Les études d'association larges du génome (GWAS) ont identifié des centaines de régions du génome contenant des milliers de variantes génétiques associées à l'asthme, mais il n'est toujours pas clair quelles variantes ont un lien causal réel avec la maladie. Cet écart « variant à fonction » est l'un des plus grands défis à l'utilité de ces études génomiques et a motivé les chercheurs à développer de nouveaux outils pour donner un sens aux résultats GWAS.
Une nouvelle étude réalisée par des chercheurs de l'Université de Chicago combine des données génétiques et des outils de calcul améliorés pour examiner de plus près les résultats GWAS pour l'asthme adulte et d'apparition infantile. La recherche a identifié de nombreuses variantes génétiques avec une forte probabilité d'avoir un effet causal sur les deux types d'asthme, ouvrant la voie à de nouvelles études pour cibler les gènes liés à ces variantes comme traitements potentiels.
L'étude, publiée dans Médecine du génomea également trouvé des différences significatives dans les ensembles de gènes qui pourraient être liés à l'asthme d'apparition des adultes et d'apparition infantile, avec relativement peu de chevauchement entre les deux.
La véritable caractère unique de notre étude est que les différences entre l'asthme de l'enfance et de l'adulte étaient évidentes à tous les niveaux que nous avons examinés. Vous découvrez que ce sont en fait des variantes différentes qui contribuent à l'asthme. Même lorsque le locus GWAS se ressemble, les gènes fonctionnellement liés à ces variantes sont également différents. Donc, ce sont des maladies vraiment différentes. «
Carole Ober, PhD, The Blum-Riese Distinguished Service Professor et président de la génétique humaine à Uchicago, et co-Senior Auteur du journal
Variantes causales à cartographie fine
Les chercheurs utilisent GWAS pour comparer les séquences du génome d'un grand groupe de personnes atteintes d'une maladie à un autre ensemble de séquences d'individus en bonne santé. Les différences identifiées dans le groupe de maladies pourraient indiquer des variantes génétiques qui augmentent le risque de cette maladie et justifient une étude plus approfondie. La plupart des maladies humaines, notamment l'asthme, ne sont cependant pas causées par une seule variante génétique. Au lieu de cela, ils sont le résultat d'interactions complexes entre plusieurs gènes, les facteurs environnementaux et l'hôte d'autres variables. En conséquence, GWAS identifie souvent trop de variantes à travers le génome pour être utiles sans autre raffinement.
GWAS identifie également l'association uniquement, et non la causalité. Dans une région génomique typique, de nombreuses variantes sont fortement corrélées les unes avec les autres, en raison d'un phénomène appelé déséquilibre de liaison. En effet, l'ADN passe d'une génération à l'autre dans des blocs entiers, et non comme des variantes individuelles. Par conséquent, les variantes à proximité les unes des autres ont tendance à être corrélées. Pour rendre le problème plus difficile, la plupart des variantes génétiques associées aux maladies sont situées dans des régions non codantes du génome, ce qui rend leurs effets difficiles à interpréter.
Dans la nouvelle étude, Ethan Zhong, un étudiant diplômé travaillant avec Ober et Xin He, PhD, professeur agrégé de génétique humaine et un autre auteur co-ennior de l'article, a voulu combler l'écart de variante à fonction et trouver des informations biologiques plus concrètes à partir de différents ensembles de données d'asthme GWAS. Il a travaillé avec les données de la Biobank britannique, une base de données biomédicale à grande échelle et des ressources de recherche contenant des données génétiques désintentes de près de 500 000 personnes au Royaume-Uni. En utilisant une méthode statistique appelée «cartographie fine», il a pu estimer la probabilité qu'une variante génétique donnée ait une relation causale avec l'asthme.
Les nouvelles estimations ont incorporé des données sur l'accessibilité de la chromatine, le faisceau d'ADN et les protéines qui composent les chromosomes. Lorsqu'une région est impliquée dans la régulation de l'expression des gènes, la chromatine « s'ouvre » pour devenir plus accessible. La quantité de chromatine ouverte peut être mesurée et utilisée comme indicateur de l'activité régulatrice; Lorsqu'il est combiné avec des preuves statistiques, il construit un cas encore plus fort que la variante est liée à l'asthme.
« Les associations GWAS fournissent des ensembles de variantes associées à la maladie », a déclaré Zhong. « Ainsi, lorsque ces variantes chevauchent les régions de chromatine ouverte dans des types de cellules qui sont pertinents pour la pathogenèse de l'asthme comme les cellules épithéliales pulmonaires, nous pensons qu'elles sont plus susceptibles d'être causales à ces phénotypes d'asthme. »
Zhong a également inclus des données sur l'expression des loci de traits quantitatifs (EQTL), des variantes génétiques associées à des différences d'expression des gènes et des interactions de la chromatine à partir des types de sang et de cellules pulmonaires, pour relier les variantes de cartographie fine à leurs gènes cibles. En utilisant ces informations, il a construit une liste de gènes causaux probables étayés par des preuves génétiques.
Combler l'écart
L'analyse de cartographie fine a découvert 21 ensembles de variantes indépendantes (appelées ensembles crédibles) pour l'asthme d'apparition pour adultes et 67 pour l'apparition d'enfance, avec seulement 16% partagé entre les deux. Zhong a également recherché des éléments CIS-Régulatrices (CRES), de courtes séquences d'ADN qui contrôlent l'expression des gènes voisines, qui étaient liés à l'asthme et ont trouvé respectivement 62 et 169 gènes candidats pour les adultes et d'apparition d'enfance, respectivement. Plus de 60% d'entre eux avaient une chromatine ouverte dans différents types de cellules, y compris de nombreux gènes impliqués dans des réponses immunitaires et inflammatoires.
L'équipe a sélectionné six des Cres candidats et les a testés dans des cellules épithéliales bronchiques pour voir si les variantes avaient un effet réglementaire; Quatre des six l'ont fait, ce qui signifie que leurs efforts se rapprochent de la marque dans le bon type de cellules impliquées dans l'asthme. L'écart variant à fonction se termine très légèrement, ouvrant la porte à d'autres études de ces gènes candidats comme cibles potentielles de traitement.
L'étude a été soutenue en partie par une subvention des National Institutes of Health Grant pour découvrir des gènes dans l'asthme et l'allergie, en collaboration avec Marcelo Nobrega, MD, PhD, un professeur Pritzker de génétique humaine à Uchicago, Nathan Schoettler, MD, PhD, professeur adjoint de médecine, et Anne Sperling, anciennement de UCHicago et maintenant professeur de la médecine de la Virginia.
Les auteurs supplémentaires incluent Robert Mitchell, Christine Billstrand, Emma Thompson, Noboru J. Sakabe, Ivy Aneas, Isabella M. Salamone et Jing Gu.
