Ugrás a tartalomhoz

Genetika és genomika

Falus András, László Valéria, Tóth Sára, Oberfrank Ferenc, Pap Erna, Dr. Szalai Csaba (2014)

Typotex Kiadó

Gén-környezet kölcsönhatás vizsgálata a genomikai érában

Gén-környezet kölcsönhatás vizsgálata a genomikai érában

Az elmúlt években a genomikai módszerek ugrásszerű fejlődésével és az egyre nagyobb és minőségileg is jobb klinikai és biológiai adatokkal rendelkező biobankok kialakításával megnőtt a lehetőség a gén-környezet kölcsönhatások alaposabb vizsgálatára. Ma már több etnikumból van több 100 ezres populáció összegyűjtve, részletes adatokkal, és szintén több 100 ezer főnél végeztek már el teljes genom-SNP-szűrést, azaz GWAS-t. A rendelkezésre álló adatok és mérési eredmények hosszú évekre ellátják a kutatókat olyan adatokkal, amelyeket különböző szempontok alapján és módszerekkel lehet újraelemezni. Az alábbiakban bemutatunk néhány eredményt, amelyek a genomikai érában keletkeztek, és felhasználták a legújabb lehetőségeket.

Egy nagy, több populációt érintő vizsgálatban azt vizsgálták, hogy a CAD- és MI GWAS-vizsgálatokban legerősebb hatást mutató 9p21 genomrégióhoz kapcsolódó rizikónövekedést befolyásolják-e különböző környezeti hatások [12.36]. A legnagyobb hangsúly a vizsgálatban a diéta hatására irányult. A vizsgálatba bevont személyek által fogyasztott diétát három típusra osztották. Orientális (jellemző ételek pl. szója, tofu, pácolt ételek, zöldleveles zöldségek, tojás, illetve alacsony cukorbevitel), nyugati (tojás, hús, sült és sós ételek, cukor, diófélék, desszert) és prudens (bölcs, előrelátó, ésszerű, angolul „prudent”) (nyers zöldségek, gyümölcsök, diófélék, desszert, tejtermékek). A prudens diéta csökkent MI-kockázatot mutatott (OR = 0,81), míg a nyugati diéta emelkedettet (OR =1,14), az orientális nem asszociált MI-vel. A 9p21 régióból 4 korábbi GWAS-ban erős MI-asszociációt mutató SNP-t választottak ki. A vizsgálatba különböző etnikumú populációkat vontak be az INTERHEARTstudy-ból (európai, dél-ázsiai, kínai, latin-amerikai és arab populáció). A vizsgálatban összesen 8114 egyén (3820 beteg (MI-n átesett) és 4294 kontroll) vett részt. Az SNP-k 1,18–1,28 OR-értékkel többnyire asszociációt mutattak MI-vel. Kivételt jelentett az arab populáció, ahol ilyen összefüggést nem találtak. Ezután azt vizsgálták, hogy a dohányzás, fizikai aktivitás vagy a diéta befolyásolja-e az SNP-k kockázatnövelő hatását. A dohányzás és a fizikai aktivitás nem befolyásolta, a diéták közül a prudens diéta viszont befolyásolta mind a 4 SNP kockázati értékét. A legerősebb diéta-SNP hatást az rs2383206 SNP-nél mértek. Abban a csoportban, akik a legalacsonyabb prudens értéket kapták (azaz a legkevesebb ilyen ételt fogyasztották) az SNP OR értéke 1,32 (p = 6x10-7) volt, míg a legmagasabb prudens értékkel rendelkező csoportnál az SNP nem asszociált MI-vel (OR = 1,02; p = 0,68). A diéta-SNP kölcsönhatás mértéke etnikumonként különbözött. Legerősebb volt a dél-ázsiaiaknál, szignifikáns volt az európaiakban és a latin-amerikaiakban, a szignifikanciahatáron volt a kínaiakban, és nem volt tapasztalható az arabokban. Ha a prudens diétát tovább elemezték, akkor a nyerszöldség-diéta volt a meghatározó. A többi, a prudens diétához tartozó élelmiszerrel való korrekció nem befolyásolta a szignifikanciaértéket. Az eredmények replikációjához a prospektív FINRISKstudy populációját is megvizsgálták. Ez a populáció 19 129 egyénből állt, melyek közül 1014-ben alakult ki a nyomon követés ideje alatt CVD. Ebben a populációban a 9p21 rs2383206 SNP-je emelkedett CVD-kockázattal asszociált. Csökkent kockázattal asszociált a magas zöldség- és gyümölcstartalmú étrend (HR = 0,79). Ezeknek az ételeknek az alacsony fogyasztása itt is megemelte az SNP kockázati értékét (OR = 1,22–1,35), míg a magas zöldség- és gyümölcsfogyasztás eltüntette az SNP kockázati értékét. Az INTERHEART study résztvevőin az SNP-diéta kölcsönhatás legmagasabb és legalacsonyabb kockázati csoportja között kétszeres kockázatkülönbség volt MI-re (12.9. ábra). Ugyanez a FINRISK study résztvevőin CVD-re 1,66 volt [12.36].

