GWAS EN ENFERMEDADESCARDIOVASCULARES

Luis Alfredo Bautista Balbás6º medicina

GWAS• Genome-wide association study

• Estudio de la asociación de un gran número de SNPs a una determinada enfermedad, rasgo o condición; es decir, diferencias estadísticamente significativas de su presencia entre casos y controles.

• 2007: Primer estudio en enfermedades cardiovasculares. • En auge: http://www.genome.gov/gwastudies Base de datos. 6-2011: 1449 GWA (p<5x10-8)

• Se pueden considerar el paso siguiente a los estudios de ligamiento para buscar asociaciones genéticas. ¿Son el paso previo a los estudios de secuenciación?

• Enfermedades crónicas complejas <-> código genético.• Variabilidad genética:

– VNTR– Microsatélites– SNPs: Variaciones en un solo nucleótido que presentan una frecuencia >5%

(≠mutación).

• Hay ~10 millones de SNPs en el genoma humano.

• Están por todo el genoma, con cierto nivel de ligamiento. Por tanto, estudiar

500000 puede ser suficiente para obtener una buena panorámica de la variabilidad genética.

• GxE GWAS

FASES• Varias fases: Descubrimiento y replicación.• Los tamaños muestrales suelen y deben ser muy elevados, porque buscan alelos de efectos

pequeños.• Consorcios, muchas veces geográficamente dispersos. Metaanálisis.• Genotipado: Empleo de chips de DNA y sistemas ópticos de lectura. Buscar uniformidad. Hay

métodos para valorar SNPs con desequilibrio de ligamiento que no han sido genotipados.#25

• Fenotipado: Posibles problemas (ej: diferentes criterios diagnósticos entre centros).• Controlar similar participación de casos y controles. Sesgos. Factores de confusión. Eliminar valores atípicos

(varias técnicas).#25

• Problemas: Estratificación poblacional, parentesco oculto. Solución: Genomic control, Principal component analysis (Determinar los principales determinantes de la varianza genética; elegir los que tienen correlación geográfica.)

• Métodos estadísticos complejos. Variantes (ej: Slavin et al: asociación de dos marcadores, 2011).

• ¿Por qué se exige que p<5*10-9 (ó valores en ese rango)?

– Si cogemos p<0,05, hasta uno de cada veinte SNPs sería un falso positivo por puro azar.

– (Aparte de la corrección de Bonferroni, hay otras maneras de evitar el error de comparaciones múltiples)

• Asegurarse de que los resultados positivos no son atribuibles a desequilibrio de ligamiento con otros positivos.

• Resultados: OR en general muy modestos. Hay que interpretarlos con cierta precaución. A veces, destacan regiones o cromosomas. Muchas de las asociaciones suceden en intrones o en DNA intergénico.

Ventajas• Libres de hipótesis=>

Libres de “prejuicios” y asociaciones preconcebidas.

• A veces han revelado resultados inesperados. (ej: factor H del complemento - DMAE).

• Conocer el verdadero valor de otras asociaciones. A veces los resultados de estudios de ligamiento o de GWAS pequeños no han sido replicados por GWAS grandes.

• Entender el significado de los endofenotipos y biomarcadores.

• Agregación de resultados=> N muy elevados (hasta 200000#10)

• Favorece la creación de consorcios de colaboración, a veces para sucesivos estudios.

Inconvenientes• Cuanto menos frecuente es un SNP

más grande debe ser la muestra; los estudios no suelen mostrar toda la variabilidad sino sólo la asociada a alelos comunes con grandes efectos.

• ¿Utilidad a corto o medio PLAZO?

• Halla loci. A veces se tienen dudas de cuál es el gen implicado (ej: ACV.

rs11984041 => HDAC9. ¿Quizá TWIST1 o FERD3L?). Otras es más fácil identificarlo (ej homocisteinemia, loci rs4267943 en CENPQ, atribuido a MUT)#8

• A veces no sabemos si el riesgo de la enfermedad se puede atribuir al loci o a otro que no hemos probado y con alto desequilibrio de ligamiento.

• Problemas éticos. Que hay que solventar

• Es un estudio caro y complejo.

Q-Q Plot, control de calidad

Efecto de la estratificaciónpoblacional

Tras corregir la estratificaciónpoblacional

Sin las asociacionesestadísticamente significativas(quizá queden otras que no hanalcanzado significación estadística)

Estadístico observado

Estadísticoesperado

El Q-Q plot valora las asociaciones observadas, comparándolas frente a la línea de identidad (no asociación).

Genomic control: Valor de lambda (factor de inflación) que divide al estadístico para evitar sobreestimar.Principal component analysis.

Línea de identidad

Manhattan Plott• Hay muchos puntos (muchos loci), pero sólo

algunos alcanzan significación estadística). • Forma típica (pocas torres de puntos). Si no, valorar

la calidad del estudio. (debida al efecto del ligamiento).

