First-Stage Genome Wide Association Study (GWAS) of Lymphatic Filariasis Pathology
Humangenetik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die menschlichen genetischen Faktoren, die Anfälligkeit und/oder Resistenz gegen Infektionskrankheiten verleihen, sind nach wie vor unklar. Eine solche Infektionskrankheit ist die lymphatische Filariose (LF). Die LF, eine der Hauptursachen für sekundäre, nicht vererbbare Lymphödeme, entsteht durch eine Infektion mit einer der drei Filarienarten Wuchereria bancrofti, Brugia malayi und B. timori. Etwa 40 Millionen Menschen, die mit Filarien infiziert sind, weisen die symptomatischen LF-Manifestationen eines Lymphödems (LE) und einer Hydrozele auf. Diese Symptome treten nur bei einer Untergruppe exponierter Personen auf, und es hat sich gezeigt, dass die Genetik der Wirte für die Heterogenität der Krankheit verantwortlich ist. In dieser Studie wird die erste genomweite Assoziationsstudie (GWAS) vorgestellt, die genetische Marker identifiziert, die an der LF-Erkrankung beteiligt sind. Insgesamt wurden 4427 Teilnehmer in die Studie aufgenommen, darunter 1933 Fälle, d. h. Patienten mit positivem LF-Antigentest und/oder LE oder Hydrozele, und 2471 Kontrollen, d. h. Patienten ohne erkennbare Filarienerkrankung. Nicht verwandte Teilnehmer wurden mit dem Illumina® Infinium Global Screening Array (GSA) mit Multi-Disease-Drop-In (MD) genotypisiert [GSA 2.0MD]. Bei der Genotypisierung wurden acht (8) neue Einzelnukleotid- Polymorphismen (SNPs) und drei (3) HLA-Haplotypen (HLA-DRB1*03:02, -DQB1*04:02 und -C*17:01) identifiziert, die mit LF assoziiert sind. Drei SNPs waren von genomweiter Bedeutung (rs2245413, rs2245710 und rs7742085). Die SNPs rs2245413 und rs2245710 auf Chr10 wurden mit Nierenanomalien bzw. Hydrozele in Verbindung gebracht, während rs7742085 auf Chr6 mit LE assoziiert war. Die vorhergesagten Funktionen der identifizierten SNPs waren überwiegend neutral oder führten zu Veränderungen der Genexpressionswerte. Für das HLA-A-Allel wurde eine Veränderung der Proteinstruktur vorhergesagt. Die Post-GWAS-Analyse ergab, dass ein führender Risiko-SNP rs346535 in den genomischen Loci 19:4277100-44617384 mit der Filarialhydrozele assoziiert ist. Zu den in dieser Risikoregion identifizierten Kandidatengenen gehören PLAUR, KCNN4, PHLDB3, CADM4, MEGF8, ZNF428, ETHE1, CIC, XRCC1, TMEM145, CXCL17, SRRM5 und PRR19. Weitere Studien sind erforderlich, um die Kausalität der identifizierten SNPs für die Ätiologie der LF-Krankheit und/oder die Gene, für die sie als Proxy-Marker dienen, funktionell zu bestimmen. Weitere Untersuchungen der HLA-Allele, die mit Anfälligkeit oder Resistenz gegen LE assoziiert sind, sowie Aminosäuresequenzanalysen der Epitopbindungsregion sind erforderlich, um die Rolle von HLA in der Pathogenese von LE zu klären. SNPs mit suggestiven Schwellenwerten sollten in einer GWAS der Stufe 2 repliziert werden, um die wahren SNPs/genetischen Variationen und Loci zu identifizieren. Dieses deutsch-afrikanische Kooperationsprojekt in der Infektiologie ermöglichte es 1 PhD und 2 MSc- Studenten, ihren Abschluss zu machen. Vera Opoku hat praktische Erfahrungen bei der Genotypisierung von Tausenden von menschlichen Proben gesammelt. Noch wichtiger ist, dass sie verschiedene Analysen kennengelernt hat, die mit den aus einer GWA-Studie gewonnenen Daten durchgeführt werden können, einschließlich der Vor- und Nachteile jeder einzelnen Analyse und wie die Daten für die Verwendung durch die verschiedenen Algorithmen zu formatieren sind. Diese Erfahrung wird es ihr ermöglichen, in jedem Genetiklabor mitzuarbeiten oder ihre Fähigkeiten in eine Arbeitsgruppe einzubringen, die an der Durchführung solcher genetischen Analysen interessiert ist. Die beiden MSc-Studenten haben in Feldstudien mit menschlichen Freiwilligen praktische Kenntnisse erworben, einschließlich molekularbiologischer und serologischer Techniken (z. B. DNA-Extraktion, PCR, Genotypisierung, ELISA, Schnelltests, Filarialmikroskopie). Diese Kenntnisse werden es ihnen ermöglichen, ihre wissenschaftliche Laufbahn in der Genetik fortzusetzen. Es ist besonders wichtig, dass der Aufbau solcher Kapazitäten im Bereich der humangenetischen Analyse erreicht wird, da mehr Studien durchgeführt werden müssen, die afrikanische Bevölkerungsgruppen in den Mittelpunkt stellen. Afrikanische Populationen unterscheiden sich erheblich von Amerikanern afrikanischer Abstammung, die normalerweise als Beispiel für eine "schwarze/nicht-weiße" Population analysiert werden. Das Projekt unterstützte auch einen anderen Absolventen des Deutsch-Afrikanischen Kooperationsprojekts in der Infektiologie, Dr. Jubin Osei-Mensah, indem es eine Biobank und eine Patientenkohorte zur Verfügung stellte, um die Immunantwort von Patienten mit LE für seine Postdoc- Arbeit zu untersuchen. Seit 2021 ist er Dozent an der KNUST. Dr. Linda Batsa Debrah erhielt aufgrund ihrer Arbeit an diesem und früheren DFG-geförderten Projekten einen Lehrauftrag an der Kwame Nkrumah University of Science and Technology und ist nun PI eines BMBF-geförderten Netzwerkprojekts. (Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator)
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Single nucleotide polymorphisms in angiogenic and inflammation pathway genes are associated with patent lymphatic filariasis. Am J Trop Med Hyg 93, 523
Osei-Mensah, J., Batsa-Debrah, L., Albers, A., Lust, L., Brockschmidt, F.F., Herold, C., Mubarik, Y., Becker, T., Fröhlich, H., Pfarr, K., Hoerauf, A. & Debrah, A.