Összefoglalva, ez a nagy vizsgálat azt mutatta ki, hogy a 9p21 régió kockázati alléljának hatását MI-re, illetve CVD-re az ún. prudens diétával csökkenteni lehet. A diéta meghatározó eleme a nyers zöldség volt. Az az étrend, amiben alacsony a prudens diéta, de főleg a nyerszöldség-tartalom, a 9p21 régió kockázati alléljának hatását erősíti. Hozzá kell még tenni, hogy ez a hatás etnikumfüggő volt, így pl. arab etnikumúaknál nem lehetett mérni. Ez utóbbi mutatja, hogy más genomikai és környezeti hatások is befolyásolják ezeket a hatásokat.

12.9. ábra - Diéta-SNP kölcsönhatás és a kockázati értékek miokardiális infarktusra, prudens diéta relatív mennyisége alapján felosztott populációkban

Diéta-SNP kölcsönhatás és a kockázati értékek miokardiális infarktusra, prudens diéta relatív mennyisége alapján felosztott populációkban

Az alacsony prudens diétát fogyasztó csoportban a 9p21 régió kockázati alléljára homozigótáknak van a legmagasabb MI-kockázatuk (OR = 1,98), összehasonlítva a másik allélra homozigóta (AA), és magas prudens diétát fogyasztókkal [12.36].

Az előzőhöz hasonló vizsgálatot végezek el obezitással kapcsolatban [12.37]. A vizsgálatba több mint 20 ezer európai eredetű embert vontak be. A résztevők kérdőívet töltöttek ki, amelyben kérdések szerepeltek arra vonatkozólag, hogy a munkahelyén milyen fizikai igénybevételnek van kitéve (pl., ülő- vagy állómunka, fizikai munka, nehéz fizikai munka), illetve szabad idejében milyen és mennyi fizikai aktivitást folytat. A fizikai aktivitás alapján 4 csoportra osztották a résztvevőket. Korábbi GWAS-ok alapján azonosítottak 12 génben (NEGR1, SEC16B, TMEM18, ETV5, GNPDA2, BDNF, MTCH2, FAIM2, SH2B1, FTO, MC4R, és KCTD15) egy-egy, azaz összesen 12 BMI-vel és obezitáskockázattal asszociáló SNP-t. Mindegyik allél 0,154 kg/m2 BMI-érték-növekedéssel asszociált, ami egy 170 cm magas embernél 445 g testtömeg-növekedést jelent. A kockázati allélok hordozása kumulatív volt. Amikor az inaktív csoportba soroltakat vizsgálták, a BMI-növelő allélok 0,205 kg/m2 növekedéssel asszociáltak (592 g/allél testtömeg-növekedés), ez az aktív csoportban csak 0,126 kg/m2 (364 g) (12.10. ábra) volt. Hasonló összefüggést figyeltek meg az obezitáskockázat vonatkozásában is. Ezek alapján az aktív életmód szignifikánsan csökkentette (40%-kal) a 12 SNP-vel asszociáló obezitáskockázatot, azaz mozgással a hátrányos genetikai háttér negatív hatását csökkenteni lehet.

12.10. ábra - A 12 BMI-t és obezitáskockázatot növelő SNP alapján számolt genetikai hajlamosító index függvényében az átlagos BMI-növekedés, fizikai aktivitás alapján aktív és inaktív csoportba sorolt európaiakban. Az ollószerűen szétnyíló két egyenes azt mutatja, hogy a fizikai aktivitás BMI-befolyásoló hatása a legnagyobb genetikai kockázati értékkel rendelkezőknél a legerősebb [12.37]

A 12 BMI-t és obezitáskockázatot növelő SNP alapján számolt genetikai hajlamosító index függvényében az átlagos BMI-növekedés, fizikai aktivitás alapján aktív és inaktív csoportba sorolt európaiakban. Az ollószerűen szétnyíló két egyenes azt mutatja, hogy a fizikai aktivitás BMI-befolyásoló hatása a legnagyobb genetikai kockázati értékkel rendelkezőknél a legerősebb 12.37

