パーキンソン病の遺伝学に関する新たな洞察
研究がアフリカの人々におけるパーキンソン病の遺伝的リスクを浮き彫りにしている。
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目次
パーキンソン病(PD)は神経系に影響を与える疾患で、動きに問題が出たり、気分、嗅覚、思考能力にも影響を及ぼすことがある。症状は通常ゆっくり始まり、時間とともに悪化していく。一般的なサインには、安静時の震え、動きが遅くなること、気分の変化などがある。推計によれば、2016年には約610万人がこの病気を抱えていて、その数は2040年までに1750万人に増えると予想されている。主に高齢化が原因だ。
パーキンソン病の遺伝子
研究者たちはパーキンソン病の原因をよりよく理解するために、遺伝子についての研究を進めてきた。全ゲノム関連解析(GWAS)により、病気に関連する遺伝的変異が特定されている。この研究の多くは欧州人口に焦点を当てているけど、他のグループ、特にアフリカやラテンアメリカの人々についてまだまだ学ぶべきことがある。研究では、これらの集団に特有のリスク信号が見つかっている。
最近の研究では、アフリカ系の人々の遺伝子を調べて、これまで特定されていなかった新しいリスク信号が見つかった。さまざまなバックグラウンドの人々を含むこの研究は、パーキンソン病に関連する遺伝的リスクの全体像を明確にすることを目的としている。
多様な研究の重要性
多様な集団には独自の遺伝的特性があって、研究者が疾患をよりよく理解する手助けになる。例えば、アフリカの集団は、単純な疾患と複雑な疾患の両方に関する貴重な情報を持っているかもしれない。これらのグループを調べることは、すべての集団が研究に含まれることを保証するだけでなく、彼ら特有の遺伝的特性の発見にもつながる。
上記の研究は、アフリカおよびアフリカ混合集団におけるパーキンソン病の遺伝子を調べた初めての研究で、疾患のリスク、発症年齢、参加者間の遺伝的多様性に関する情報を分析した。この包括的なアプローチは重要な洞察をもたらす可能性がある。
研究参加者
この研究には主要な遺伝子プログラムや研究機関からの参加者が含まれていた。すべての参加者が十分な情報に基づいて同意を提供することが重要だった。研究は倫理的ガイドラインに厳密に従い、すべての関係者の安全と権利を保証した。参加者は神経学的検査を受けて健康状態を確認し、神経変性疾患の兆候が見られないようにコントロールが慎重に選ばれた。
遺伝データの収集方法
この研究では、遺伝データを収集するためにさまざまなプラットフォームが使用された。たとえば、特別なアレイを使って個人をゲノタイピングし、幅広い遺伝子マーカーを特定した。これらのアレイには、一般的なマーカーとカスタムデザインされたマーカーの両方が含まれていた。データの質を確認することが重要で、集めたデータが信頼できるものであるかどうかチェックが行われた。
データを収集した後、研究者たちは先祖に基づく異なる遺伝的プロファイルを特定するために分析を行った。質的基準を満たさないサンプルは取り除かれ、例えば、データポイントが欠落し過ぎているものや遺伝子マーカーに不整合が見られるものが除外された。
リスクと発症年齢の評価
研究では、遺伝子がパーキンソン病のリスクや症状の発症年齢にどのように影響するかを調べた。特定の遺伝子と病気のリスクの相関関係を調べるためにロジスティック回帰モデルを使用し、年齢や性別などの要因を調整した。このデータを分析することによって、遺伝子がどのように人が病気の症状を初めて経験する年齢に影響を与えるかを見ようとした。
GBA1とパーキンソン病についての発見
この研究では、パーキンソン病とGBA1という遺伝子の新たな関連が見つかった。この遺伝子は、体内の特定の脂肪を分解するために必要な酵素を生成する役割を持っている。研究者たちは、この遺伝子の変異がパーキンソン病のリスクに影響する可能性があることを発見した。
特定された変異、rs3115534と呼ばれるものは、病気を発症する可能性を大幅に増加させることが示された。リスクアレルが1つ追加されるごとに、パーキンソン病の可能性が高まった。また、この変異は症状が発症する年齢にも影響を与えるようで、この遺伝子と病気の進行との強い関連が示唆されている。
異なる集団の比較
研究者たちは、アフリカとアジアの集団との既存データを比較した。パーキンソン病に影響を与える遺伝的要因がこれらのグループで異なることを発見した。例えば、アフリカの集団で見つかったリスク変異は欧州では稀だった。これは、病気の遺伝的な全景を把握するために多様な集団の研究が重要であることを強調している。
全ゲノムシーケンシング
より深い洞察を得るために、研究者たちは研究参加者に対して全ゲノムシーケンシングを実施した。この方法により、既知の遺伝的変異だけでなく、病気に関連する可能性のある新しいものも特定することができた。彼らは、観察されたリスクを説明する可能性のあるGBA1遺伝子のコーディングまたは構造の変異を明らかにしようとした。
しかし、リスク増加に関与する新たな大きな変異はGBA1遺伝子では見つからず、研究者たちは観察された遺伝的影響の代替説明を考える必要が出てきた。特に、遺伝子発現や酵素活性に対する変異の影響について。
酵素活性と遺伝子発現
研究からの興味深い発見の一つは、GBA1変異とそれがコードする酵素との複雑な関係だ。リスクアレルはGBA1の発現量が高いことと関連していたが、生成された酵素の活性は低下していた。この逆説的な状況は、リスク変異が機能しない酵素のバージョンを生産することに繋がるかもしれず、その結果、病気のリスクが高まることを示唆している。
研究者たちは、疾患に影響を与える多様な遺伝子転写物の存在も強調した。これにより、GBA1転写物の異なる形式が従来の遺伝研究を複雑にし、より包括的な調査の必要性を示している。
多因子リスクスコア
研究者たちは、参加者が自分の遺伝的構成に基づいてパーキンソン病を発症する可能性を予測するための多因子リスクスコア(PRS)を計算した。このスコアは、個人のゲノム全体にわたる多数の遺伝的変異の影響を組み合わせて、全体的なリスクの見積もりを提供する。アフリカ系およびアフリカ混合の個人も分析に含まれていて、遺伝子がパーキンソン病リスクにどのように影響するかをよりよく理解する手助けになった。
ホモ接合体の連続
この研究では、ホモ接合体の連続(ROH)も調べた。これは、個人が両親から同じアレルを2つ受け継いでいる領域を指す。分析の結果、パーキンソン病を持つ個人には、コントロールよりも長いホモ接合体の連続が見られた。この発見は、これらの集団において病気に寄与する劣性遺伝因子が存在する可能性を示唆していて、さらなる研究が必要であることを強調している。
限界と今後の方向性
この研究は貴重な洞察を提供したが、限界も伴っていた。サンプル数が多ければ、さまざまなグループ間の遺伝的リスクを分析する際により明確な視点を得られただろう。また、遺伝的相互作用と環境要因の複雑さが、結果の解釈に注意を要することが必要だった。
今後は、代表性の乏しい集団における他の潜在的な遺伝的変異を探ることが重要になるべきだ。将来の研究では、GBA1や他の関連遺伝子の影響をさらに詳しく調査し、疾患の発展や進行にどのように影響するかを検討すべきだ。
結論
この研究は、アフリカおよびアフリカ混合集団におけるパーキンソン病に寄与する遺伝的要因を理解する上で重要な進展を表している。多様なグループに焦点を当てることで、研究者たちは新たな洞察を得て、疾患の早期発見や治療法の改善に役立てることができる。結果は、パーキンソン病のような複雑な疾患を理解するために、多様な集団を遺伝研究に含める重要性を強調している。
遺伝的な風景を特定し、新しいメカニズムを発見するための継続的な努力があれば、パーキンソン病のリスクのある人々の結果を大きく改善するターゲット介入や治療法の開発の可能性がある。
タイトル: Genome-wide Association Identifies Novel Etiological Insights Associated with Parkinsons Disease in African and African Admixed Populations
