Genoomi hõlmavad andmed näitavad uudseid metotreksaadi vastuse geene juveniilse idiopaatilise artriidi juhtude suures rühmas | farmakogenoomika ajakiri

Genoomi hõlmavad andmed näitavad uudseid metotreksaadi vastuse geene juveniilse idiopaatilise artriidi juhtude suures rühmas | farmakogenoomika ajakiri

Anonim

Õppeained

  • Juveniilne idiopaatiline artriit
  • Farmakogeneetika

Abstraktne

Juveniilse idiopaatilise artriidiga (JIA) laste kliiniline vastus metotreksaadi (MTX) ravile näitab märkimisväärset heterogeensust. Praegu puuduvad usaldusväärsed ennustajad reageerimata jätjate tuvastamiseks: varasem tuvastamine võib viia suunatud ravi. Me genotüübisime 759 JIA juhtumit Ühendkuningriigist, Hollandist ja Tšehhist. Kliinilisi muutujaid mõõdeti uuringu alguses ja 6 kuud pärast ravi algust. I faasi analüüsimisel analüüsiti proove seoses MTX-vastusega, kasutades ACR-pedi kategooriate normaalset regressiooni ja kliiniliste muutujate muutuse lineaarset regressiooni, ning tuvastati 31 geneetilist piirkonda ( P <0, 001). II faasi analüüs suurendas SNP tihedust kõige tugevamalt seotud regioonides, tuues välja 14 piirkonda ( P <1 × 10 –5 ): kolm sisaldavad geene, millel on eriline bioloogiline huvi ( ZMIZ1 , TGIF1 ja CFTR). Need andmed näitavad rolli uutes radades MTX-i vastuses ja edasised uuringud seotud piirkondades aitavad saavutada meie eesmärki ennustada vastust MTX-ile JIA-s.

Sissejuhatus

Juveniilne idiopaatiline artriit (JIA) on heterogeenne seisund muutuva tulemusega ja märkimisväärse pideva haiguskoormusega. 1 Uuringud näitavad, et JIA-st tingitud funktsionaalne puue ja tüsistused on paljudel JIA-ga teismelistel ja noortel endiselt tavalised ning varajase kontrollimatu põletiku tagajärjed võivad liigestele ja muudele kudedele pöördumatult kahjustada. 2, 3, 4 Seega on JIAga laste pikaajaliste tulemuste parandamine endiselt kriitiline väljakutse. Värskeimad JIA uuringud on näidanud, et liigesepõletiku varajane kontroll on korrelatsioonis palju paremate tulemustega, mis viitab varajasele võimaluste aknale, kui haiguste tõrje võib anda pikaajalist kasu. 5 On teada, et mitte kõik lapsed ei reageeri ühelegi antud ravile võrdselt. Hoolimata uute terapeutiliste võimaluste suurenevast kättesaadavusest põletiku ravimiseks JIA-s, pole arstidel valideeritud vahendeid, mis aitaksid prognoosida heale ravivastusele teatud ravimile. Seetõttu on praegune ravistrateegia pakkuda haigusi modifitseerivaid ravimeid järjestikuses lähenemisviisis, valikud põhinevad tavaliselt rohkem kuludel või ohutusprofiilil kui teaduslikel tõenditel.

JIA esmavaliku haigust modifitseeriv aine on metotreksaat (MTX). Ehkki MTX on tõestatud efektiivsuses randomiseeritud uuringutes ja hea pikaajalise ohutuse osas, näitab MTX-le reageerimine JIA-s märkimisväärset heterogeensust, märkimisväärse reageerimata jätmise määraga 35% või enam juhtudest. 6 Lisaks on konsensus vastuvõetavaks peetava reageerimise taseme osas nihkunud ja nüüd toetatakse põletiku täieliku kontrolli eesmärki. 7 Need arengud koos uuemate bioloogiliste raviviiside üha suureneva kättesaadavusega pakuvad biomarkerite avastamiseks täiendavat hädavajalikkust, et aidata tuvastada lapsi, kes vajavad varajast agressiivset ravi, võrreldes nendega, kellel on kliiniliselt passiivne haigus võimalik ainult MTX-i abil.

