O Conflito entre Genes e Ambiente na Saúde
Explore como a genética e o ambiente moldam nossos riscos à saúde.
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
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Índice
- O que é um Escore de Risco Poligênico?
- Análise de Interação Gene-Ambiente
- O Papel do PRS em Estudos Gene-Ambiente
- Desafios na Detecção de Interações gene-ambiente com PRS
- Entrando com os Escores de Risco Poligênico de Via (pPRS)
- Análise Baseada em Via em Ação
- Os Resultados do Estudo de CCR
- Impacto de Compreender Interações GxE na Prevenção
- Direções Futuras na Pesquisa Gene-Ambiente
- Conclusão
- Fonte original
Os genes e o ambiente têm papéis significativos na nossa saúde. Às vezes, nossa genética nos torna mais sensíveis (ou resistentes) a influências ambientais específicas. Essa relação é conhecida como interação gene-ambiente, muitas vezes abreviada para interação GxE. Imagine seus genes como um livro e o ambiente como um leitor. Dependendo de como o leitor interpreta o texto, o significado pode mudar. Nesse caso, certas exposições podem aumentar ou diminuir o risco de desenvolver doenças com base nas nossas predisposições genéticas.
O que é um Escore de Risco Poligênico?
Para medir como os genes afetam nosso risco de problemas de saúde, os cientistas criaram uma ferramenta chamada Escore de Risco Poligênico (PRS). Você pode pensar nisso como um “boletim genético.” Esse escore leva em conta várias variantes genéticas - como pequenas marcações em um grande mapa do seu DNA - e combina elas para dar uma visão geral de quão provável é que você desenvolva uma característica ou doença específica. Essas variantes genéticas geralmente são identificadas a partir de grandes estudos que buscam conexões entre genes e condições de saúde.
Por exemplo, se você recebesse um relatório de saúde dizendo: “Você tem um risco maior de pressão alta,” isso é semelhante ao funcionamento de um PRS – ele resume seu risco genético com base em uma coleção de variantes genéticas conhecidas.
Análise de Interação Gene-Ambiente
Uma análise de GxE foca em identificar grupos de pessoas com certas características genéticas que podem reagir de forma diferente a fatores ambientais específicos. Pense assim: duas pessoas podem ser expostas à mesma condição ambiental, como fumar. Uma pessoa, devido ao seu background genético, pode desenvolver problemas respiratórios, enquanto a outra passa por isso sem tossir.
O objetivo dessas análises é ver como o ambiente interage com os diferentes backgrounds genéticos ao avaliar o risco de doenças. Isso pode ser crucial para desenvolver estratégias de prevenção eficazes.
O Papel do PRS em Estudos Gene-Ambiente
Nos últimos anos, os pesquisadores têm usado PRS para investigar essas interações GxE em várias condições de saúde, como câncer de pulmão, diabetes, TDAH e problemas cardíacos. Analisando como o risco genético de uma pessoa interage com influências ambientais, os pesquisadores podem identificar melhor quem pode estar em risco e quais estratégias de prevenção podem funcionar melhor para eles.
Imagine ter uma bola de cristal que te diz não só que você pode pegar um resfriado neste inverno, mas que você pegaria mais fácil se estivesse perto de pessoas que estão espirrando e fungando. Esse é o tipo de insight que os cientistas buscam oferecer através dessas análises.
Interações gene-ambiente com PRS
Desafios na Detecção deNo entanto, usar PRS para explorar essas interações nem sempre é simples. Um desafio surge do fato de que o PRS padrão inclui uma ampla gama de variantes genéticas, muitas das quais podem não ser diretamente relevantes para o fator ambiental específico que está sendo estudado.
Por exemplo, se você pensar no PRS como uma panela de sopa, ela pode conter muitos ingredientes que não combinam. Alguns ingredientes podem diluir o gosto dos sabores que você quer destacar, especialmente ao procurar interações específicas. Isso pode dificultar a identificação de quais fatores genéticos realmente importam ao considerar as influências ambientais no risco de doenças.