概要: BackgroundUnderstanding the genetic mechanisms underlying diseases in ancestrally diverse populations is a critical step towards the realization of the global application of precision medicine. The African and African admixed populations enable mapping of complex traits given their greater levels of genetic diversity, extensive population substructure, and distinct linkage disequilibrium patterns. MethodsHere we perform a comprehensive genome-wide assessment of Parkinsons disease (PD) in 197,918 individuals (1,488 cases; 196,430 controls) of African and African admixed ancestry, characterizing population-specific risk, differential haplotype structure and admixture, coding and structural genetic variation and polygenic risk profiling. FindingsWe identified a novel common risk factor for PD and age at onset at the GBA1 locus (risk, rs3115534-G; OR=1.58, 95% CI = 1.37 - 1.80, P=2.397E-14; age at onset, BETA =-2.004, SE =0.57, P = 0.0005), that was found to be rare in non-African/African admixed populations. Downstream short- and long-read whole genome sequencing analyses did not reveal any coding or structural variant underlying the GWAS signal. However, we identified that this signal mediates PD risk via expression quantitative trait locus (eQTL) mechanisms. While previously identified GBA1 associated disease risk variants are coding mutations, here we suggest a novel functional mechanism consistent with a trend in decreasing glucocerebrosidase activity levels. Given the high population frequency of the underlying signal and the phenotypic characteristics of the homozygous carriers, we hypothesize that this variant may not cause Gaucher disease. Additionally, the prevalence of Gauchers disease in Africa is low. InterpretationThe present study identifies a novel African-ancestry genetic risk factor in GBA1 as a major mechanistic basis of PD in the African and African admixed populations. This striking result contrasts to previous work in Northern European populations, both in terms of mechanism and attributable risk. This finding highlights the importance of understanding population-specific genetic risk in complex diseases, a particularly crucial point as the field moves toward precision medicine in PD clinical trials and while recognizing the need for equitable inclusion of ancestrally diverse groups in such trials. Given the distinctive genetics of these underrepresented populations, their inclusion represents a valuable step towards insights into novel genetic determinants underlying PD etiology. This opens new avenues towards RNA-based and other therapeutic strategies aimed at reducing lifetime risk. Research in Context Evidence Before this StudyOur current understanding of Parkinsons disease (PD) is disproportionately based on studying populations of European ancestry, leading to a significant gap in our knowledge about the genetics, clinical characteristics, and pathophysiology in underrepresented populations. This is particularly notable in individuals of African and African admixed ancestries. Over the last two decades, we have witnessed a revolution in the research area of complex genetic diseases. In the PD field, large-scale genome-wide association studies in the European, Asian, and Latin American populations have identified multiple risk loci associated with disease. These include 78 loci and 90 independent signals associated with PD risk in the European population, nine replicated loci and two novel population-specific signals in the Asian population, and a total of 11 novel loci recently nominated through multi-ancestry GWAS efforts. Nevertheless, the African and African admixed populations remain