Ravile reageerimine arvatakse olevat keeruline tunnusjoon, mis hõlmab paljusid geneetilisi variante ja keskkonnategureid. 8 Kuid tänaseks on MTX-vastuse geneetilised uuringud piiratud nii JIA kui ka reumatoidartriidi (RA) osas ning nende puhul on kasutatud ainult kandidaatgeeni lähenemist, keskendudes suures osas geenidele, mis mõjutavad MTX transporti ja ainevahetust, ensüümidele, mida mõjutavad MTX, ja adenosiini radadest, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, viimati üle vaadatud ref. 17.

Arvestades, et MTX toimemehhanismid JIAs on halvasti arusaadavad, võivad kandidaatgeeniuuringud jääda võtmemehhanismi seisukohast olulistest radadest mööda. Muude haiguste farmakogeneetilised uuringud on näidanud, et muudel geenidel kui need, mis on otseselt seotud tuntud ravimiteedega, on sageli ravivastuse varieerimisel võtmeroll. 18 Geneetilise komponendi terviklikumaks kajastamiseks koondasime rahvusvahelise uurijate konsortsiumi (rahvusvaheline konsortsium CHARMS-JIA GWAS) ja kasutasime genoomi hõlmavat lähenemisviisi MTX-le reageerimise uurimiseks suures JIA-laste rühmas.

Tulemused

Pärast ranget kvaliteedikontrolli oli analüüsiks saadaval 694 JIA juhtu (täiendav tabel 1A ja 1B), mis hõlmasid kõiki ILAR-i alatüüpe (tabel 1). Kokku 31% lastest ei reageerinud ravile (vähem kui ACR-pedi30 vastus). Ravile reageerijate seas, kes olid liigitatud kõrgeima reageerimise taseme järgi, saavutas 8, 6% lastest ACR-pedi30, 14, 6% ACR-pedi50 ja 45, 8% ACR-pedi70 vastuse. Proovid rühmitati PC-analüüsis kokku (lisajoonis 1) ja seetõttu analüüsiti neid koos. Pärast SNiP kvaliteedikontrolli etappe ja madala sagedusega variantide eemaldamist (väikseim alleelsagedus <0, 05) lisati I faasi analüüsidesse 586 062 SNiP (täiendav tabel 1). Kvantilis-kvantiilsed graafikud ja inflatsioonifaktorid ei näidanud P-väärtuste süstemaatilist inflatsiooni (lisajoonis 2) ja võimsus oli hinnanguliselt vahemikus 10–100% erineva efektsuuruse korral analüüsitud proovi suuruses (lisajoonis 3).

Täissuuruses tabel

Ühtegi testitud potentsiaalset segavat muutujat (sugu, ILAR – JIA alatüüp, keskus, vanus ravi algul, ravi kestus, ravi kestus, steroidravi või etniliste kõrvalekallete tuvastamiseks loodud personaalarvutid) ei seostatud kõigi kuue individuaalse põhikomplektiga (andmeid pole näidatud); seetõttu ei tehtud analüüsivõimsuse kaotuse vähendamiseks lineaarset ega ordinaarset regressiooni.

Analüüsi I faasi genereerinud hüpoteesis, kasutades nii ACR-pedi kui ka individuaalseid tuumakomplekti muutujaid, saavutas 31 geneetilist piirkonda, mis hõlmas 75 läheduses asuvat geeni, meie määratletud olulisuse taseme ( P <0, 001 vähemalt seitsmest analüüsist kahes) Tabel 2 ja lisatabel 2. See sisaldas mitmeid tähelepanuväärseid assotsiatsioone, näiteks TGFbeta signaalimisega seotud geenid ( ZMIZ1 : MIZ-tüüpi tsingi sõrm, mis sisaldab 1 , TGIF1 : TGFB -indutseeritud faktor homeobox 1) ja mitme ravimi resistentsuse alamperekonna liige. ATP-d siduvad kasseti transportervalgud ( CFTR: tsüstilise fibroosi transmembraanse juhtivuse regulaator). I faasis oli kõige olulisem variant aktiivse liigesearvu (AJC) analüüsil kaltsiumikanali CACNA1I (pingest sõltuv kaltsiumikanali T-tüüpi alfa 1I subühik) intronis (rs136855, piirkond 31, β-koefitsient). = 2, 71, P = 9, 18 × 10 −8, vt lisa tabel 2). Kaks piirkonda näitasid paljudes analüüsides tugevat tõendusmaterjali 13 SNP-ga, mis olid seotud P < 1 × 10 –4-ga (piirkond 12, CFTR-CTTNBP2 : ParVAS, LJC, CHAQ; piirkond 20, ZMIZ1: ACR-pedi, ParVAS, ESR, CHAQ) LJC, AJC; joonis 1). Kasutades analüüsi avastusfaasis leiduvat 31 olulist geneetilist piirkonda, oli järgmiseks analüüsiks huvipakkuva geneetilise piirkonna kitsendamine.