Escores de Risco Poligênico de Via (pPRS)
Entrando com osPara lidar com esses desafios, os pesquisadores propõem usar algo chamado Escores de Risco Poligênico de Via, ou pPRS. Enquanto um PRS olha para a imagem geral, um pPRS afunila a visão para vias biológicas específicas - pense nisso como dar um zoom em uma parte da sopa onde moram todos os bons sabores.
Um pPRS inclui apenas variantes genéticas que se sabe interagir com certos fatores ambientais. Ao focar nesses conjuntos específicos de SNPS, os pesquisadores esperam identificar melhor as interações e aumentar a capacidade de detectar essas associações.
Análise Baseada em Via em Ação
Para ilustrar como isso funciona, os pesquisadores examinaram o Câncer Colorretal (CCR) usando tanto PRS quanto pPRS. Eles focaram em um fator protetor bem conhecido: o uso de medicamentos anti-inflamatórios não esteroides (AINEs), que são comumente vendidos sem receita (pense em ibuprofeno).
Os pesquisadores analisaram um grupo significativo de pessoas com CCR e aquelas sem a doença. Coletando dados detalhados sobre o uso de AINEs e analisando os dados genéticos dessas pessoas, o objetivo era ver como os genes poderiam influenciar o efeito dos AINEs no risco de CCR.
Para a análise, eles identificaram 204 variantes genéticas ligadas ao CCR a partir de um grande estudo genético. Em seguida, criaram um PRS geral com base nessas variantes e um pPRS que se baseou em variantes genéticas específicas conhecidas por estarem associadas a certas vias biológicas.
Os Resultados do Estudo de CCR
Eles descobriram que, enquanto o PRS geral não mostrou uma interação significativa com o uso de AINEs, o pPRS mostrou! Especificamente, duas vias relacionadas ao TGF-β e ao receptor de hormônio liberador de gonadotropina mostraram uma conexão significativa com o uso de AINEs na proteção contra CCR.
Isso significa que, se você tem perfis genéticos específicos associados a essas vias, pode ter mais proteção ao usar AINEs contra o câncer colorretal. Pense nisso como ter um superpoder contra o CCR se você tiver a genética certa e usar AINEs de forma apropriada!
Impacto de Compreender Interações GxE na Prevenção
As descobertas de pesquisas como essa podem influenciar significativamente a forma como abordamos a medicina preventiva. Ao reconhecer fatores genéticos específicos que modificam o impacto das exposições ambientais, os profissionais de saúde podem personalizar melhor as estratégias de prevenção.
Por exemplo, se o background genético de uma pessoa sugere que ela está em maior risco de desenvolver CCR, mesmo com o uso de AINEs, os profissionais de saúde podem sugerir estratégias de triagem mais direcionadas ou medidas de proteção adicionais.
Direções Futuras na Pesquisa Gene-Ambiente
À medida que os pesquisadores continuam essa linha de investigação, eles esperam refinar suas métodos ainda mais. Seria valioso explorar várias variantes genéticas, além das associadas a doenças, e examinar como elas interagem com outros fatores ambientais.
Por exemplo, considere como a dieta, a atividade física ou até mesmo a localização geográfica poderiam se entrelaçar com fatores genéticos ao avaliar o risco de doenças. Compreender essa complexidade pode ajudar a construir uma estrutura melhor para a medicina personalizada.
Conclusão
As interações gene-ambiente apresentam um quebra-cabeça fascinante para os pesquisadores. Elas revelam como nossa genética e o ambiente podem trabalhar juntos para influenciar nossa saúde de maneiras profundas. Ao usar ferramentas como PRS e pPRS, os cientistas estão mais bem equipados para dissecar essas interações e descobrir insights que podem, em última análise, levar a estratégias de prevenção melhoradas e a resultados de saúde.
À medida que continuamos nesse caminho, as possibilidades de entender e mitigar riscos à saúde crescem, abrindo portas para abordagens personalizadas que atendam aos contextos genéticos individuais. Quem sabe? Talvez um dia, todos nós tenhamos nossa própria receita de saúde para uma vida longa e saudável, personalizada com base em nossos ingredientes genéticos únicos!
Título: Pathway Polygenic Risk Scores (pPRS) for the Analysis of Gene-environment Interaction
Resumo: 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.
Autores: 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
Última atualização: Dec 20, 2024
Idioma: English
Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.16.628610
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.16.628610.full.pdf
Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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