|
结果： 图1和附注 1 中描述了所采取的分析步骤和方法的概述。 
POAG和IOP的关联在eQTL和sQTL中得到了丰富为了评估eQTL和sQTL与POAG风险和IOP变异的相关性，作者测试了来自49个GTEx（v8）组织和外周视网膜cis-eQTL的cis-eQTL和cis-sQTL（e/sQTL）是否富集了POAG或IOP相关性（GWAS P < 0.05），使用了QTLEnrich来调整混杂因素和组织样本大小（方法，补充说明3和图1a）。作者发现在大多数49个GTEx组织和视网膜中，eQTL和sQTL在多个POAG和IOP相关性（包括全基因组显著和亚阈值）中显著富集（Bonferroni校正P < 5 × 10^4）（图2a，b，补充图5和6，以及补充数据7-8）。许多富集的GTEx组织中包含可能对青光眼具有致病作用的细胞类型（补充说明9）。根据调整后的富集倍增和估计的真阳性率，sQTL对POAG和IOP的相对贡献大于eQTL对这些特征的相对贡献（单侧Wilcoxon秩和检验P < 1.5 × 10^10和P < 0.03，分别；补充图）。1a–c 和补充数据 1 - 3 ），与其他复杂特征 26 观察到的情况相似。对于POAG和IOP的eQTLs提出的绝对数量（每个组织平均258到606个）比sQTLs的数量（每个组织平均124到320个）大2倍，这可能是由于eQTLs的发现率比sQTLs更高 26 （补充图 1a–c 和补充数据 1 - 3 ）。具有排名前列的POAG或IOP GWAS p值（P < 0.05）的eQTLs或sQTLs的目标基因在代谢和细胞过程中富集（方法，补充数据 4 - 5 和补充说明 3 ）。
POAG和IOP GWAS位点与cis-e/sQTLs的共定位分析鉴于广泛存在的POAG和IOP关联的e/sQTL富集，作者使用了所有49个GTEx组织和视网膜eQTL来提出可能潜在的致病基因，这些基因可能是这些特征的全基因组显著位点的基础。作者应用了两种共定位方法，eCAVIAR 41 和enloc 42 ，对来自大型跨种族GWAS元分析的127个POAG位点，来自欧洲（EUR）子集元分析的68个POAG位点（POAG EUR），以及来自主要欧洲GWAS元分析的133个IOP位点（IOP）（变异列表见补充数据6；方法和图1b），以及与每个GWAS位点LD区间重叠的任何e/sQTL（方法）。结果按特征和共定位方法在补充数据 7 - 12 中呈现，并在补充数据 13 中进行总结。作者将POAG和IOP的可能致病基因和调控机制定义为那些在至少一种共定位方法中显著的e/s基因（eCAVIAR的共定位后验概率（CLPP）> 0.01，区域共定位概率（RCP）> 0。1对于enloc（见方法）；补充数据 13 ），过滤掉潜在的假阳性（见方法和补充图 3 ） 。在胫神经、脂肪、皮肤、动脉和成纤维细胞等其他组织中发现了最多的共定位的e/s基因（补充图 4 ），其中许多组织包含与青光眼致病性相关的细胞类型。十八个视网膜eQTL与13个POAG和/或IOP位点共定位（补充数据 13 中的AH列）。每个组织中显著共定位的e/s基因数量与组织样本大小显著相关（Pearson's R 2 = 0.72，P = 1 × 10 −14 ，补充图 4 ），这也与每个组织中检测到的e/sQTL数量相关 26 。这表明e/sQTL发现能力是共定位e/sQTL的组织特性的驱动因素。因此，在下游分析中，作者主要考虑了共定位分析提出的因果基因，而不是相关组织。定位于POAG和IOP GWAS位点的e/s基因共定位和对疾病风险的调控效应方向