Täissuuruses tabel

Image

a ) ZMIZ1 (piirkond 20) lineaarne regressioonanalüüs ESR muutuse kohta MTX-töötlusega, selle piirkonna suurim tulemus rs2802369 oli lilla. Sarnaseid tulemusi saadi selle piirkonna ParVAS, CHAQ ja ACR-pedi analüüside kohta. ( b ) CFTR-CTTNBP2 (piirkond 12) lineaarne regressioonanalüüs lapsevanema üldise hindamise jaoks (ParVAS), selle piirkonna parima tulemuse rs757278 värvus on lilla. Sarnaseid tulemusi saadi selle piirkonna ACR-pedi ja LJC analüüside kohta. Koordinaadid põhinevad NCBI36 komplektil.

Täissuuruses pilt

  • Laadige alla PowerPointi slaid

Analüüsi II etapp hõlmas SNP-de imputeerimist I etapis tuvastatud 31 piirkonnas, et täpsustada assotsiatsioonisignaale, suurendades SNP tihedust. Pärast imputeerimist, kasutades suurenenud II faasi olulisuse läve P <1 × 10 −5, tuvastati see analüüs esialgsest 31 geneetilisest piirkonnast 14, mis olid MTX-le reageerimisega kõige tugevamalt seotud (tabel 3, lisajoonis 4). Mitmes geenipiirkonnas (piirkonnad 16, 17, 23 ja 28) ilmnes AJC ja LJC jaoks SNP-de kattuvaid assotsiatsioone. Ühes neist piirkondadest (piirkond 23, ANGPTL5 - KIAA1377 vahel intergeenne 11. kromosoom) oli ülaosaga seotud SNP sama (rs11225055) ja ülejäänud kolmes piirkonnas olid AJC ja LJC analüüside jaoks kõige olulisemad seotud SNPd väga kõrge ahela tasakaalustamatus ( r2 = 0, 97). Kõigis neljas piirkonnas, kus ilmnes seos ACR-pedi-ga (piirkonnad 2, 12, 20 ja 24), seostati ka ParVAS ja / või PhysVAS skoorid.

Täissuuruses tabel

Tabelis 3 kõige rohkem seostatud II faasi SNiP-de funktsionaalsed märkused (pluss SNP-d kõrge seose tasakaalustamatuses ( r 2 > 0, 8) nende plii SNP-dega) määrati tarkvara Assimilator abil. 30 Täiendavas tabelis 3 esitatud tulemused näitavad, et analüüsi II etapis määratletud piirkonnad sisaldavad tõendeid paljude regulatsioonimarkerite kohta ja rõhutavad paljusid võimalikke funktsionaalseid mehhanisme. Teatud piirkonnad olid praeguste andmebaasidega vähem kaetud, näiteks piirkond 14, mis sisaldab geeni CSMD1. Teistel, sealhulgas piirkonnal 30, mis sisaldab geeni CYTH4 (tsütoheziin 4), on rohkem tõendeid regulatiivse aktiivsuse kohta, sealhulgas mitmel SNP-l, mis näitavad, et nad toimivad ekspressioonikvantitatiivsete tunnuste lookustena. 32

