Dades de tot el genoma revelen nous gens per a la resposta al metotrexat en una gran cohort de casos d’artritis idiopàtica juvenil | la revista farmacogenòmica

Dades de tot el genoma revelen nous gens per a la resposta al metotrexat en una gran cohort de casos d’artritis idiopàtica juvenil | la revista farmacogenòmica

Anonim

Temes

  • Artritis idiopàtica juvenil
  • Farmacogenètica

Resum

La resposta clínica al tractament amb metotrexat (MTX) per a nens amb artritis idiopàtica juvenil (JIA) mostra una heterogeneïtat considerable. Actualment, no hi ha predictors fiables per identificar els que no responen: la identificació anterior podria comportar un tractament dirigit. Hem genotipat 759 casos JIA del Regne Unit, Països Baixos i República Txeca. Les variables clíniques es van mesurar en la línia inicial i 6 mesos després de l'inici del tractament. A l’anàlisi de la fase I, es van analitzar mostres per a l’associació amb resposta MTX mitjançant la regressió ordinal de les categories ACR-pedi i la regressió lineal del canvi de variables clíniques i es van identificar 31 regions genètiques ( P <0, 001). L’anàlisi de la fase II va augmentar la densitat de SNP a les regions més fortament associades, identificant 14 regions ( P <1 × 10 –5 ): tres contenen gens d’interès biològic particular ( ZMIZ1 , TGIF1 i CFTR). Aquestes dades suggereixen un paper per a noves rutes de resposta a MTX i les investigacions posteriors a les regions associades ajudaran a assolir el nostre objectiu de predir la resposta a MTX a JIA.

Introducció

L’artritis idiopàtica juvenil (JIA) és una condició heterogènia amb un resultat variable i una càrrega considerable de malaltia en curs. 1 Els estudis indiquen que la discapacitat funcional i les complicacions a causa de la JIA són encara freqüents en molts adolescents i joves amb JIA, i que els efectes de la inflamació no controlada precoç poden causar danys irreversibles a les articulacions i altres teixits. 2, 3, 4 Per tant, millorar els resultats a llarg termini dels nens amb IIA segueix sent un repte crític. Estudis recents a JIA han indicat que el control precoç de la inflamació articular correlaciona amb els resultats molt millorats, cosa que suggereix una "finestra d'oportunitat" primerenca quan el control de la malaltia es pot traduir en beneficis profunds a llarg termini. 5 Se sap que no tots els nens responen igualment bé a qualsevol teràpia. Malgrat l’augment de la disponibilitat de noves opcions terapèutiques per tractar la inflamació en la JIA, els metges no disposen d’eines validades que ajudin a predir la probabilitat d’una bona resposta a un determinat medicament. Per tant, l'estratègia de tractament actual és oferir fàrmacs modificadors de malalties en un enfocament seqüencial, amb opcions típicament més basades en cost o perfil de seguretat que en evidència científica.

L’agent modificador de malaltia de primera línia per a JIA és el metotrexat (MTX). Tot i que MTX ha demostrat eficàcia en assaigs aleatoris i un bon historial de seguretat a llarg termini, la resposta a MTX mostra una heterogeneïtat considerable en JIA amb una taxa de "no resposta" significativa del 35% o més dels casos. A més, s'ha canviat el consens sobre el nivell de resposta que es considera acceptable, i ara s'ha de defensar un objectiu de control complet de la inflamació. 7 Aquestes novetats, combinades amb la disponibilitat cada cop més gran de tractaments biològics més nous, ofereixen un imperatiu més per al descobriment de biomarcadors per ajudar a la identificació de nens que necessiten teràpia agressiva precoç, en comparació amb els que poden produir malalties clínicament inactives només per MTX.

Es creu que la resposta al tractament és un tret complex que inclou múltiples variants genètiques i factors ambientals. 8 No obstant això, fins ara, els estudis genètics de la resposta a MTX s’han limitat tant per a la JIA com per l’artritis reumatoide (RA) i només han utilitzat un enfocament genètic candidat, centrat en gran mesura en gens que afecten el transport i el metabolisme de MTX, enzims influïts per vies MTX i adenosina, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 revisats recentment a ref. 17.

Atès que els mecanismes d’acció de la MTX en JIA són poc compresos, els estudis de gens candidats poden perdre vies clau d’importància mecanicista. Els estudis farmacogenètics en altres malalties han demostrat que els gens diferents dels relacionats directament en les vies farmacèutiques conegudes solen tenir un paper clau en la variació de la resposta al fàrmac. 18 Per tal de captar el component genètic de manera més comprensiva, vam reunir un consorci internacional d’investigadors (el consorci internacional CHARMS-JIA GWAS) i vam emprar un enfocament a tot el genoma per estudiar la resposta a MTX en una gran cohort de nens amb JIA.

