Identification of risk-genes for achalasia
Final Report Abstract
Das Projektziel war die Identifikation und Charakterisierung von genetischen Risikovarianten für die Achalasie. Hierfür wurden Assoziationsanalysen mit drei Array-Typen durchgeführt. (i) ImmunoChip- und Anschlussuntersuchungen: Bei den ImmunoChip-Analysen an 1.068 Patienten und 4.242 Kontrollen konnten genomweit-signifikante Assoziationen in der HLA-Region gefunden werden (P < 5x10^-08). Um die kausale Risikovariante zu erfassen, führten wir eine HLA-Imputation durch. Hierdurch konnte eine 8-Aminosäureinsertion im Protein HLA- DQβ1 (DQβ1_227-234) als stärkste Risikovariante identifiziert werden (P < 10^-18). Auf genomischer Ebene wird sie durch rs28688207 verursacht, der zu einem alternativen Exon- Spleißen in HLA-DQB1 führt. Durch eine Typisierung von rs28688207 in einem unabhängigen Kollektiv (412 Patienten, 1.020 Kontrollen) konnten wir die Assoziation replizieren (P < 10^-08). Mit den Daten der HLA-Imputation führten wir anschließend konditionale Analysen durch. Hierdurch gelang die Identifikation von zwei Aminosäuresubstitutionen im HLA-DQ Komplex (DQα1_41 und DQβ1_45), die unabhängig genomweit-signifikant assoziiert sind (P < 5x10^-08). Durch eine 3D-Strukturanalyse des HLA-DQ Komplexes konnten Hypothesen zur Funktion der drei Risikovarianten generiert werden. Die Ergebnisse der Analyse wurden in Nature Genetics publiziert. In Kooperation mit einer Gruppe am Broad Institute in Cambridge (USA) wurden die Daten auch auf non-additive Risikoeffekte von HLA-Varianten untersucht. Allerdings konnten hierfür keine Hinweise bei der Achalasie gefunden werden (P > 0,05). Da andere Krankheiten bei diesen Analysen non-additive Risikoeffekte zeigten, wurde ein entsprechendes Manuskript von Nature Genetics zur Publikation angenommen. Durch eine Typisierung von rs28688207 in einem polnischen (106 Patienten, 402 Kontrollen) und schwedischen Kollektiv (171 Patienten, 732 Kontrollen) konnten wir zeigen, dass DQβ1_227- 234 auch dort assoziiert ist (P < 10^-03). Da das Immunochip-Kollektiv aus Subsamples mit zentraleuropäischer, italienischer und spanischer Herkunft bestand, konnten wir mit den polnischen und schwedischen Daten nachweisen, dass die Frequenz von DQβ1_227-234 in Südeuropa höher ist. Vermutlich sind evolutionäre Mechanismen ursächlich daran beteiligt. Bei Genotyp-Phänotyp- (GxP-) Analysen konnten wir in einem Subkollektiv mit detaillierten Phänotypinformationen Hinweise dafür finden, dass DQβ1_227-234-Trägerinnen bei Achalasie-Manifestation signifikant häufiger schwanger sind als Nicht-Trägerinnen (P = 0,031). Das Ergebnis muss unabhängig bestätigt werden, deutet aber darauf hin, dass immunmodulierende Faktoren in der Schwangerschaft bei Insertionsträgerinnen einen Trigger für die Achalasie darstellen. Ein entsprechendes Manuskript liegt beim Journal of Gastroenterology and Hepatology zur Begutachtung. (ii) HumanExpressExome Array- Analysen: In einem Kollektiv von 1.066 Patienten und 2.316 Kontrollen zeigte keine Variante außerhalb der HLA-Region genomweit-signifikante Assoziation (P > 5x10-08). In einer Replikationsanalyse konnten wir aber Assoziationen zu missense SNPs in KRTAP12-1 und IGSF22 finden. Allerdings war das Kollektiv der Replikation sehr klein (107 Patienten, 391 Kontrollen). Untersuchungen an größeren Kollektiven müssen klären, inwieweit diese und andere SNPs Achalasie-Assoziation zeigen. (iii) HumanCoreExome Array-Analysen: Bei der genomweiten Assoziationsstudie (GWAS) an 1.111 Patienten und 1.782 Kontrollen zeigte keine Variante außerhalb der HLA-Region genomweit-signifikante Assoziation zur Achalasie (P < 5x10-08). Ebenso wie bei der o. g. Analyse sind größere Kollektive für die Identifikation weiterer Risikovarianten für die Achalasie notwendig.
Publications
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(2014) Common variants in the HLA-DQ region confer susceptibility to idiopathic achalasia. Nature Genetics 46: 901-904
Gockel I, Becker J, Wouters MM, Niebisch S, Gockel HR, Hess T, Ramonet D, Zimmermann J, Vigo AG, Trynka G, de León AR, de la Serna JP, Urcelay E, Kumar V, Franke L, Westra HJ, Drescher D, Kneist W, Marquardt JU, Galle PR, Mattheisen M, Annese V, Latiano A, Fumagalli U, Laghi L, Cuomo R, Sarnelli G, Müller M, Eckardt AJ, Tack J, Hoffmann P, Herms S, Mangold E, Heilmann S, Kiesslich R, von Rahden BH, Allescher HD, Schulz HG, Wijmenga C, Heneka MT, Lang H, Hopfner KP, Nöthen MM, Boeckxstaens GE, de Bakker PI, Knapp M, Schumacher J
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Widespread non-additive and interaction effects within HLA loci modulate the risk of autoimmune diseases. Nature Genetics 47, pages 1085–1090 (2015)
Lenz TL, Deutsch AJ, Han B, Hu X, Okada Y, Eyre S, Knapp M, Zhernakova A, Huizinga TWJ, Abecasis G, Becker J, Boeckxstaens GE, Chen WM, Franke A, Gladman DD, Gockel I, Gutierrez-Achury J, Martin J, Nair RP, Nöthen MM, Onengut-Gumuscu S, Rahman P, Rantapää
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Comprehensive epidemiological and genotype-phenotype analyses in a large European sample with idiopathic achalasia. Journal of Gastroenterology and Hepatology June 2016 - Volume 28 - Issue 6, p 689–695
Becker J, Niebisch S, Ricchiuto A, Schaich EJ, Lehmann G, Waltgenbach T, Schafft A, Lenze F, Venerito M, Hüneburg R, Lingohr P, Matthaei H, Seewald S, Scheuermann U, Kreuser N, Veits L, Wouters M, Gockel HR, Lang H, Vieth M, Müller M, Eckardt AJ, von Rahd
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The HLA-DQß1 insertion is a strong achalasia risk factor and displays a geospatial north-south gradient among Europeans. European Journal of Human Genetics volume 24, pages 1228–1231 (2016)
Becker J, Haas SL, Mokrowiecka A, Wasielica-Berger J, Ateeb Z, Bister J, Elbe P, Kowalski M, Gawron-Kiszka M, Majewski M, Mulak A, Janiak M, Wouters MM, Schwämmle T, Hess T, Veits L, Niebisch S, Santiago JL, Ruiz de Le¿n A, de la Serna JP, Urcelay E, Anne
