Deciphering the genomic architecture of systemic sclerosis
- Autores: David González
- Directores de la Tesis: Javier Martín Ibáñez (codir. tes.), Ana María Márquez Ortiz (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2021
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Esteban Ballestar Tarin (presid.), Blanca María Rueda Medina (secret.), Carlos Alberto Flores Infante (voc.), Lara Bossini Castillo (voc.), Bobby P.C. Koeleman (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biomedicina por la Universidad de Granada
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
- español
La esclerosis sistémica (SSc) es una enfermedad autoimmune reumática compleja, que presenta un fuerte componente genético y ambiental. Esta enfermedad está caracterizada por la presencia de fibrosis que puede afectar a la piel y a órganos internos, un fuerte daño vascular y una respuesta inmunológica alterada (incluyendo la presencia de auto-anticuerpos). Además, la SSc muestra un amplio rango de manifestaciones fenotípicas, así como características clínicas muy heterogéneas, lo que dificulta su correcto tratamiento.
La presente tesis doctoral se centró en el estudio del componente genético subyacente a la SSc. Hasta el momento, se han identificado más de 25 loci asociados con la susceptibilidad a desarrollar SSc mediante los llamados estudios de asociación de genoma completo (GWAS). Sin embargo, la mayoría de estos estudios han sido realizados en población caucásica. Con el objetivo de conocer mejor las bases genéticas de la SSc en otras poblaciones, realizamos un GWAS en pacientes con SSc de origen iraní y turco, confirmando las asociaciones previamente descritas, tanto dentro de la región del antígeno leucocitario humano (HLA), mediante un estudio en profundidad de la misma, como fuera de dicha región, incluyendo IRF5-TNPO3 y NFKB1. Además, identificamos una asociación a nivel sugestivo del locus GOT1-NKX2.3, apuntando a NKX2.3 como un gen candidato potencial en SSc. También quisimos estudiar las bases genéticas compartidas entre la SSc y otras enfermedades inmunomediadas a través de un meta-análisis de datos de GWAS. Mediante esta estrategia, encontramos cuatro nuevos loci de susceptibilidad compartidos con la enfermedad de Crohn (STAT3, IRF1, IL12RB2 y ZBTB9-BAK1) e identificamos la ruta de señalizacion IL-12/IL-23 como una de las principales vías patogénicas comunes a ambas enfermedades. Además, se analizó el componente genético compartido entre cuatro enfermedades reumáticas seropositivas (SSc, artritis reumatoide, lupus eritematoso sistémico y miopatía inflamatoria idiopática), identificándose 26 loci de riesgo comunes a al menos dos enfermedades, de los cuales NAB1, DGKQ, KPNA4-ARL14, LIMK1 y PRR12 no se habian descrito previamente y destacando la señalización del interferón tipo I como una de las vías comunes de mayor relevancia entre estas cuatro enfermedades.
Sin embargo, una de las principales limitaciones de los GWAS es la dificultad para identificar los genes, variantes, o tipos celulares causales del fenotipo con el que se asocian. Por ello, decidimos realizar estudios de genómica funcional, incluyendo el análisis de locus de carácter cuantitativo de expresión (eQTLs) y estudios de captura de conformación de la cromatina (promoter capture Hi-C, pCHi-C) con el fin de relacionar las variantes asociadas con susceptibilidad a desarrollar SSc con sus genes diana. A través de la integración de datos GWAS y de secuenciación de ARN, realizamos el primer análisis de eQTLs descrito en SSc, observando que más de la mitad de los eGenes detectados están asociados con los principales rasgos característicos de la SSc, destacando el papel fundamental del proceso de apoptosis. Por otro lado, los análisis de conformación de cromatina pCHi-C realizados en linfocitos T CD4+ y monocitos CD14+ de pacientes con SSc y controles sanos, revelaron la existencia de interacciones específicas de tipo celular entre loci asociados a la SSc y genes causales previamente confirmados, como es el caso de IRF8 en monocitos CD14+, y CD247 y STAT4 en linfocitos T CD4+, así como genes candidatos potenciales. Entre estos genes, destaca CXCR5, que juega un papel importante en la diferenciación de linfocitos T cooperadores foliculares y ha sido previamente vinculado con otras enfermedades autoinmunes.
Por último, realizamos un análisis de reposicionamiento de fármacos en varios estudios incluidos en la presente tesis, gracias a los cuales se identificaron más de 20 genes con diana farmacológica que, actualmente, están siendo abordados en otras enfermedades inmunomediadas similares, lo que indica que estos fármacos podrían ser potencialmente útiles para el tratamiento de la SSc.
- English
Systemic sclerosis (SSc) is a complex rheumatic autoimmune disease (AD) with an important genetic and environmental component, characterized by the triad of pathological hallmarks: extensive fibrosis of skin and internal organs, vascular damage, and altered immune response (including the presence of autoantibodies). SSc shows a wide range of phenotypical manifestations and heterogeneous clinical characteristics, making it difficult to treat.
The present PhD dissertation is focused on the study of the genetic component of SSc. To date, more than 25 loci have been firmly associated to SSc by genome-wide association studies (GWAS). Nevertheless, most of these studies have been performed in Caucasian population. In order to extent the knowledge of the genetic component of SSc, we performed a GWAS in the Iranian and Turkish populations, confirming previous associations both within the human leukocyte antigen (HLA) region, by performing an extensive study of this locus, and outside this region, such as IRF5-TNPO3 and NFKB1. We also identified a suggestive association within the GOT1-NKX2.3 locus, suggesting NKX2.3 as a potential candidate gene in SSc. In addition, we also studied the shared genetic component between SSc and other immune-mediated disorders through cross-disease meta-GWAS approach. Using this strategy, we found four new loci shared with Crohn’s disease (STAT3, IRF1, IL12RB2, and ZBTB9-BAK1), and identified the IL-12/IL-23 signaling as one of a most common relevant pathway for both diseases. Furthermore, we analyzed the genetic component shared among four systemic seropositive rheumatic diseases (SSc, rheumatoid arthritis, systemic lupus erythematosus and idiopathic inflammatory myopathy) identifying 26 genome-wide significant common loci for at least two conditions, of which NAB1, DGKQ, KPNA4-ARL14, LIMK1, and PRR12 had not been reported before, as well as determining that the type I IFN signalling pathway and its regulation play a more prominent role in these disorders.
However, one of the main limitations of GWAS is the difficulty to identify true causal genes, variants and cell types. Thus, we performed functional genomics studies including expression quantitative trait locus (eQTL) analysis and chromosome conformation capture studies (promoter capture Hi-C, pCHi-C) in order to provide a mechanistic link between non-coding SSc-associated variants and their target genes. Through the integration of GWAS and RNA-seq data we performed the first eQTL analysis in SSc, revealing that more than half of the eGenes detected were associated with the most important SSc hallmarks and highlighting the crucial role of the apoptotic process in SSc. On the other hand, pCHi-C analysis performed in CD4+ T cells and CD14+ monocytes from SSc patients and healthy controls, revealed cell-type specific interactions between SSc-associated loci and previously confirmed causal genes, such as IRF8 in CD14+ monocytes, and CD247 and STAT4 in CD4+ T cells, as well as new potential candidate genes, especially CXCR5, which plays an important role in the differentiation of follicular helper T cells and has been associated with other ADs.
Finally, drug repurposing analyses performed throughout the different conducted studies identified more than 20 drug target genes already targeted in similar immune-mediated diseases, thus contributing to the potential repositioning of different drugs for its use in systemic sclerosis treatment.
- español