Resultats

Després d’un rigorós control de qualitat, es van disposar de 694 casos d’IAI per a l’anàlisi (Taula suplementària 1A i 1B) formada per individus de tots els subtipus ILAR (taula 1). En total, el 31% dels nens no van respondre (menys que la resposta ACR-pedi30). Entre els que responen, classificats pel més alt nivell de resposta aconseguit, el 8, 6% dels nens va arribar a ACR-pedi30, el 14, 6% ACR-pedi50 i el 45, 8% ACR-pedi70. Les mostres es van agrupar junts en l'anàlisi de PC (figura suplementària 1) i, per tant, es van analitzar conjuntament. Després dels passos de control de qualitat SNP i eliminació de variants de baixa freqüència (freqüència d'al·lel menor <0, 05), es van incloure 586 062 SNP a les anàlisis de la fase I (Taula suplementària 1). Les trames quàntils quàntils i els factors d’inflació no van mostrar cap inflació sistemàtica de valors P (figura suplementària 2), i es va estimar que la potència oscil·laria entre el 10 i el 100% entre les mides de la mostra analitzades per a diverses mides d’efectes (figura suplementària 3).

Taula completa

No es va associar cap de les variables potencials que es van posar a prova (gènere, subtipus ILAR-JIA, centre, edat a la línia de referència del tractament, durada del tractament, temps per al tractament, tractament amb esteroides o PC generats per identificar els valors externs ètnics). (dades no mostrades); per tant, per reduir la pèrdua del poder d’anàlisi no es van fer ajustaments a les regressions lineals o ordinals.

En la hipòtesi generadora de la fase I de l’anàlisi, utilitzant tant ACR-pedi com les variables del nucli individual, 31 regions genètiques que abasten 75 gens propers van assolir el nostre nivell de significació definit ( P <0, 001 en almenys dues de les set anàlisis), Taula 2 i Taula complementària 2. Aquesta incloïa diverses associacions notables, com ara genes relacionats amb la senyalització de TGFbeta ( ZMIZ1 : zinc tipus MIZ de dit que contenia 1 , homeobox 1 de TGFB : factor induït per TGFB) i un membre de la subfamília de resistència a diversos medicaments de les proteïnes transportadores de casset que s’uneixen a l’ATP ( CFTR: regulador de conductància transmembrana de la fibrosi quística). En general a la fase I, la més significativa va ser una variant dins d’un intron del canal de calci CACNA1I (subunitat T de tipus T de canal de tipus alfa 1I) en l’anàlisi del recompte d’articulació activa (AJC) (rs136855, regió 31, coeficient β = 2, 71, P = 9, 18 × 10 −8, vegeu Taula suplementària 2). Dues regions van mostrar fortes proves amb 13 SNPs cadascuna associada a P < 1 × 10 −4 a través de diverses anàlisis (Regió 12, CFTR-CTTNBP2 : ParVAS, LJC, CHAQ; Regió 20, ZMIZ1: ACR-pedi, ParVAS, ESR, CHAQ LJC, AJC; Figura 1). Utilitzant les 31 regions genètiques significatives trobades en la fase de descobriment de l'anàlisi, el següent anàlisi realitzat va ser reduir la regió genètica d'interès.

Taula completa

Image

( a ) Anàlisi de regressió lineal de ZMIZ1 (regió 20) per al canvi d'ESR amb tractament MTX, amb l'èxit superior en aquesta regió de color vermell rs2802369. Es van observar resultats similars per a les anàlisis ParVAS, CHAQ i ACR-pedi d'aquesta regió. ( b ) Anàlisi de regressió lineal de CFTR-CTTNBP2 (regió 12) per a l'avaluació global dels pares (ParVAS), amb el major èxit en aquesta regió de color violeta rs757278. S'han vist resultats similars per a les anàlisis ACR-pedi i LJC d'aquesta regió. Les coordenades es basen en el conjunt NCBI36.