• Suele aparecer en el estudio, no hace falta acudir a los materiales suplementarios.

• (Imágenes)

#10, #14,...

HTAGPR39 (rs13420028-rs10188442): Receptor 39 acoplado a proteína G. Expresión en tejido atrial.#1

Queratinocitos: Zn2+->ZnR/GPR39 -> + Reparación celular #12

XRCC4 (rs6452524-rs6887846): Reparación de roturas de doble cadena a través de recombinación homóloga. #1

MYO6 (rs3798440-rs9350602): Miosina 6. Motor molecular intracelular que actúa vía actina. #1A En diversos tejidos.

ZFAT (rs7827545-rs1372662): Zinc finger and AT hook domain. Regulador inmune. Resultado muy replicado. #1 Necesario para la formación de redes capilares y remodelado vascular (cordón umbilical).#20

MACROD2 (rs200752): MACRO domain containing 2.#1 También asociado a obesidad. Parece ser una OAADPr deacetilasa#18

Mutaciones missense. HFE (hierro) y SLC39A8 (Zinc, Cadmio y Magnesio). #10 (el último asociado con niveles HDL e IMC).

rs17367504, en intrón de MTHFR, cerca de NPPA y NPPB péptidos natriuréticos #10

ATP2B1 (rs17249754, 5kb 5’): ATPasa membrana plasmática; eflujo de calcio de las células. Aumenta su expresión en músculo liso aórtico de rata espontáneamente hipertensiva.#10

rs601545: GNAS (proteína que media transducción de señal de receptores cardiacos) y EDN3 (endotelina 3) no son los más cercanos pero sí los más plausibles. #10

rs11191548: CYP17A1 (enzima de la vía de mineralocorticoides)GOSR2 (rs17608766, intrón): sistólica. Golgi SNAP receptor complex member 2. Concuerda con

datos previos.#10

NPR3: Natriuretic peptide clearance receptor. #10

GUCY1A3, GUCY1B3: Guanilato ciclasa, KO en ratones les causa HTA. #10

ADM (Adrenomodulina) (rs7129220, 20kb 3’): Natriurético, vasodilatador e hipotensor. #10

Riñón: SLC4A7 (Cotransportador sodio bicarbonato), PLCE1 (isoforma epsilon de fosfolipasa C; desarrollo de podocitos en el riñón). #10

verde: Halladas en análisis de dos variantesSNPs de más efecto en valores TA

• Un GWAS sólo demuestra asociación (a una patología, rasgo y/o biomarcador).

Péptidos natriuréticos

Canal de cloro

Loci en intrón deMetilen-tetrahidrofolatoreductasa

Pero puede abrir el camino a estudios posteriores:Ej: Identificación de haplotipos con relación dosis dependiente con niveles de NT-proBNP.#26

Precursores de péptidosnatriuréticos A y B

El SNP está en el gen de MTHFR pero su asociación a HTA se puede atribuir a los genes cercanos NPPA y NPPB

Un ejemplo de vía asociación poco conocida y

poco esperada: Macro D2.

AlgunassirtuínasProteína

(histona…)

Lys

Ac

NADO-Acetil-ADP-ribosa

Proteína(histona…)

Lys

+ +

El dominio MACRO se une a derivados de ADP-ribosa, ejerciendofunciones en diversos sistemas

O-Acetil-ADP-Ribosa y la vía de las sirtuínas.#19

Desacetilación

OAADPr

ADP-ribosa

ADPr

Cambio metabólicoReducir generación de ROSDesviar glucosa a prevenir daño oxidativo

Unión de Sir2, Sir4 a nucleosomas, silenciando genes

-

TRPM2+Canal de calciono selectivo

Susceptibilidad a muerte celularSecreción de insulinaMigración célulasinflamatorias

¿A qué se debe la asociación con el loci en

MACROD2? Sólo intuímos dónde puede actuar. No conocemos el rol de su actuación o el significado de la asociación.

Estrés metabólicoH202

PARP+

Ca2+

Otras proteínas MACRO, silenciamiento génico

Menor potencialde membranamitocondrial

Degrada-ción por otras vías

Muchas asociaciones se producen engenes de los que sabemos muy poco.

MACROD1,

¿MACROD2?