Arutelu

Hiljutised arengud lapseea artriidi ravis ja ravis on suurendanud nii arstide, vanemate kui ka patsientide ootusi haiguse täielikuks ohjamiseks ja sellest tulenevalt pikaajaliste kahjulike tervisemõjude vähenemist. 4, 5, 33 JIA ravi esimene samm, paralleelselt liigese süstidega, on tavaliselt MTX manustamine; siiski on selge, et osa MTX-iga ravitud patsientidest ei reageeri adekvaatselt. Arvestades hiljutisi soovitusi varajase agressiivse ravi kohta, on oluline, et MTX-ravi oleks suunatud neile lastele, kellel on kõige tõenäolisem hea reageerimine. 34 Kui me mõistame paremini geneetiliste variantide mõju MTX ravivastusele, võib see aidata arstidel valida oma patsientide jaoks parimad ravivõimalused ja tuvastada agressiivsemat ravi vajavad patsiendid. Suuremahuliste geeniuuringute läbiviimine, otsides MTX ravivastusele vastavaid variante, on väga huvipakkuv, kuid JIA suhtelise harulduse ja hästi koordineeritud rahvusvaheliste jõupingutuste puudumise tõttu on see osutunud keerukaks. Seda silmas pidades hõlbustas rahvusvaheline konsortsium CHARMS-JIA GWAS ravimifaktsioonide hoolikalt fenotüpiseeritud reageerimise ja MTX-iga ravitava JIA-ga laste DNA-proovide kogumist nende artriidi jaoks, mis võimaldab JIA-s seni suurimat MTX-vastuse geneetilist analüüsi. Analüüsi I etapis tuvastati kokku 31 piirkonda, mis olid seotud vastusega MTX-le P <0, 001. Nende geneetiliste piirkondade kitsendamiseks lisati analüüsi II faasis täiendavaid SNP-sid, mille tulemused 14 piirkonnas rahuldasid rangemat piirväärtust P <1 × 10 –5 . Kõige tugevamalt seotud lookus oli CACNA1I , mis kodeerib madala pingega aktiveeritud kaltsiumikanali alfa-ahelat, mis on seotud neuronite kaltsiumi signaliseerimisega ja millel võib olla muid rolle, mida pole veel vaja iseloomustada. Muud märkimisväärsed seotud geenid hõlmavad CFTR , ZMIZ1 ja TGIF1. Kuigi selle analüüsi põhjal tuvastatud geenid vajavad replikatsiooni sõltumatutes kohordides, pakuvad nad MTX vastuse edasiseks uurimiseks mõnda usutavat uut kandidaati.

Üks märkimisväärset huvi pakkuv seos on tsüstilise fibroosi transmembraanse juhtivuse regulaatori geen CFTR . Selle piirkonna maksimaalne assotsieerumissignaal on CTTNBP2 allavoolu geeni 3´-otsas (joonis 1b); see on huvitav, kuna on teada, et CTFR ekspressiooni reguleerib kompleksne struktuurne silmus, mis hõlmab seda CTTNBP2 piirkonda. 35 CFTR, tuntud ka kui ABCC7 , kuulub ATP-ga seonduvate kassettide transporterite perekonda, täpsemalt mitme ravimiresistentsuse alamperekonda. Need valgud on teadaolevalt olulised ravimite transportimisel ja elimineerimisel. 36 Huvitaval kombel on hiljuti näidatud, et samas alamperekonda kuuluv geen ABCC3 , mis on teadaolevalt seotud MTX effluxiga, sisaldab SNP-d (rs4793665), mis on seotud MTX vastusega 287 Hollandi JIA patsiendi kohordis. 10 See avastus viis selle geeni oma tulemustesse spetsiifilise ülevaatamise, hoolimata sellest, et see ei vastanud I või II faasi valikukriteeriumidele. Leidsime, et rs4793665 ei olnud selles uuringus otseselt genotüpiseeritud ega kiibil olnud SNP-sid r 2 = 0, 8 piires; genotüübiga ABCC3 intronites / eksonites oli aga 38 SNP-d, 15-ga oli seos meie kohordis P <0, 05 analüüsitud MTX vastuse tulemustega (välja arvatud ESR). Neist kõige rohkem seostatud, rs4148411, ABCC3 introni piires , leiti PhysVAS analüüsis ( P = 7, 55 × 10 −5 ) ja see on vähese ahelaga tasakaalustamatuses SNP-ga, mille tuvastasid de Rotte ja tema kolleegid 10 ( r 2 = 0, 02)., mis viitab sellele, et selle geeni põhjalik täiendav uurimine on õigustatud.