Imatge a mida completa

  • Descarregueu la diapositiva de PowerPoint

La fase II d’anàlisi va implicar la imputació de SNPs dins de les 31 regions identificades a la Fase I per perfeccionar els senyals d’associació augmentant la densitat de SNP. Després de la imputació, mitjançant l’augment del llindar de significació de la fase II de P <1 × 10 −5, aquesta anàlisi va identificar 14 de les 31 regions genètiques inicials com les més fortament associades a la resposta a MTX (Taula 3, figura suplementària 4). Es van revelar associacions superposades de SNPs per AJC i LJC en diverses regions genètiques (regions 16, 17, 23 i 28). En una d’aquestes regions (regió 23, cromosoma 11 intergènic entre ANGPTL5 - KIAA1377 ) el SNP associat a la part superior era el mateix (rs11225055), i a les altres tres regions els SNP associats més significatius per a les anàlisis AJC i LJC eren molt elevats desequilibri d’enllaç ( r 2 0.97). A les quatre regions que es van associar amb ACR-pedi (regions 2, 12, 20 i 24), també es van associar les puntuacions ParVAS i / o PhysVAS.

Taula completa

Es van assignar anotacions funcionals per als SNP de Fase II més altament associats de la Taula 3 (més els SNPs en desequilibri d’enllaç elevat ( r 2 > 0.8) amb aquests SNPs principals) mitjançant el programa Assimilator. 30 Els resultats presentats a la taula complementària 3 suggereixen que les regions identificades a la fase II de l’anàlisi contenen evidències de molts marcadors de regulació i posen de manifest molts possibles mecanismes funcionals. Algunes regions estaven menys completament cobertes per les bases de dades actuals, per exemple, la regió 14 que contenia el gen CSMD1. Altres, inclosa la regió 30 que conté el gen CYTH4 (citocazina 4), tenen més proves per a l'activitat reguladora, incloent múltiples SNP que mostren evidència d'actuar com a expressió de trets quantitatius. 32

Discussió

Els desenvolupaments recents en els tractaments i la gestió de l’artritis infantil han donat lloc a un augment de les expectatives dels metges, pares i pacients per al control complet de la malaltia i la conseqüència de la reducció dels resultats adversos per a la salut a llarg termini. 4, 5, 33 El primer pas en el tractament JIA, paral·lelament a les injeccions articulars, és generalment l’administració de MTX; tanmateix, és clar que una proporció de pacients tractats amb MTX no respondrà adequadament. Tenint en compte recomanacions recents sobre un tractament agressiu precoç, és important que el tractament amb MTX s’adreci a aquells nens amb més probabilitats de respondre bé. Un augment de la nostra comprensió sobre la influència de les variants genètiques en la resposta a MTX podria ajudar els metges a triar les millors opcions de tractament per als seus pacients i identificar els pacients que necessiten tractaments més agressius. La realització d’estudis genètics a gran escala buscant variants que contribueixen a la resposta a MTX té un gran atractiu, però s’ha demostrat difícil des de la relativa raresa de la JIA i per la falta d’esforços internacionals ben coordinats. Tenint això en compte, el Consorci Internacional CHARMS-JIA GWAS va facilitar la recollida de resposta atentament fenotipada a les dades de medicació i les mostres d’ADN de nens amb JIA tractats amb MTX per la seva artritis, permetent fins ara l’anàlisi genètica més gran de la resposta MTX en la JIA. A la Fase I de l'anàlisi, es van identificar un total de 31 regions associades a la resposta a la MTX a P <0, 001. Per restringir aquestes regions genètiques, es van imputar SNPs addicionals a la Fase II de l'anàlisi, i els resultats en 14 regions van satisfer un tall més estricte de P <1 × 10 −5 . El locus més fortament associat va ser CACNA1I , que codifica la cadena alfa d’un canal de calci activat de baixa tensió que ha estat implicat en la senyalització de calci en les neurones i pot tenir altres papers que encara no s’han de caracteritzar. Altres gens associats notables inclouen CFTR , ZMIZ1 i TGIF1. Tot i que els gens identificats a partir d'aquesta anàlisi necessiten replicació en cohorts independents, proporcionen alguns possibles nous candidats per a investigacions posteriors sobre la resposta a MTX.