除了优先考虑可能导致原发性开角型青光眼（POAG）和眼压增高（IOP）的因果基因和调控机制外，共定位的e/sQTL还提出了基因表达或剪接改变对疾病风险或特征变异的影响方向（图3和附图 5 中POAG和IOP GWAS信号的示例）。例如，作用于TMCO1的eQTL和sQTL以及作用于TMCO1的反义转录本RP11-466F5.8的eQTL，其方向相反，与POAG的第二强关联（主导变异体rs2790053，比值比（OR）= 1.35，CLPP = 0.92-1）和最高的IOP关联（两个独立的LD变异体：rs116089225，beta = -0.744和rs10918274，beta = 0.377，CLPP = 0.87-1）共定位（图4a-e和附图 6 ）。TMCO1的表达降低和RP11-466F5.8的表达增加被认为会导致眼压升高和POAG风险增加（图4，附图 6 和附加数据 13 ）。此外，在GTEx细胞培养成纤维细胞中，外显子4中的一个可选择剪接供体位点导致较长的外显子4（图4f,g），与POAG风险降低相关（附加数据 7 和 13 ）。TMCO1在眼睛的前部和后部的不同细胞类型中表达，包括传统和非传统的排出通路中的淋巴细胞和成纤维细胞，前段和后段的血管和免疫细胞，以及视网膜中的巨胶质细胞（附图6）。其他例子包括ANGPT1和ANGPT2，它们参与血管生物学，其增加的表达被认为可以降低眼压水平（附图7和附加数据8），这与Angpt1基因敲除小鼠上观察到的眼压效应一致（9）。
在50个重叠的原发性开角型青光眼（POAG）和眼压（IOP）基因关联研究位点中，39个（78%）位点在两种特征中至少有一个显著的共定位结果，并且在所有情况下至少有一个共同的基因被涉及（附加数据 13 和 15 ，以及表1）。在大多数情况下（95%），共定位的表达/序列位点对IOP的相对效应方向与IOP对POAG风险的影响一致，提出了IOP依赖的POAG风险机制。例如，GAS7表达的降低或ABO表达的增加与IOP水平的增加和POAG风险的增加相关（附加数据 7 - 13 和附加图 9 ， 10 ）。与不与IOP相关的POAG位点（48个位点；附加数据 13 中的N列）共定位的基因可能暗示了独立于IOP的机制。
在特定人群和跨祖先的原发性开角型青光眼位点中共定位的基因对于在POAG跨祖源元分析中发现的所有59个POAG EUR位点，每个位点都至少找到了一个常见的共定位的e/s基因，无论是EUR还是跨祖源GWAS（附加数据 13 ）。其中一个例子是EFEMP1，罕见突变与一种孟德尔型青光眼相关（ 47 ）。共定位分析表明，EFEMP1的第6和第7外显子的跳跃可能对POAG具有保护作用（附加图 12 ）。在仅在POAG EUR GWAS中发现的9个位点中，有两个位点与作用于多个基因的eQTL共定位，包括参与细胞外基质（EMID1）和血管内皮生长（ANGPTL2）的基因，这两个位点也与眼压（附加数据 23 ）共定位。此外，POAG跨祖源元分析中的三个关联表明三个人群（欧洲人、东亚人和非洲裔美国人）之间存在显著的等位异质性（ 8 ）。e/sQTL与其中两个位点共定位。一个是9p21位点rs944801与上述的CDKN2A/B，它在欧洲和亚洲人群中显著，但在非洲人群中不显著（P_heterogeneity = 1）。5 × 10 –8 ）中，它在较低频率下存在（AFR MAF = 0.073，EUR MAF = 0.42，EAS MAF = 0.11在gnomAD中，https://gnomad./）。另一个是欧洲特定位点，具有最大的POAG比值（rs74315329，OR = 5.47）。这个变异体是MYOC中的无义突变（p.Gln368Ter），已知会导致儿童期和成年期开角型青光眼，具有显性遗传 48 。与非洲人口相比，这个变异体在欧洲人口中更常见，而在东亚人口中没有发现（gnomAD）。在与POAG跨种族位点重叠的24个基因中，作者发现了一个作用于PIGC（磷脂酰肌醇糖脂锚定生物合成C类）的sQTL，与POAG跨种族位点显著共定位（脾脏CLPP = 0.12，动脉组织RCP = 0.26-0.34；附加数据 13 和附加图 13 ）。在MYOC中的无义变异体作为该位点的主要致病变异体的情况下，作者发现一个次要单倍型与PIGC的sQTL共定位（附加数据 24 - 28 ；更多细节请参见附加说明 5 ）。这些结果表明，PIGC的外显子2跳跃减少或PIGC表达增加可能导致POAG风险增加（附图 13 ）。PIGC是10个共定位的POAG基因之一，在视神经头和视神经的少突胶质细胞中富集（见下文，FDR = 0.07；附录数据 35 和附图 18f, g ）。