי לזהות אזורים גנומיים המווסתים חלבונים מרובים. בסך הכל, 166 אזורים היו קשורים לפחות לשני חלבונים.
יש לציין כי שלושה אזורים היו קשורים ליותר מ-50 חלבונים. אלה היו chr19q13.32, chr3q28 ו-chr6p22.2-21.32.
ניתוחי העשרת סוג תא ומסלול בוצעו עבור שלושת האזורים הגנומיים הללו כדי לחקור את ההקשר הסלולרי של החלבונים המווסתים. רק pQTL אחד מאזור chr3q28 נצפה בפלזמה, מה שמצביע על כך שמדובר בנקודה חמה ספציפית ל-CSF. האפוליפופרוטאין E (APOEאזור ) ב-chr19q13.32 היה קשור לרוב החלבונים ב-CSF. יותר קשרים נצפו באזור זה ב-CSF מאשר בפלזמה.
חלבונים עם אסוציאציות באזור chr19q13.32 כללו סמנים ביולוגיים ידועים של AD. יתר על כן, הצוות שילב אסוציאציות של pQTL עם AD באמצעות מחקר אסוציאציות רחב של פרוטאומה (PWAS), אקראי מנדליאני (MR) וקולקליזציה. ה-PWAS חשף קשרים משמעותיים בין 125 pQTLs (עבור 108 חלבונים) לבין AD.
MR הציע 17 חלבונים כסיבתיים לכאורה ל-AD. ל-32 חלבונים היו QTLs שהופיעו יחד עם סיכון ל-AD. מבין החלבונים שהועדפו על ידי MR, colocalization ו-PWAS, שמונה היו משמעותיים בכל שלוש השיטות, בעוד ש-38 היו משמעותיים לפחות בשניים. בוצע חיפוש DrugBank כדי לזהות תרכובות טיפוליות לחלבונים הקשורים ל-AD.
מתוך 38 החלבונים הסיבתיים, תרופות היו זמינות עבור 15 חלבונים. לבסוף, הצוות פיתח ציון סיכון פרוטאומי לבחירת מנבאים של סטטוס AD במערך אימון והעריך את יכולת הניבוי שלו במערך בדיקות עצמאי. מודל החיזוי ריבד במדויק את המשתתפים בשני מערכי הנתונים והציג ביצועים טובים יותר מציון סיכון פוליגני. ביצועי המודל נשארו עקביים לאורך APOE גנוטיפים וגילאים.
מסקנות
לסיכום, החוקרים זיהו 3,885 אסוציאציות משמעותיות של pQTL עבור 1,883 חלבונים, שהיו מאוד ספציפיים לחלבונים ול-CSF. הם גם צפו באזורים גנומיים בעלי מוטות CSF בכרומוזומים 19q13.32 ו-3q28 מאוד. שילוב של pQTLs עם AD גילה 38 גרסאות סיבתיות לכאורה וכמה מועמדים לתרופה ל-AD. בנוסף, מודל חיזוי המבוסס על החלבונים הקשורים ל-AD השתפר ב-PRS בכל ההיבטים, והדגיש את הקרבה של חלבונים למחלות ביחס לגנטיקה.