Una de les associacions d'interès considerable és el gen regulador de la conductància transmembrana de la fibrosi quística, CFTR . El senyal d'associació punta d'aquesta regió es troba a l'extrem 3 del gen CTTNBP2 a baix (figura 1b); això és interessant, ja que se sap que l'expressió CTFR està regulada per bucles estructurals complexos que involucren aquesta regió de CTTNBP2 . 35 CFTR, també coneguda com ABCC7 , és membre de la superfamília del transportador de cassets que s’uneix a l’ATP, concretament de la subfamília de resistència a diversos medicaments. Es coneix que aquestes proteïnes són importants per al transport i eliminació de medicaments. Curiosament, recentment s’ha demostrat que un gen de la mateixa subfamília, ABCC3 , que se sap que estava implicat en l’eflux de MTX contenia un SNP (rs4793665) associat a la resposta MTX en una cohort de 287 pacients JIA holandesos. 10 Aquesta troballa ens va portar a revisar específicament aquest gen dins dels nostres resultats tot i no complir els criteris de selecció de la Fase I o II. Vam trobar que rs4793665 no es va genotipar directament en aquest estudi ni que hi havia SNPs a r 2 0.8 al xip; tanmateix, hi havia 38 SNPs dins els introns / exons de ABCC3 genotipats, amb 15 d'associació mostrant a la nostra cohort a P <0.05 amb els resultats de resposta MTX analitzats (excepte la ESR). El més associat entre ells, rs4148411 dins d’un intron d’ ABCC3 , es va trobar a l’anàlisi de PhysVAS ( P = 7.55 × 10 −5 ) i es troba en un desequilibri d’enllaç baix amb l’SNP identificat per de Rotte i els seus col·legues 10 ( r 2 = 0.02), suggerint que es requereix una investigació més completa sobre aquest gen.

Curiosament, el nostre estudi identifica diversos gens relacionats amb la senyalització de TGFbeta com a associats a la resposta a MTX. ZMIZ1 s'ha identificat en diverses GWAS de malalties autoimmunes. 37, 38, 39, 40 És un membre de l’inhibidor de proteïnes de la família de STAT activat, se sap que regula diversos factors de transcripció (receptor d’andrògens, Smad3 / 4, p53) i la senyalització TGFbeta / SMAD, i és induït per l’àcid retinoic. 41 Està ben establert que TGFbeta / SMAD i àcid retinoic tenen un paper important en l'equilibri entre les cèl·lules Th17 i Treg, 42 que se sap que tenen un impacte directe sobre la gravetat JIA. 43 Per tant, un possible paper per a aquest gen en resposta al tractament de la JIA té un interès considerable. Corroborant aquesta troballa, una altra regió associada conté el factor homeobox 1 induït per TGFbeta ( TGIF1 ), conegut per ser un corepressor transcripcional actiu de SMAD2 i per modular la regulació inferior del receptor d'hidrocarburs d'aril. 44, 45 Junts amb aquests resultats suggereixen que la senyalització TGFbeta és un candidat biològic fort per a un paper en la reducció de l’activitat de la malaltia amb el tractament amb MTX. Aquestes dades són d’interès especial, ja que paral·lelitzen directament els nostres estudis de perfilació d’expressió gènica, que van identificar la senyalització de TGFbeta, TGFB-2 i la proteïna del dit de zinc ZEB1, que interacciona amb proteïnes de senyalització SMAD, ja que participen en resposta a MTX en nens amb JIA. 14

Quatre regions genètiques associades a l'estat ACR-pedi també van mostrar associacions amb ParVAS o PhysVAS. En alguns estudis de recerca, l’ús de l’estat ACR-pedi pot presentar dificultats per falta de dades observades en cohorts d’observació a llarg termini. Aquesta troballa suggereix que els resultats ACR-pedi, ParVAS i PhysVAS mesuren la resposta MTX de manera similar, donant lloc a la possibilitat que tant ParVAS com PhysVAS es puguin utilitzar per mesurar la resposta al tractament, quan no hi ha dades clíniques completes.

Segons sabem, aquest és el primer informe d’un estudi d’associació genètica a gran escala de la resposta a MTX en artritis inflamatòria; Malgrat diversos esforços internacionals en estudis GWAS de JIA i RA en conjunt, no hi ha disponibles fins ara cap anàlisi a gran escala de la resposta MTX, potser en part a causa dels reptes considerables de recollir un nombre adequat de casos amb dades de resposta detallades. ADN Un estudi que investiga el tractament amb interferó-beta en EM (amb 53 respostes i 53 que no responen) va trobar que de les millors associacions la majoria es van trobar en receptors de glutamat i interferó, una proteïna dependent del cicle cel·lular i proteïnes de la guanosina trifosfatasa i proteïnes de zinc, no se sap que tots els gens estiguessin directament implicats en la via del metabolisme del fàrmac. 46 Un recent GWAS en 706 pacients RA tractats amb tocilizumab, una teràpia biològica dirigida al receptor d’interleucina-6, va trobar vuit loci putatius associats a l’eficàcia del tocilizumab; no obstant això, no hi havia cap risc conegut de risc de RA o interleucina-6. 18 De la mateixa manera, els nostres resultats suggereixen que múltiples gens determinen la resposta al tractament MTX en JIA, i no només en les vies conegudes de MTX. De fet, cap dels gens de la via MTX investigats prèviament en estudis de gen candidats tant en JIA com en RA va complir els nostres criteris de selecció per a la fase II. Això possiblement es deu a la petita mida de la mostra i a la manca de potència en estudis anteriors, que generen associacions falses positives, i també es poden confondre per les limitacions de potència del nostre estudi, incloent la disponibilitat de puntuacions ACR-pedi en només un subconjunt de la nostra cohort. Malgrat això, la manca d’associació forta entre els gens de la ruta MTX és interessant i suggereix que pot ser que siguin importants vies i mecanismes, fins ara desconeguts, per tal d’entendre i dilucidar plenament les accions de MTX i els gens implicats en l’èxit. o fallada del tractament amb MTX. També suggereix que els models de predicció d'eficàcia MTX desenvolupats anteriorment tant per RA 16 com JIA 9 es podrien millorar o optimitzar més mitjançant la incorporació de variants genètiques addicionals fora dels gens de la via MTX.