为了进一步支持e/sQTL与POAG和/或IOP之间的因果关系，作者基于eCAVIAR和/或enloc，应用了两样本MR方法，使用欧洲POAG和IOP GWAS的总结统计数据，对所有显著共定位的e/sQTL和GWAS位点对进行了分析（方法）。作者发现有348个（75%）基因的证据支持了因果关系（FDR < 0.05），这些基因对水平多效性的影响具有鲁棒性，可以进行多效性鲁棒性敏感性分析（附加数据 29 和附加讨论）。基于共定位分析和MR的高可信度POAG和/或IOP潜在因果基因列表详见表1和附加数据 15 。作者发现239个e/s基因与POAG和IOP都有显著的MR关联，包括TMCO1、GAS7和LMX1B，它们与POAG和IOP GWAS位点的最大关联信号共定位（附加图 5 、 6 、 9 ），以及DGKG和NPC2，它们的视网膜eQTL与POAG和IOP共定位。六十八个基因与眼压（IOP）有显著的MR关联，但与原发性开角型青光眼（POAG）无关，例如HLA-B和SLC7A6，而四十一个基因与POAG有显著的MR关联，但与IOP无关，例如CDKN2B-AS1、RERE和YAP1，提出了高可信度的独立于IOP的机制（附加数据 29 和图5）。由于MR分析无法应用于更大、功率更高的POAG跨种族GWAS，因为它要求e/sQTL和GWAS研究之间具有相似的人群背景（在作者的情况下是欧洲人），作者的下游分析基于共定位分析应用于更全面的潜在因果基因列表（附加数据 13 ）。POAG和IOP共定位的e/s基因在生物过程中的丰富化为了对涉及的基因如何对青光眼发病机制做出生物学解释，作者接下来测试了所有与POAG跨种族、POAG EUR或IOP GWAS位点共定位的e/sQTLs的靶基因是否富集于特定的生物通路、基因本体或小鼠表型本体，使用GeneEnrich（方法和图1c）。与POAG跨种族位点共定位的基因在弹性纤维形成（经验P值（P）< 1 × 10 –5 ，FDR < 0.001）和细胞外基质组织（P = 3 × 10 –5 ，FDR = 0.012）方面显著富集，并在转化生长因子β（TGF）受体信号通路（P = 3 × 10 –4 ）和异常眼形态（P = 2.6 × 10 -3 ）等方面略有富集（附加数据 30 和附加图 14a,b ）。与POAG EUR位点共定位的基因在细胞衰老和细胞周期过程（例如，P < 4 × 10 –3 ）方面略有富集。，细胞周期D相关事件在G1阶段，与脂质相关的过程，如载脂蛋白结合和循环高密度脂蛋白胆固醇水平降低，以及视网膜或神经元相关的过程，包括异常的视网膜形态、异常的感觉神经元内部连接模式，以及参与轴突引导的轴突延伸的负调控（附加数据 31 和附加图 14c, d ）。为了进一步将相关基因与致病机制和细胞类型联系起来，作者接下来测试了与原发性开角型青光眼（POAG）或眼压（IOP）共定位的表达基因是否在与POAG病理生理学相关的关键眼部组织中的特定细胞类型中富集。作者首先应用ECLIPSER方法（详见方法和图1d）对与POAG跨族群、POAG欧洲人和IOP GWAS位点共定位的228、118和279个表达基因进行分析（补充数据1和2），以及来自非疾病人眼中13种组织的单核（sn）RNA测序的细胞类型特异性表达：中央角膜、角膜巩膜楔（CSW）、小梁网状层（TM）包括Schlemm氏管、虹膜、睫状体（CB）、晶状体（所有来自前房）、外周和黄斑视网膜、视神经头（ONH）、视神经（ON）、视盘周围巩膜（PPS）、外周巩膜和脉络膜（所有来自后房）。细胞类型富集结果总结在补充数据6和表2中。
总结 总之，作者的工作为原发性开角型青光眼（POAG）机制提供了新的见解，这可以为针对眼压降低和神经保护的新疗法的开发提供指导。通过将遗传调控和青光眼相关眼部组织的单细胞表达与 GWAS 摘要统计数据整合，作者已经确定了已知和新的致病基因和生物过程，提出了可能对青光眼具有致病性的关键眼部细胞类型，并提供了数百个新的遗传关联的调控效应证据。未来，预计在相关眼部组织和细胞分辨率下检测 e/sQTLs 将提供更完整的 POAG 风险和眼压变异的致病分子和细胞机制的图景。
|