Huvitav on see, et meie uuringus tuvastati mitu TGFbeta signaalimisega seotud geeni, mis on seotud vastusega MTX-le. ZMIZ1 on tuvastatud mitmetes autoimmuunhaiguste GWAS- ides . 37, 38, 39, 40 See on aktiveeritud STAT perekonna valgu inhibiitori liige, reguleerib teadaolevalt mitmeid transkriptsioonifaktoreid (androgeeni retseptor, Smad3 / 4, p53) ja TGFbeta / SMAD signaaliülekandeid ning on indutseeritud retinoehappe poolt. 41 On hästi teada, et TGFbeta / SMAD ja retinoiinhape omavad olulist rolli Th17 ja Tregi rakkude tasakaalus, 42 mis teadaolevalt mõjutavad otseselt JIA raskust. 43 Seetõttu on selle geeni võimalik roll reageerimisel JIA-le märkimisväärset huvi. Seda leide kinnitades sisaldab veel üks seotud piirkond TGFbeta-indutseeritud faktori homeobox 1 ( TGIF1 ), mis on teadaolevalt SMAD2 aktiivne transkriptsiooniline tuumapressor ja moduleerib arüülsüsivesinike retseptori alareguleerimist. Need tulemused näitavad, et TGFbeta signaaliülekanne on tugev bioloogiline kandidaat haiguse aktiivsuse vähendamisel MTX-raviga. Need andmed pakuvad erilist huvi, kuna need paralleelselt viivad läbi meie geeniekspressiooni profiilianalüüse, mille käigus tuvastati TGFbeta signaaliülekanne, TGFB-2 ja SMAD signaalvalkudega interaktsioonis olev tsingi sõrmevalk ZEB1, mis on seotud MTX vastusega lastel JIA. 14

Neli ACR-pedi staatusega seotud geneetilist piirkonda näitasid samuti seoseid ParVAS-i või PhysVAS-iga. Mõnedes uuringutes võib ACR-pedi staatuse kasutamine põhjustada raskusi pikaajalistes vaatlusrühmades täheldatud andmete puudumise tõttu. See leid viitab sellele, et ACR-pedi, ParVAS ja PhysVAS skoorid mõõdavad MTX vastust sarnaselt, mis toob kaasa võimaluse, et nii ParVAS kui ka PhysVAS saab kasutada ravivastuse mõõtmiseks, kui täielikud kliinilised andmed puuduvad.

Meie andmetel on see esimene aruanne põletikulise artriidi MTX vastuse suuremahulise geneetilise seose uuringust; Hoolimata mitmetest rahvusvahelistest jõupingutustest JIA ja RA tervikuna GWAS-i uuringutes, pole MTX-i vastuste varasemat laiaulatuslikku analüüsi tänaseks saadaval, võib-olla osaliselt seetõttu, et piisavate arvu juhtumite kogumine koos üksikasjalike vastuseandmetega ja ka DNA. Uuringus, milles uuriti beeta-interferoonravi MS-s (kasutades 53 reageerijat ja 53 mittereaktorit), leiti, et kõige paremad assotsiatsioonid olid glutamaadi ja interferooni retseptorites, rakutsüklist sõltuvas valgus ning guanosiini trifosfataasi aktiveerivates ja tsingi sõrmevalkudes, kõik geenid, mis teadaolevalt ei osale otseselt ravimite metabolismi rajas. 46 Hiljuti avaldatud GWAS-ga 706 RA-ga patsiendil, keda raviti intertsilukiin-6 retseptorile suunatud biotsiidiga totsilizumabiga, leiti kaheksa oletatavat lookust, mis olid seotud totsilizumabi efektiivsusega; kuid ükski neist ei olnud teadaoleva RA riski ega interleukiin-6 retseptori radades. 18 Samamoodi viitavad meie tulemused sellele, et mitmed geenid määravad vastuse MTX-ravile JIA-s, mitte ainult teadaolevatel MTX-radadel. Tegelikult ei vastanud ükski MTX raja geenidest, mida oli varem uuritud nii JIA kui ka RA kandidaatide geeniuuringutes, meie II faasi valikukriteeriumidele. Võimalik, et see on tingitud varasemate uuringute väikesest valimi suurusest ja võimsuse puudumisest, mille tulemuseks on valepositiivsed assotsiatsioonid, ning seda võivad lisaks segada meie uuringu võimsuse piirangud, sealhulgas ACR-pedi hinnete kättesaadavus ainult meie kohordi alamhulgale. Hoolimata sellest on MTX raja geenides tugeva seose puudumine huvitav ning võib arvata, et MTX ja edusse kaasatud geenide toimingute mõistmiseks ja täielikuks selgitamiseks võib olla oluline uurida uudseid radu ja mehhanisme, mida seni pole teada. või MTX-ravi ebaõnnestumine. 47 Samuti soovitab see, et nii RA 16 kui ka JIA 9 jaoks varem välja töötatud MTX tõhususe ennustamise mudeleid saaks veelgi parendada või veelgi optimeerida, lisades MTX raja geenidest väljapoole täiendavaid geneetilisi variante.

