识别肌少症相关性状的遗传决定因素:可成药基因的孟德尔随机化研究

Identifying genetic determinants of sarcopenia-related traits: a Mendelian randomization study of druggable genes

作者信息Jihao Wu, Xiong Chen, Ruijun Li, Qiying Lu, Yucheng Ba, Jiayun Fang, Yilin Liu, Ruijie Li, Yixuan Liu, Yiling Wang, Jinsi Chen, Yanbing Li, Yinong Huang
PMID39117060
发布时间2024-11
DOI10.1016/j.metabol.2024.155994

实验完整度

包含MR分析、敏感性分析、共定位分析、多队列验证及动物体内蛋白和mRNA表达验证,但体内验证未进行功能干预实验,因此未达到高水平。

主要模型

C57BL/6小鼠(3月龄和24月龄) 欧洲人群GWAS队列

重点核对

基因表达工具变量选择:P < 5 × 10−8,LD r2 < 0.001,F统计量>10 MR分析采用IVW和加权中位数法,显著性阈值P < 6 × 10−6 共定位分析:UQCC1的PP·H4范围为93.4%至95.8% 体内验证:3月龄和24月龄小鼠,每组n=3至6不等 动物伦理审批:中山大学伦理委员会

摘要

背景:肌少症以进行性肌肉质量和功能丧失为特征,尤其影响老年人,并导致跌倒和死亡等严重后果。尽管其普遍存在,但针对肌少症的靶向药物治疗缺乏。利用大样本全基因组关联研究(GWAS)数据对于经济有效的药物发现至关重要。方法:在此,我们进行了四项研究,以了解遗传成分对肌肉质量和功能的假定因果效应。研究1对15,944个潜在可成药基因进行了两样本孟德尔随机化(MR),研究了它们与欧洲人群(N最多461,089)中肌肉数量和质量潜在因果关系。研究2通过敏感性分析和共定位分析验证了MR结果。研究3在其他欧洲队列中扩展了验证,研究4进行了定量体内验证。结果:MR分析揭示了四个基因(BLOC-1相关复合物亚基7,BORCS7;肽酶M20结构域包含1,PM20D1;核酪蛋白激酶和细胞周期蛋白依赖性激酶底物1,NUCKS1;泛醇-细胞色素c还原酶复合物装配因子1,UQCC1)与肌肉质量和功能的显著因果关系(p值范围5.98 × 10−6至9.26 × 10−55)。具体而言,BORCS7和UQCC1负向调控肌肉数量和质量,而增强PM20D1和NUCKS1表达显示出促进肌肉质量和功能的希望。因果关系在敏感性分析中保持稳健,其中UQCC1表现出显著的共定位效应(PP·H4 93.4%至95.8%)。进一步验证和体内复制验证了这些基因与肌肉质量及功能的潜在因果关系。结论:我们的可成药基因组范围MR分析确定BORCS7、PM20D1、NUCKS1和UQCC1与肌肉质量和功能存在因果关系。这些发现为肌少症的遗传基础提供了见解,为这些基因成为缓解这种衰弱状态的潜在药物靶点铺平了道路。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
哪些可成药基因的遗传变异与肌肉质量和功能存在因果关系,可能作为肌少症的药物靶点?
核心机制
BORCS7和UQCC1负向调节肌肉数量和质量,PM20D1和NUCKS1正向调节,其中UQCC1可能参与线粒体呼吸链复合物III组装影响肌肉代谢。
主要证据
基于15,944个基因的MR分析,结合共定位分析和多队列验证,并在老年肌少症模型小鼠中验证了四个基因在胫骨前肌和腓肠肌中的表达变化。
研究意义
为肌少症的遗传基础提供见解,这些基因有望成为缓解肌少症的潜在药物靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

识别工具变量和结果数据

确定可成药基因表达的遗传工具变量和肌少症相关结局的GWAS数据。

从已发表研究中获取eQTL数据,过滤得到39,630个SNP作为工具变量;结果数据来自UKB队列的ALM、FFM和左右手握力GWAS。

2

两样本孟德尔随机化分析

评估可成药基因表达与肌肉质量及功能的因果关系。

对15,944个基因进行MR分析,采用Wald ratio(单SNP)和IVW方法(多SNP),并使用加权中位数和MR-Egger作为补充。

3

敏感性分析与共定位分析

检验MR结果的稳健性并排除多效性影响。

进行留一法敏感性分析和MR-Egger截距检验,并使用coloc包进行共定位分析。

4

在其他欧洲队列中复制

验证MR结果在不同人群中的普适性。

使用来自22项研究的握力GWAS和FinnGen步态异常数据进行复制MR分析。

5

体内验证

在老年肌少症模型小鼠中验证MR结果。

通过Western blot和qRT-PCR检测3月龄和24月龄小鼠胫骨前肌和腓肠肌中四个基因的蛋白和mRNA表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RIPA裂解液Thermo Scientific89900
蛋白酶抑制剂混合物Roche--
BCA蛋白测定试剂盒Thermo Scientific23227
BORCS7抗体BioworldBS8804
PM20D1抗体EnoGeneE2619292
NUCKS1抗体Biossbs-7917R
UQCC1抗体AbclonalA18469
GAPDH抗体Cell Signaling Technology5174S
ChemiDoc成像系统Bio-Rad--
Trizol试剂----
逆转录试剂盒NovoproteinE047-01B
SYBR预混Taq Pro通用型VazymeQ712-02
LightCycler 480 II检测系统Roche--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
孟德尔随机化分析
工具变量选择标准:P<5×10−8,LD r2<0.001,F>10;MR方法:IVW和加权中位数;显著性阈值:P<6×10−6
阅读提示:Methods中“Data source for instrumental variables (IVs)”和“Mendelian randomization analysis”小节
敏感性分析
留一法敏感性分析;MR-Egger截距检验的p值范围(0.079-0.819)
阅读提示:Results中“Sensitivity analysis for causal genes of sarcopenia-related traits”部分
共定位分析
共定位分析的先验概率设置(P1=P2=1e-4,P12=1e-5);显著阈值PP.H4>0.8
阅读提示:Methods中“Colocalization analysis”和Results中“Single-trait colocalization analysis”部分
复制分析
其他欧洲队列的GWAS数据来源;显著性阈值P<1.25×10−2
阅读提示:Methods中“Replication analysis in other cohorts”和Results中“Replication analysis in other European ancestry cohorts”部分
体内验证
小鼠品系、年龄(3月龄和24月龄)、性别(雄性)、肌肉类型(TA和GA);Western blot和qRT-PCR的样本量(n=3和n=6)
阅读提示:Methods中“Animals”、“Western blot”、“Quantified real-time PCR”和Results中“In vivo verification”部分