HTA (cont).• PLEKHA7 (rs381815, intrón): Pleckstrin homology domain-containing family member

A7. En zónula adherenes de células epiteliales, papel en la adherencia de con microtúbulos. #10

• rs1195363, a 250kb de EBF1 (Early B-cell factor 1, que codifica la transducción de señales olfatorias) y a 800 kb de SOX30 y ADAM19 (metaloproteasa asociada con enfermedad renal). #10

• CACNB2 (2 SNPS: rs4373814 a 10kb 5’, rs1813353 intrón): Subunidad 2 de canal de calcio voltaje dependiente. #10

• rs4590817 C10orf107: Open reading frame. Mecanismo nada claro. #10

• Diferencias raciales: En significiación estadística de los SNPs y en la dirección del efecto.#10

• En japoneses: SNPs con variación de nucleótido. ADC (arginina descarboxilasa), PLD2 (fosfolipasa D2). (Problema: pocos SNPs).#11

• En africanos-americanos.#9 Ninguno est. sign. para TA diastólica.– PMS1 (rs574318, intrón): Reparación de DNA. Alterado en HNPCC3.– SLC24A4 (rs11160059, intrón): Intercambiador sodio/potasio/calcio.– CACNA1H (rs3751664, codificación no sinónima): Canal de calcio voltaje dependiente, tipo T,

subunidad 1H. Diana del mibefradil.– YWHAZ (rs1736594, intrón): Proteína de la familia 14-3-3 que media transducción de

señales al unirse a proteínas que contienen fosfoserina. Interacciona con IRS1 (sustrato del receptor de insulina).

– IPO7 (rs1227920, intrón): Importina 7. Pertenece a una familia cuyo papel es traslocar proteínas al núcleo.

Coronary artery disease • 9p21: Cerca de CDKN2A y CDKN2B. #1 Muy replicado. SNPs no están

asociados con infarto de miocardio recurrente (en pacientes con enfermedad arterial coronaria establecida).#4 rs1333049 C => Enfermedad más temprana y más extensa.#4

• HFE2: Gen causante de la hemocromatosis 2. Se expresa en el corazón.#1

• STK32B: Serín-treonín kinasa 32 B.#1

• DIP2C: Moderada expresión en tejidos adultos y fetales. Situado en región con CNVs.#1

• Consorcio CARDIoGRAM: Meta-análisis (22233 casos y 64762 controles)+ replicación (60738 individuos)=>23 loci

– 17 de los 23 actúa por vías poco conocidas.– (si heredabilidad=40%) Sólo logra explicar un 10% de la varianza genética aditiva de la

heredabilidad.– ADAMTS7; COL4A1, COL4A2; ANKS1A; PPAP2B; TCF21 (transición mesénquima-

epitelio); HHIPL1 (¿?);…– rs964184 (región de ZNF259, APOA5-A4-C3-A1): ↓HDL,↑CT, ↑LDL– ABO (rs579459): correlación CT y LDL estadísticamente significativa.– Ordenado por número alelos de susceptibilidad presentes, del percentil 10 más alto

al más bajo, el RR de CAD es de 1,88. – Estos loci podrían servir de base para un test genético.

9p21 #21, #22

• rs10757278-G

• rs10811661-T

CADAneurisma aorta abdominal (OR 1,31)

Aneurisma intracraneal (OR 1,29)

Diabetes tipo 2 (OR 1,29)CDKN2ACDKN2B

no genes

10kb

OR de IM. 1,4 homocigotos; 1,25 heterocigotos.OR de IM temprano: 2,02 homocigotos; 1,49 heterocigotos

También asociado significativamente a CAD y aCAD sin IM

Riesgo atribuible poblacional del 21% para IMy del 31% para casos de inicio temprano

Ictus cardiogen/aterosclerótico de gran arteria (OR 1,15)

Enfermedad arterial periférica (OR 1,14)

RAP=26%

Lento crecimiento

Las enfermedades en las que influye nos orientan hacia el rol fisiopatológico de este SNP.

¿Remodelado y o reparación vascular?

rs10116277 mortalidad de cirugía de bypass arterial coronario en caucásicos#27

HFE-> HTA, HFE2->CAD. ¿Por qué?

Hepcidinaox-LDL

Inflamación

Si hayeritrofagocitosis.#15

+

La deplección de hierro estabiliza las lesionesateroscleróticas en animales

Niveles dehierro en elmacrófago

HFE mutada

Hemocromatosis

Hepcidina

Hierro en elmacrófago o SRE

Menos aterosclerosis

El hierro en la placa arterial, ¿un factor de riesgo modificable para arteriosclerosis?#16

Riesgo de cardiopatía isquémicaen la hemocromatosis:HR = 1,05; 95% CI, 0.97-1.15) #17

SNPs en HFE, HFE2

?

ACV#5

• Cardioembólico: Cerca de PITX2 y en ZFHX3: que tienen SNPs asociados a FA.

• De gran vaso (arteria cerebral o rama cortical): HDAC9 (rs11984041 A=> 4x riesgo). Proteína que inhibe la miogénesis, está involucrada en el desarrollo cardiaco.

• Combinado: ¿?

