Геном

Nature Genetics, том 55, страницы 54–65 (2023 г.) Процитировать эту статью

10 тысяч доступов

4 цитаты

67 Альтметрика

Подробности о метриках

Идентификация генов и процессов, передающих сигналы генетической ассоциации при сложных заболеваниях, представляет собой серьезную проблему. Поскольку многие генетические сигналы диабета 2 типа (СД2) оказывают свое влияние через дисфункцию островковых клеток поджелудочной железы, мы провели полногеномный объединенный скрининг потери функции CRISPR на линии бета-клеток поджелудочной железы человека. Мы оценили регуляцию содержания инсулина как показатель функции бета-клеток, связанный с заболеванием, и идентифицировали 580 генов, влияющих на этот фенотип. Интеграция с генетическими и геномными данными обеспечила экспериментальную поддержку 20 кандидатных эффекторных транскриптов СД2, включая рецептор аутофагии CALCOCO2. Потеря CALCOCO2 была связана с искажениями митохондрий, меньшим количеством проинсулинсодержащих незрелых гранул и накоплением аутофагосом при ингибировании поздней стадии аутофагии. У носителей СД2-ассоциированных вариантов локуса CALCOCO2 дополнительно наблюдалась измененная секреция инсулина. Наше исследование показывает, как клеточные экраны могут дополнить существующие мультиомные усилия для поддержки механистического понимания и предоставления доказательств причинных эффектов в локусах полногеномных ассоциативных исследований.

Полногеномные исследования ассоциаций (GWAS) выявили тысячи надежных ассоциаций для диабета 2 типа (СД2) и связанных с ним признаков, но большинство из них соответствуют некодирующим областям с вероятной регуляторной функцией1. Неполное точное картирование означает, что большинство локусов GWAS сопоставлены не с одним причинным вариантом, а с несколькими вариантами в достоверном наборе, каждый из которых потенциально может влиять на экспрессию генов в различном клеточном контексте. Типичный шаг после точного картирования включает в себя соединение предполагаемых причинных вариантов и регуляторных элементов с генами, которые они регулируют, с использованием таких методов, как колокализация локусов количественных признаков цис-экспрессии (eQTL), совместная доступность одноклеточного хроматина и анализы близости ДНК2,3 ,4,5. Ограничениями этих подходов являются их зависимость от типа клеток и контекста (анализы, проводимые в неподходящих типах клеток или состояниях, могут выявить связи вариантов с генами, не связанные с патогенезом заболевания) и молекулярная плейотропия (интересующие варианты могут регулировать транскрипцию нескольких генов в цис, скрывающий идентичность причинного транскрипта). Эти подходы могут генерировать гипотезы о потенциальных эффекторах, но обычно не дают окончательных доказательств.

Исследования возмущений могут предоставить более убедительные доказательства причинно-следственной связи, но только при использовании аутентичных моделей и фенотипов, связанных с заболеванием6. Наиболее убедительные доказательства получены из вариантов кодирования, связанных с заболеваниями, которые позволяют оценить последствия нарушений функции генов и белков у людей, но низкая частота большинства таких вариантов ограничивает этот подход2. Клеточные модели человека и технологии на основе CRISPR представляют собой привлекательную альтернативу для создания полногеномных профилей фенотипических последствий генных нарушений и понимания биологии заболеваний6. Центральное место в этом стремлении занимает уверенность в значимости того или иного типа клеток для заболевания. Что касается СД2, как физиологические, так и эпигеномные данные подчеркивают центральную роль островков поджелудочной железы и, следовательно, бета-клеток, продуцирующих инсулин, в опосредовании риска заболевания3,4,5,6,7. Существенные различия между островками или бета-клетками грызунов и человека свидетельствуют в пользу использования человеческих тканей и клеточных линий8,9,10,11,12,13. Мы и другие создали большие транскриптомные и эпигеномные ресурсы в этой ключевой ткани человека, что позволяет интегрировать генетические и геномные данные по всему геному для идентификации эффекторных транскриптов-кандидатов в локусах GWAS T2D4,7,14,15. Теперь мы дополняем эти ресурсы полногеномным скринингом потери функции (LoF) CRISPR в хорошо изученной линии бета-клеток поджелудочной железы человека EndoC-βH1 для выявления генов, которые регулируют содержание инсулина16,17,18. Иммортализованная клеточная линия EndoC-βH1 демонстрирует мультиомную сигнатуру, аналогичную первичным бета-клеткам человека, хотя и с отчетливыми характеристиками, подчеркивающими эмбриональное и трансформированное происхождение клеточной линии18,19. Хотя содержание инсулина ниже по сравнению с первичными островками, клетки EndoC-βH1 демонстрируют сходные электрофизиологические и секреторные свойства, что делает их физиологически значимой моделью для изучения функции бета-клеток in vitro17,20,21,22.