scholarly journals Transcriptome-wide Association Study and eQTL colocalization identify potentially causal genes responsible for bone mineral density GWAS associations

2021 ◽  
Author(s):  
Basel M Al-Barghouthi ◽  
Will T Rosenow ◽  
Kang-Ping Du ◽  
Jinho Heo ◽  
Robert Maynard ◽  
...  

Genome-wide association studies (GWASs) for bone mineral density (BMD) have identified over 1,100 associations to date. However, identifying causal genes implicated by such studies has been challenging. Recent advances in the development of transcriptome reference datasets and computational approaches such as transcriptome-wide association studies (TWASs) and expression quantitative trait loci (eQTL) colocalization have proven to be informative in identifying putatively causal genes underlying GWAS associations. Here, we used TWAS/eQTL colocalization in conjunction with transcriptomic data from the Genotype-Tissue Expression (GTEx) project to identify potentially causal genes for the largest BMD GWAS performed to date. Using this approach, we identified 512 genes as significant (Bonferroni <= 0.05) using both TWAS and eQTL colocalization. This set of genes was enriched for regulators of BMD and members of bone relevant biological processes. To investigate the significance of our findings, we selected PPP6R3, the gene with the strongest support from our analysis which was not previously implicated in the regulation of BMD, for further investigation. We observed that Ppp6r3 deletion in mice decreased BMD. In this work, we provide an updated resource of putatively causal BMD genes and demonstrate that PPP6R3 is a putatively causal BMD GWAS gene. These data increase our understanding of the genetics of BMD and provide further evidence for the utility of combined TWAS/colocalization approaches in untangling the genetics of complex traits.

2010 ◽  
Vol 25 (8) ◽  
pp. 1821-1829 ◽  
Author(s):  
Shoji Ichikawa ◽  
Daniel L Koller ◽  
Leah R Padgett ◽  
Dongbing Lai ◽  
Siu L Hui ◽  
...  

2011 ◽  
Vol 96 (5) ◽  
pp. 1258-1268 ◽  
Author(s):  
Braxton D. Mitchell ◽  
Laura M. Yerges-Armstrong

Context: A strong genetic influence on bone mineral density has been long established, and modern genotyping technologies have generated a flurry of new discoveries about the genetic determinants of bone mineral density (BMD) measured at a single time point. However, much less is known about the genetics of age-related bone loss. Identifying bone loss-related genes may provide new routes for therapeutic intervention and osteoporosis prevention. Evidence Acquisition: A review of published peer-reviewed literature on the genetics of bone loss was performed. Relevant studies were summarized, most of which were drawn from the period 1990–2010. Evidence Synthesis: Although bone loss is a challenging phenotype, available evidence supports a substantial genetic contribution. Some of the genes identified from recent genome-wide association studies of cross-sectional BMD are attractive candidate genes for bone loss, most notably genes in the nuclear factor κB and estrogen endocrine pathways. New insights into the biology of skeletal development and regulation of bone turnover have inspired new hypotheses about genetic regulation of bone loss and may provide new directions for identifying genes associated with bone loss. Conclusions: Although recent genome-wide association and candidate gene studies have begun to identify genes that influence BMD, efforts to identify susceptibility genes specific for bone loss have proceeded more slowly. Nevertheless, clues are beginning to emerge on where to look, and as population studies accumulate, there is hope that important bone loss susceptibility genes will soon be identified.


2021 ◽  
Author(s):  
Daniel Schmitz ◽  
Weronica E Ek ◽  
Elin Berggren ◽  
Julia Höglund ◽  
Torgny Karlsson ◽  
...  

