遺伝子と環境の対立が健康に与える影響
遺伝子と環境が健康リスクにどう影響するかを探ろう。
W. James Gauderman, Yubo Fu, Bryan Queme, Eric Kawaguchi, Yinqiao Wang, John Morrison, Hermann Brenner, Andrew Chan, Stephen B. Gruber, Temitope Keku, Li Li, Victor Moreno, Andrew J Pellatt, Ulrike Peters, N. Jewel Samadder, Stephanie L. Schmit, Cornelia M. Ulrich, Caroline Um, Anna Wu, Juan Pablo Lewinger, David A. Drew, Huaiyu Mi
― 1 分で読む
目次
遺伝子と環境は私たちの健康に大きな役割を果たしてるんだ。時には、私たちの遺伝的な構成が特定の環境の影響に対して敏感(または抵抗)になることもある。この関係は遺伝子と環境の相互作用、略してGxE相互作用って呼ばれてる。遺伝子を本みたいに、環境を読者に例えよう。読者がテキストをどう解釈するかによって、意味が変わるんだ。この場合、特定の暴露は私たちの遺伝的な素因に基づいて病気のリスクを高めたり減らしたりすることがある。
ポリジェニックリスクスコアって何?
遺伝子が健康問題のリスクにどれほど影響するかを測るために、科学者たちはポリジェニックリスクスコア(PRS)というツールを開発したんだ。これは「遺伝的な成績表」みたいなもので、いくつかの遺伝的変異—あなたのDNAの巨大な地図の上の小さなマーカーみたいなもの—を組み合わせて、特定の特性や病気を発症する可能性を全体的に示すもの。これらの遺伝的変異は、遺伝子と健康状態の関連性を探る大規模な研究から特定されることが多い。
たとえば、「あなたは高血圧のリスクが高いです」っていう健康レポートをもらったら、これはPRSの仕組みと似てる—既知の遺伝的変異の集まりに基づいてあなたの遺伝的リスクを要約してるんだ。
遺伝子-環境相互作用分析
GxE分析は、特定の遺伝的特徴を持つ人たちが特定の環境因子に対してどのように反応するかを特定することに焦点を当てている。こう考えてみよう:2人の人が同じ環境条件、例えば喫煙にさらされるかもしれない。一人は遺伝的な背景によって呼吸器の問題を発症するかもしれないけど、もう一人は咳一つせずに平気だ。
これらの分析の目的は、病気のリスクを評価する際に、環境が特定の遺伝的背景とどのように相互作用するかを見ることだ。これは効果的な予防戦略を開発するために重要なんだ。
PRSの遺伝子-環境研究における役割
最近、研究者たちはPRSを使って肺癌、糖尿病、ADHD、心臓の問題など、様々な健康状態でのGxE相互作用を探求している。ある人の遺伝的リスクが環境の影響とどのように相互作用するかを分析することで、リスクがある人をよりよく特定し、彼らに最適な予防戦略を提案できるようになるんだ。
冬に風邪をひくかもしれないってだけじゃなく、くしゃみや鼻水を垂らしている人たちと一緒にいるともっとひきやすいってことを教えてくれる水晶玉を持っているようなもんだ。これが、科学者たちがこうした分析を通して提供したい知見なんだ。
PRSでの遺伝子-環境相互作用の検出の課題
でも、PRSを使ってこれらの相互作用を探るのはいつも簡単じゃないんだ。問題なのは、標準的なPRSが幅広い遺伝的変異を含んでいること。多くは研究している特定の環境因子に直接的に関連していないことがある。
例えば、PRSをスープの鍋に例えると、その中にはマッチしない多くの材料が含まれているかもしれない。特定の相互作用を探るときには、求めているフレーバーを強調するのに逆効果になる材料があったりする。これが、病気リスクへの環境の影響を考える上で本当に重要な遺伝的要因を特定するのを難しくすることがある。
パスウェイポリジェニックリスクスコア(pPRS)の登場
この課題に対処するために、研究者たちはパスウェイポリジェニックリスクスコア、略してpPRSを使うことを提案している。PRSが全体像を見るのに対して、pPRSは特定の生物学的パスウェイに焦点を当てて、スープの中の良いフレーバーが集まっている部分をズームインする感じ。
pPRSは特定の環境因子と相互作用することが知られている遺伝的変異だけを含むことで、研究者たちは相互作用を特定しやすくして、これらの関連を検出する力を高めようとしている。
パスウェイベースの分析の実例
これがどう働くかを示すために、研究者たちは大腸癌(CRC)をPRSとpPRSの両方を使って調べた。彼らは非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)の使用というよく知られた保護因子に焦点を当てた。NSAIDsは市販されているもの(イブプロフェンとか)を考えてみて。
研究者たちはCRCのある人たちとない人たちの大規模なグループを調べて、NSAIDの使用について詳細なデータを集めて、この個々の遺伝的データを分析した。遺伝子がNSAIDsの大腸癌リスクへの影響にどう関与しているかを見ようとしたんだ。
分析のために、彼らは大規模な遺伝研究からCRCに関連する204の遺伝的変異を特定した。彼らはこれらの変異に基づいて全体のPRSを作成し、特定の生物学的パスウェイに関連する遺伝的変異を用いたpPRSを作成した。
CRC研究の結果
結果として、全体のPRSはNSAID使用との重要な相互作用を示さなかったけど、pPRSはそうだった!具体的には、TGF-βとゴナドトロピン放出ホルモン受容体に関連する2つのパスウェイが、CRCに対するNSAID使用の保護に意味のある関連を示した。
これは、これらのパスウェイに関連する特定の遺伝的プロファイルを持っているなら、NSAIDsを使うことで大腸癌からもっと保護される可能性があるってことだ。まるで正しい遺伝的構成を持ってNSAIDsを適切に使っているなら、CRCに対するスーパーパワーを持っているような感じだ!