Les investigacions anteriors sobre la genètica de la resposta a MTX a JIA han estat petites, sovint poc capacitats, estudis que han adoptat un enfocament genic candidat centrat en els gens de les vies del medicament MTX. En canvi, aquest estudi és àmplia i cobreix de forma exhaustiva el genoma, el primer d’aquest tipus per a la JIA. Hem identificat diverses regions d'interès, tres de les quals mostren un notable grau de solapament funcional amb gens i vies implicades pel perfilat d'expressió gènica i estudis de gen candidats anteriors. Analitzant cada variable de resultats clínics de forma individual, mostrem que les seves aportacions genètiques a la resposta a MTX poden diferir, tot i que amb interessants coincidències en els nous candidats incloent TGIF1 , ZMIZ1 i CFTR . Ara es requereix una confirmació futura de les emocionants regions identificades per confirmar aquestes troballes. Aquest estudi proporciona una excel·lent base per al futur desenvolupament de models de risc genètic per a la predicció de la resposta a MTX.

Informació complementària

Documents de paraula

  1. 1.

    Informació complementària

Apèndixs

Apèndix 1

Estudi prospectiu d’artritis infantil (CAPS)

Eileen Baildam, Nick Bishop, Lynsey Brown, Joanne Buckley, Alice Chieng, Roberto Carrasco, Joanna Cobb, Lucy Cook, Joyce Davidson, Annette Duggan, Michael Eltringham, Helen Foster, Elizabeth Friel, Mark Friswell, Janet Gardner-Medwin, Paul Gilbert, Vikki Gould, Kelly Hadfield, Kimme Hyrich, Julie Jones, Sham Lal, Mark Lay, Gabrielle Lloyd, Olivia Lloyd, Carol Lydon, Natasha Makengo, Ann McGovern, Alexandra Meijer, Nicola Mills-Wierda, Theresa Moorcroft, Vicki Price, Liang Qiao, Kay Riding, Jane Sim, Tauny Southwood, Wendy Thomson, Maureen Todd, Susan Tremble, Katharine Venter, Debbie Wade, Peter Ward, Sharon Watson, Gwen Webster, Lucy R Wedderburn, Jadranka Zelenovic.

Resposta a l’artritis infantil d’espurna a estudi de medicaments (CHARMS)

Katrin Buerkle, Joanna Cobb, Catherine Cotter, Angela Etheridge, Paul Gilbert, Anne Hinks, Shashi Hirani, Laura Kassoumeri, Sham Lal, Laura Melville, Halima Moncrieffe, Kathleen Mulligan, Stanton Newman, Fiona Patrick, Tauny Southwood, Wendy Thomson, Simona Ursu, Lucy R Wedderburn, Pamela Whitworth, Patricia Woo.

Grup d’estudi de la societat britànica de reumatologia pediàtrica i adolescent (BSPAR)

Mario Abinum, A. Bell, Alan W. Craft, Esther Crawley, Joel David, Helen Foster, Janet Gardener-Medwin, Jane Griffin, A. Hall, M. Hal, Ariane L. Herrick, P. Hollingworth, Lennox Holt, Stan Jones, Gillian Pountain, Clive Ryder, Tauny Southwood, I. Stewart, Helen Venning, Lucy R. Wedderburn, Patricia Woo, Sue Wyatt.

La informació complementària acompanya el document al lloc web de la revista The Pharmacogenomics (//www.nature.com/tpj)