Context. Estradiol is the primary female sex hormone and plays an important role for skeletal health in both sexes. Several enzymes are involved in estradiol metabolism but few genome-wide association studies (GWAS) have been performed to characterize the genetic contribution to variation in estrogen levels. Objective. Identify genetic loci affecting estradiol levels and estimate causal effect of estradiol on bone mineral density (BMD). Design. We performed GWAS for estradiol in males (N = 147,690) and females (N = 163,985) from UK Biobank (UKB). Estradiol was analyzed as a binary phenotype; above/below detection limit (175 pmol/L). We further estimated the causal effect of estradiol on BMD using Mendelian randomization. Results. We identified 14 independent loci associated (P<5x10-8) with estradiol levels in males, of which one (CYP3A7) was genome-wide and seven nominally (P<0.05) significant in females. In addition, one female specific locus was identified. Most loci contain functionally relevant genes that have not been discussed in relation to estradiol levels in previous GWAS. For example, SRD5A2, which encodes a steroid 5-alpha reductase that is involved in processing androgens, and UGT3A1 and UGT2B7 which encode enzymes likely to be involved in estradiol elimination. The allele that tags the O blood group, at the ABO locus, was associated with higher estradiol levels. We identified a causal effect of high estradiol levels on increased BMD in both males (P=1.58x10-11) and females (P=7.48x10-6). Conclusion. Our findings further support the importance of the body's own estrogen to maintain skeletal health in males and in females.


2018 ◽  
Author(s):  
Alessandra Chesi ◽  
Yadav Wagley ◽  
Matthew E. Johnson ◽  
Elisabetta Manduchi ◽  
Chun Su ◽  
...  

ASBTRACTOsteoporosis is a devastating disease with an essential genetic component. Genome wide association studies (GWAS) have discovered genetic variants robustly associated with bone mineral density (BMD), however they only report genomic signals and not necessarily the precise localization of culprit effector genes. Therefore, we sought to carry out physical and direct ‘variant to gene mapping’ in a relevant primary human cell type. We developed ‘SPATIaL-seq’ (genome-Scale, Promoter-focused Analysis of chromaTIn Looping), a massively parallel, high resolution Capture-C based method to simultaneously characterize the genome-wide interactions of all human promoters. By intersecting our SPATIaL-seq and ATAC-seq data from human mesenchymal progenitor cell -derived osteoblasts, we observed consistent contacts between candidate causal variants and putative target gene promoters in open chromatin for ~30% of the 110 BMD loci investigated. Knockdown of two novel implicated genes, ING3 at ‘CPED1-WNT16’ and EPDR1 at ‘STARD3NL’, had pronounced inhibitory effects on osteoblastogenesis. Our approach therefore aids target discovery in osteoporosis and can be applied to other common genetic diseases.