Több vizsgálat kimutatta, hogy az egész életen át tartó, rendszeres kávéfogyasztás csökkenti a Parkinson-kór (PD) kockázatát. A következő bemutatott GWAS-ban azt vizsgálták, hogy ezt milyen genomikai háttér befolyásolja. A vizsgálatot GWAIS-ak hívták (genome-wide association and interaction study), és a NeuroGenetics Research Consortium (NGRC) hajtotta végre 1458 betegen és 931 kontrollszemélyen, Illumina array-jel, több mint 800 ezer SNP-t genotipizálva (40). A legerősebb jelet az rs4998386 SNP-re és környékére kapták, a GRIN2A génben (16p13.2, 12.11. ábra). A gén az agyban működő glutamate [NMDA] receptor subunit epsilon-1 fehérjét kódolja, amely egy glutamátreceptor, és a neurotranszmisszió szabályozásában játszik szerepet, befolyásolja a mozgást és a viselkedést. Amikor a résztvevőket az elfogyasztott kávémennyiség alapján csoportosították, genomszinten szignifikáns kockázatcsökkenést csak az erős kávéfogyasztókban lehetett mérni (OR = 0,43). A T allél asszociált kockázatcsökkenéssel (vs. CC genotípus). A kevés kávét fogyasztó CC genotípusúakhoz képest az erős kávéfogyasztó CC genotípusúaknak 18%-kal alacsonyabb kockázata volt, míg a TC genotípusú erős kávéfogyasztóknak 59%-kal. Imputációval, azaz, amikor az LD-ben levő, de nem genotipizált SNP-ket is bevették az analízisbe, a genomrégióban található SNP-blokk erős kávéfogyasztókban, még alacsonyabb, OR = 0,41 kockázattal asszociált, ami 2,4-szeres kockázatcsökkenésnek felel meg. A gén szerepe biológiailag jól magyarázható ebben az összefüggésben. Későbbi vizsgálatok hasonló összefüggést találtak más koffeintartalmú élelmiszerekben is (pl. tea, csokoládé, koffeintartalmú üdítők), ami azt mutatja, hogy a védelemért a kávéban a koffein a felelős. A koffein egy adenozin A2A receptor agonista, amely a kalcium influxot erősíti az NMDA-n keresztül. Az adenozin A2A receptor agonisták PD állatmodellben neuroprotektívek voltak, azaz ez az útvonal fontos szerepet játszik PD-ben.

12.11. ábra - Manhattan-plot ábrázolása GWAIS-nak (genome-wide association and interaction study), Parkinson-kórban, erős kávéfogyasztókban. Itt azt vizsgálták, hogy az erős kávéfogyasztás milyen genetikai háttérrel kölcsönhatásban csökkenti a betegség kockázatát. A legerősebb összefüggést a GRIN2A génre kapták (legmagasabb -log10 (P) érték) (65). Letöltve: http://www.plosgenetics.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pgen.1002237 (2013. június 27.)

Manhattan-plot ábrázolása GWAIS-nak (genome-wide association and interaction study), Parkinson-kórban, erős kávéfogyasztókban. Itt azt vizsgálták, hogy az erős kávéfogyasztás milyen genetikai háttérrel kölcsönhatásban csökkenti a betegség kockázatát. A legerősebb összefüggést a GRIN2A génre kapták (legmagasabb -log10 (P) érték) (65). Letöltve: http://www.plosgenetics.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pgen.1002237 (2013. június 27.)

Ez az eredmény azt mutatja, hogy a gén-környezet kölcsönhatás GWAIS-vizsgálatával olyan géneket is azonosítani lehet, amelyeket korábbi genetikai, genomikai vizsgálatok (GWAS) nem detektáltak. Ez azt mutatja, hogy új géneket is lehet így találni, amelyek a hiányzó öröklődő hányad mennyiségét csökkenthetik más betegségekben is. Ezen túlmenően, talán még nagyobb jelentősége van, hogy a GRIN2A genotipizálás segíthet eldönteni, hogy PD-s betegek közül kinek, milyen kezelés lenne optimális. A jelenleg használt L-DOPA tüneti kezelés, a betegség romlását nem tudja megakadályozni. A glutamátreceptor-blokkolókkal történt klinikai vizsgálatok kudarccal végződtek. Talán, ha a GRIN2A genotípus alapján csoportosítani lehetne a betegeket, lenne olyan alcsoport, mely pozitívan reagálna erre a kezelésre.