GxE相互作用を理解することが予防に与える影響
このような研究からの発見は、私たちの予防医学のアプローチに大きく影響する可能性がある。環境暴露の影響を変える特定の遺伝的要因を認識することで、医療提供者はより良い予防戦略を提案できるようになる。
例えば、ある人の遺伝的背景がCRC発症のリスクが高いことを示唆しているなら、NSAID使用があっても、医療専門家はよりターゲットを絞ったスクリーニング戦略や追加の保護策を提案するかもしれない。
遺伝子-環境研究の今後の方向性
研究者たちがこの探求を続けていく中で、彼らはさらに方法を洗練させることを望んでいる。病気に関連する遺伝的変異に限らず、さまざまな遺伝的変異を探り、それらが他の環境因子とどのように相互作用するかを調べることが価値がある。
例えば、食事、運動、あるいは地理的位置が病気リスクを評価する際に遺伝的要因とどのように絡み合うかを考えてみて。こうした複雑さを理解することで、個別化医療のためのより良い枠組みを構築できるんだ。
結論
遺伝子と環境の相互作用は研究者にとって興味深いパズルなんだ。私たちの遺伝子と環境がどう協力して健康に影響を与えるかを明らかにしている。PRSやpPRSのようなツールを活用することで、科学者たちはこれらの相互作用を解体し、最終的には予防戦略や健康結果を改善するための洞察を発見する準備が整ったんだ。
この道を進んでいく中で、健康リスクを理解し軽減するための可能性は広がっていくよ。個々の遺伝的背景に合った個別化のアプローチを開発する扉が開かれるかもしれない。もしかしたら、いつか私たち全員が独自の遺伝的成分に基づいて、長く健康的な生活のためのレシピを持つことになるかもね!
オリジナルソース
タイトル: Pathway Polygenic Risk Scores (pPRS) for the Analysis of Gene-environment Interaction
概要: A polygenic risk score (PRS) is used to quantify the combined disease risk of many genetic variants. For complex human traits there is interest in determining whether the PRS modifies, i.e. interacts with, important environmental (E) risk factors. Detection of a PRS by environment (PRS x E) interaction may provide clues to underlying biology and can be useful in developing targeted prevention strategies for modifiable risk factors. The standard PRS may include a subset of variants that interact with E but a much larger subset of variants that affect disease without regard to E. This latter subset will water down the underlying signal in former subset, leading to reduced power to detect PRS x E interaction. We explore the use of pathway-defined PRS (pPRS) scores, using state of the art tools to annotate subsets of variants to genomic pathways. We demonstrate via simulation that testing targeted pPRS x E interaction can yield substantially greater power than testing overall PRS x E interaction. We also analyze a large study (N=78,253) of colorectal cancer (CRC) where E = non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs), a well-established protective exposure. While no evidence of overall PRS x NSAIDs interaction (p=0.41) is observed, a significant pPRS x NSAIDs interaction (p=0.0003) is identified based on SNPs within the TGF-{beta} / gonadotropin releasing hormone receptor (GRHR) pathway. NSAIDS is protective (OR=0.84) for those at the 5th percentile of the TGF-{beta}/GRHR pPRS (low genetic risk, OR), but significantly more protective (OR=0.70) for those at the 95th percentile (high genetic risk). From a biological perspective, this suggests that NSAIDs may act to reduce CRC risk specifically through genes in these pathways. From a population health perspective, our result suggests that focusing on genes within these pathways may be effective at identifying those for whom NSAIDs-based CRC-prevention efforts may be most effective. Author SummaryThe identification of polygenic risk score (PRS) by environment (PRSxE) interactions may provide clues to underlying biology and facilitate targeted disease prevention strategies. The standard approach to computing a PRS likely includes many variants that affect disease without regard to E, reducing power to detect PRS x E interactions. We utilize gene annotation tools to develop pathway-based PRS (pPRS) scores and show by simulation studies that testing pPRS x E interaction can yield substantially greater power than testing PRS x E, while also integrating biological knowledge into the analysis. We apply our method to a large study of colorectal cancer to identify a significant pPRS x NSAIDs interaction (p=0.0003) based on SNPs within the TGF-{beta} / gonadotropin releasing hormone receptor (GRHR) pathway. Our findings suggest that focusing on genetic susceptibility within biologically informed pathways may be more sensitive for identifying exposures that can be considered as part of a precision prevention approach.
著者: W. James Gauderman, Yubo Fu, Bryan Queme, Eric Kawaguchi, Yinqiao Wang, John Morrison, Hermann Brenner, Andrew Chan, Stephen B. Gruber, Temitope Keku, Li Li, Victor Moreno, Andrew J Pellatt, Ulrike Peters, N. Jewel Samadder, Stephanie L. Schmit, Cornelia M. Ulrich, Caroline Um, Anna Wu, Juan Pablo Lewinger, David A. Drew, Huaiyu Mi
最終更新: 2024-12-20 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.16.628610
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.16.628610.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。