2020 ◽  
Author(s):  
Μαρία Χρήστου

Σκοπός της διδακτορικής διατριβής ήταν η αποσαφήνιση της αιτιολογίας της οστεοπόρωσης, της συχνότερης διαταραχής των οστών, μέσω μελέτης της γενετικής πλειοτροπίας της νόσου.Στην προσπάθεια αποτίμησης των πλειοτροπικών γενετικών πολυμορφισμών που σχετίζονται με ελαττωμένη οστική πυκνότητα (Bone Mineral Density, BMD) και διάφορους φαινοτύπους πραγματοποιήθηκε ανασκόπηση της βιβλιογραφίας. Περιγράφηκαν τα πρόσφατα δεδομένα γενετικής πλειοτροπίας μεταξύ της BMD και της οστεοπόρωσης και 5 φαινοτύπων εντός του μυοσκελετικού συστήματος (κάταγμα, οστεοαρθρίτιδα, ρευματοειδής αρθρίτιδα, άλιπη σωματική μάζα, εκφύλιση μεσοσπονδύλιου δίσκου στην οσφυϊκή μοίρα της σπονδυλικής στήλης), καθώς επίσης των ακόλουθων 15 φαινοτύπων εκτός του μυοσκελετικού συστήματος: δείκτης μάζας σώματος, περιφέρεια μέσης, λόγος περιφέρειας μέσης-ισχίου, λιπώδης μάζα, %λίπος, στεφανιαία νόσος, σακχαρώδης διαβήτης τύπου 2, λιπίδια πλάσματος, ύψος, ηλικία εμμηναρχής, ηλικία κατά την εφηβεία γενικότερα, κατανάλωση αλκοόλ, ανδρογενής αλωπεκία, καρκίνος μαστού και εκφύλιση ωχράς κηλίδας σχετιζόμενη με την ηλικία.Στην προσπάθεια περαιτέρω διερεύνησης των ανωτέρω ενδείξεων παρουσίας πλειοτροπίας μεταξύ μυοσκελετικών και μη φαινοτύπων και της ελαττωμένης BMD, καθώς επίσης περαιτέρω κατανόησης της γενετικής αρχιτεκτονικής της BMD, αναζητήθηκαν πλειοτροπικές συσχετίσεις με φαινομενικά μη σχετιζόμενους, μη οστικούς φαινοτύπους. Ειδικότερα, στη φάση ανακάλυψης της οστικής πλειοτροπίας, πραγματοποιώντας ευρεία σάρωση του γονιδιώματος (genome-wide pleiotropy scan), ελέγχθηκαν πολυμορφισμοί του NHGRI-EBI Καταλόγου που σχετίζονται με διάφορους μη οστικούς φαινοτύπους σε προηγούμενες μελέτες ευρείας σάρωσης του γονιδιώματος (Genome Wide Association Studies, GWAS) για συσχέτιση με την BMD (αυχένα κεφαλής μηριαίου οστού, οσφυϊκή μοίρα σπονδυλικής στήλης) σε περισσότερα από 80.000 άτομα του μεγάλου διεθνούς συνασπισμού GEFOS. Στη συνέχεια, στη φάση επικύρωσης της οστικής πλειοτροπίας, οι 72 ισχυρότεροι πολυμορφισμοί από τη φάση ανακάλυψης ελέγχθηκαν για επικύρωση σε περισσότερα από 400.000 άτομα από τη μεγάλη μελέτη UK Biobank.Με αυτόν τον τρόπο εντοπίστηκαν 12 πλειοτροπικοί πολυμορφισμοί που σχετίζονται με την BMD (πτέρνας) και τους ακόλουθους 14 μη οστικούς φαινοτύπους σε επίπεδο p-value<5x10-8: ύψος, περιφέρεια μέσης, νόσος Parkinson, καρκίνος στομάχου μη καρδιακού τύπου, ανδρογενής αλωπεκία, αλλεργικές ασθένειες (άσθμα, πυρετός εκ χόρτου, έκζεμα), ατοπική δερματίτιδα, ατοπία γενικότερα, μαγνήσιο ορού, ηλεκτρολύτες ούρων, πρωτεΐνες ορού, δικτυοερυθροκύτταρα, κατανάλωση καφέ και εκπαιδευτικό επίπεδο. Οι 12 πλειοτροπικοί πολυμορφισμοί βρίσκονταν σε 11 γενετικούς τόπους, σε 8 χρωμοσώματα. Εννέα πολυμορφισμοί περιλαμβάνονταν στον NHGRI-EBI Κατάλογο, ενώ 3 πολυμορφισμοί ήταν γειτονικοί. Συμπερασματικά, η διδακτορική διατριβή ανέδειξε την παρουσία διάφορων φαινοτυπικών συσχετίσεων για την οστεοπόρωση μέσω μελέτης της γενετικής πλειοτροπίας. Αξιοσημείωτα οφέλη από τη διερεύνηση της γενετικής πλειοτροπίας της οστεοπόρωσης αποτελούν οι κλινικές συνέπειες ενσωμάτωσης των μοριακών ανακαλύψεων (υπεύθυνα γονίδια και μονοπάτια) στην αιτιολογία της νόσου. Στόχος είναι οι μελλοντικές προσπάθειες να επικεντρωθούν στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων με πλειοτροπικές δράσεις, στην επαναστόχευση των ήδη υπάρχοντων φαρμάκων, καθώς επίσης στην εκτίμηση του κινδύνου ανάπτυξης της νόσου σε άτομα υψηλού κινδύνου.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document