completely unexplored in the context of PD genetics. Added Value of this StudyTo address the lack of diversity in our research field, this study aimed to conduct the first genome-wide assessment of PD genetics in the African and African admixed populations. Here, we identified a genetic risk factor linked to PD etiology, dissected African-specific differences in risk and age at onset, characterized known genetic risk factors, and highlighted the utility of the African and African admixed risk haplotype substructure for future fine-mapping efforts. We identified a novel disease mechanism via expression changes consistent with decreased GBA1 activity levels. Future large scale single cell expression studies should investigate the neuronal populations in which expression differences are most prominent. This novel mechanism may hold promise for future efficient RNA-based therapeutic strategies such as antisense oligonucleotides or short interfering RNAs aimed at preventing and decreasing disease risk. We envisage that these data generated under the umbrella of the Global Parkinsons Genetics Program (GP2) will shed light on the molecular mechanisms involved in the disease process and might pave the way for future clinical trials and therapeutic interventions. This work represents a valuable resource in an underserved population, supporting pioneering research within GP2 and beyond. Deciphering causal and genetic risk factors in all these ancestries will help determine whether interventions, potential targets for disease modifying treatment, and prevention strategies that are being studied in the European populations are relevant to the African and African admixed populations. Implications of all the Available EvidenceWe nominate a novel signal impacting GBA1 as the major genetic risk factor for PD in the African and African admixed populations. The present study could inform future GBA1 clinical trials, improving patient stratification. In this regard, genetic testing can help to design trials likely to provide meaningful and actionable answers. It is our hope that these findings may ultimately have clinical utility for this underrepresented population.
著者: Sara Bandres-Ciga, M. Rizig, M. B. Makarious, O. Ojo, P. Wild Crea, O. Abiodun, K. S. Levine, S. Abubakar, C. Achoru, D. Vitale, O. Adeniji, O. Agabi, M. J. Koretsky, U. Agulanna, D. A. Hall, R. Akinyemi, T. Xie, M. Ali, E. A. Shamim, I. Ani-Osheku, M. Padmanaban, O. Arigbodi, D. G. Standaert, A. Bello, M. Dean, C. Erameh, I. Elsayed, T. Farombi, O. Okunoye, M. Fawale, K. J. Billingsley, F. Imarhiagbe, P. Alvarez Jerez, E. Iwuozo, B. Baker, M. Komolafe, L. Malik, P. Nwani, K. Daida, E. Nwazor, A. Miano-Burkhardt, Y. Nyandaiti, Z.-H. Fang, Y. Obiabo, Kl
最終更新: 2023-05-07 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2023.05.05.23289529
ソースPDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2023.05.05.23289529.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
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 medrxiv に感謝します。
参照リンク
- https://www.versiticlinicaltrials.org/salusirb
- https://github.com/GP2code/GenoTools
- https://imputation.biodatacatalyst.nhlbi.nih.gov
- https://terra.bio/
- https://ldlink.nci.nih.gov/?tab=home
- https://CRAN.R-project.org/package=coloc
- https://amp-pd.org37
- https://github.com/GP2code
- https://dx.doi.org/10.17504/protocols.io.q26g74169gwz/v1
- https://www.coriell.org/
- https://gp2.org
- https://gtexportal.org/
- https://amp-pd.org/register-for-amp-pd
- https://research.23andme.com/dataset-access/
- https://github.com/GP2code/GP2-AFR-AAC-metaGWAS
- https://hpc.nih.gov