Aneurisma de aorta abdominal• 9p21

• DAB2IP (rs7025486, intrón)#24: proteína interaccionante con DAB2; es una RAS-GTPasa supresora del crecimiento celular (vía PI3K-Act, Ras) y promotora de apoptosis (vía JNK y p39 MAPK). Este SNP también resultó estar asociado a infarto de miocardio, enfermedad arterial periférica y embolismo pulmonar, pero no a aneurisma intracraneal o ictus isquémico. Además influye en varios tipos de cáncer.

• LRP1 (rs1466535, intrón)#23: low-density-lipoprotein receptor-related protein 1. Es una proteína gran proteína transmembrana endocítica (para 40 ligandos) y con función reguladora (colesterol) y de señalización (proliferación de músculo liso vascular, neuro desarrollo, etc). Ratones KO para ella desarrollan AAA (sobre todo en presencia de elevados niveles de lípidos plasmáticos). Su expresión está significativamente aumentada en el alelo (C) de riesgo, el cual además podría crear un sitio de unión a SREBP-1.#23

Otros• Embolismo venoso:#7 Cascada de coagulación.

– ABO: Grupo sanguíneo. No-O tienen más riesgo que O.– FV y FXI: Factores de la cascada de coagulación.– FGG: Fibrinógeno gamma.

• Arteriopatía periférica.#6

– OSBPL10: Oxysterol binding protein-like10. Variantes asociadas a dislipemia.

• Fibrilación auricular (europeos) #13

– rs17042171 (4q25) (cerca del factor de transcripción PITX2 -> asimetría izquierda-derecha del corazón). (Varios estudios hallan SNPs en esa área.)

– ZFHX3 (intrón) (regulación de la diferenciación miogénica y neuronal; supresor tumoral).

• Homocisteinemia#8: Genes de enzimas (MTHFR, CBS, CPS1, MUT, NOX4, DPEP1); mecanismo en general predecible.

Calibre de vasos retinianos #14• Para evaluar el estado de la microcirculación. Sólo estadísticamente

significativos los calibres venulares, considerados un endofenotipo de la microcirculación asociado con enfermedad cardiovascular.

• RASIP1 (rs2287921): Exp en endotelio de vasos sanguíneos y es esencial para el ensamblaje y la migración angiogénica de la célula endotelial.

• 5q14: Zona intergénica. El más cercano 200kb downstream: MEF2; myocyte enhancer factor. Factor de transcripción de miocitos (con otros papeles en epitelio.)

• Rs225717: Junto a VTA1 (tráfico intracelular: vesículas luminales del endosoma) y NMBR  (implicado en la defensa inmune, corteza suprarrenal, etc.)

• 12q24: Muchas señales– ATXN2: Ataxina (ataxia espinocerebelosa tipo 2). Otro SNP en ese gen

(rs653178) asociado a función renal, celíaca y presión arterial media.– SH2B3: expresión en endotelio, vías de homeostasis linfoide, mieloide y de

plaquetas. Proteína de supresión de señales rs3184504, también asociado a diabetes tipo I; y a hipertensión arterial#10. KO SH2B3 son viables pero hipersensibles a citokinas. A 400000kb: gen de Acetaldehído deshidrogenasa-2, el cual se ha implicado previamente en HTA.

– PTPN11: Proteín-tirosín fosfatasa no receptor. Muchos tejidos, muchas funciones.

– rs11065987 (ATXN2) y rs11066301 (PTPN11) asociados a: x1,5 calibre venular; niveles Hb, Hto, plaquetas en sangre; descrita asoc. a TA; descrita asoc. a enfermedad arterial coronaria e infarto de miocardio.

ATXN2SH2B3

PTPN11HFE

HFE2

XRCC4

reparar

Péptidos natriuréticos

Canales y transportadores iónicos

Gruposanguíneo

FV, FXIFibrinógenocad gamma

PITX2

ZFHX3

embólicode gran vaso

HDAC9

9p21Genes asoca CT, LDL, HDL

APO

DAB2IP

Proliferaciónapoptosis

-+

RASIP1

OSBPL10PMS1

Canal deCa2+ V.d.

Guanilato ciclasa

Aplicabilidad en tests• Test genéticos para el consumidor: No son útiles por

cinco razones#28: Bajo valor predictivo; los tests

no consideran factores no genéticos; actualmente no cambiarán las recomendaciones. Todavía están en desarrollo: es posible que un test futuro proporcione diferentes resultados. Su información suele proceder de datos de estudios caso-control, no de estudios empíricos. Los pacientes suelen requerir consejo médico para interpretar sus resultados.

• HTA: – Decil de más riesgo genético (prevalencia HTA 29%) vs decil de menos (16%). #10

– Quintil superior vs inferior difieren de media en 4,6 mm TAS y 3,0mm TAD.#10

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