Varasemad uuringud JIA MTX-vastuse geneetika kohta on olnud vähesed, sageli alajuhitavad, uuringud, milles kasutati kandidaatgeeni lähenemist, keskendudes MTX-i ravimite kulgemise geenidele. Seevastu see uuring on mahukas ja hõlmab põhjalikult genoomi, mis on esimene omalaadne JIA jaoks. Oleme tuvastanud mitu huvipakkuvat piirkonda, millest kolm näitavad märkimisväärset funktsionaalset kattumist geenide ja radadega, mis on seotud geeniekspressiooni profileerimise ja varasemate kandidaadigeeni uuringutega. Iga kliinilise tulemuse muutuja individuaalset analüüsimist näitasime , et nende geneetiline panus MTX-i vastusesse võib erineda, ehkki huvitavate kattuvustega uutes kandidaatides, sealhulgas TGIF1 , ZMIZ1 ja CFTR . Nende leidude kinnitamiseks on nüüd vaja tuvastatud põnevate uudsete piirkondade edasist sihipärast kopeerimist. See uuring annab suurepärase aluse geneetiliste riskimudelite edasiseks arendamiseks MTX vastuse ennustamiseks.

Täiendav teave

Wordi dokumendid

  1. 1

    Täiendav teave

Lisad

1. lisa

Laste artriidi tuleviku uuring (CAPS)

Eileen Baildam, Nick Bishop, Lynsey Brown, Joanne Buckley, Alice Chieng, Roberto Carrasco, Joanna Cobb, Lucy Cook, Joyce Davidson, Annette Duggan, Michael Eltringham, Helen Foster, Elizabeth Friel, Mark Friswell, Janet Gardner-Medwin, Paul Gilbert, Vikki Gould, Kelly Hadfield, Kimme Hyrich, Julie Jones, Sham Lal, Mark Lay, Gabrielle Lloyd, Olivia Lloyd, Carol Lydon, Natasha Makengo, Ann McGovern, Alexandra Meijer, Nicola Mills-Wierda, Theresa Moorcroft, Vicki Price, Liang Qiao, Kay Riding, Jane Sim, Tauny Southwood, Wendy Thomson, Maureen Todd, Susan Tremble, Katharine Venter, Debbie Wade, Peter Ward, Sharon Watson, Gwen Webster, Lucy R Wedderburn, Jadranka Zelenovic.

Sparks-lapsepõlve artriidi vastus ravimite uuringule (CHARMS)

Katrin Buerkle, Joanna Cobb, Catherine Cotter, Angela Etheridge, Paul Gilbert, Anne Hinks, Shashi Hirani, Laura Kassoumeri, Sham Lal, Laura Melville, Halima Moncrieffe, Kathleen Mulligan, Stanton Newman, Fiona Patrick, Tauny Southwood, Wendy ThuSon, Simona, Lucy R Wedderburn, Pamela Whitworth, Patricia Woo.

Briti laste ja noorukite reumatoloogia seltsi (BSPAR) uurimisrühm

Mario Abinum, A. Bell, Alan W. Craft, Esther Crawley, Joel David, Helen Foster, Janet Gardener-Medwin, Jane Griffin, A. Hall, M. Hal, Ariane L. Herrick, P. Hollingworth, Lennox Holt, Stan Jones, Gillian Pountain, Clive Ryder, Tauny Southwood, I. Stewart, Helen Venning, Lucy R. Wedderburn, Patricia Woo, Sue Wyatt.

Täiendav teave on lisatud ajalehe The Pharmacogenomics Journal veebisaidil (//www.nature.com/tpj)