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这思路发低不了一点！五张图、无实验11分！

生信人 · 公众号 · 生物 · 2024-11-12 07:05

正文

孟德尔分析太酷啦！！一定要看到最后！

基于公开数据，没有实验，也没有复杂的分析！总结下全文思路不过是：基因集(线粒体)+表观基因组关联分析（EWSA）+孟德尔=eBioMedicine IF 11.1 ！！

2023/12/15日发表在eBioMedicine IF 11.1的文章“炎症性肠病发病机制中线粒体功能障碍分子网络的多组学见解Multi-omic insight into the molecular networks of mitochondrial dysfunction in the pathogenesis of inflammatory bowel disease”.

线粒体功能障碍与炎症性肠病（IBD）的发生有关，但遗传病理生理学尚未完全阐明。作者基于公开数据，采用孟德尔随机化和共定位分析，通过整合多组学来研究线粒体相关基因与IBD之间的关联。

2024年，登陆孟德尔随机

表观基因组关联研究(EWAS)+孟德尔

一、背景

炎症性肠病（IBD），包括克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC），会造成相当大的健康负担。胃肠上皮中的线粒体功能在维持肠道健康方面起着至关重要的作用。越来越多的研究表明线粒体功能障碍与IBD的发展有关。尽管线粒体在IBD发病机制中的关键作用已被承认，但特定的线粒体相关基因及其对IBD的下游影响仍然难以捉摸。

孟德尔随机化（MR）分析使用遗传变异作为工具变量，以增强对暴露与结果之间因果关系的推断。与观察性研究相比，这种方法不太容易受到混淆和反向因果偏差的影响，因为遗传变异在受孕时是随机分布的，并且不能通过疾病发作来改变。大规模GWAS和分子数量性状位点（QTL）数据的日益普及，研究人员能够在甲基化、表达和蛋白质丰度方面探索线粒体相关基因调控与IBD之间的因果关系。

在这里，作者从数据获取公开数据，炎症性肠病遗传学联盟（发现）、英国生物银行（复制）和 FinnGen 研究（复制）中获得与 IBD 及其两种亚型的遗传关联，mQTL-eQTL 和 eQTL-pQTL 之间的多组学数据分别来自线粒体基因甲基化、表达和蛋白质丰度水平的汇总数据分别来自相应的甲基化、表达和蛋白质数量性状位点研究。进行基于汇总数据的孟德尔随机化分析，以评估线粒体基因相关分子特征与IBD的关联。进一步进行共定位分析，以评估鉴定出的信号对是否共享因果遗传变异。

结果发现线粒体 PARK7 基因与 IBD 风险相关，线粒体 FIS1、PDK1 和 ACADM 基因与 UC 风险相关，证据来自多组学水平。鉴定与IBD相关的线粒体基因，增强对IBD发展致病机制的理解。

二、方法

1、研究流程

炎症性肠病公开可用的数据集，包括国际炎症性肠病遗传学联盟（IIBDGC），UK Biobank研究，FinnGen 研究和其他大规模GWAS。IIBDGC数据集作为主要的训练队列，UK Biobank研究和FinnGen研究作为验证队列进行结果复制。线粒体基因的工具变量从甲基化、基因表达和蛋白质丰度水平提取。

1)采用基于摘要数据的孟德尔随机化（SMR）来评估线粒体基因甲基化、表达和蛋白质丰度与IBD及其亚型风险的相关性。

2)共定位分析，以检测IBD与已鉴定的线粒体相关mQTL、eQTL或具有coloc R包的pQTL之间的共同因果变异。

3)整合来自三个调控层的结果，解析线粒体基因调控与IBD的关联，。

4)对线粒体相关基因甲基化和表达、基因表达和蛋白丰度之间的因果关系进行MR分析。进一步对已识别的关联进行共定位分析，以排除关联是由连锁不平衡引起的可能性（图1）；

图1

2、甲基化、表达和蛋白质数量性状位点的数据来源

血液中的SNP-CpG关联是由McRae等人欧洲血统个体中从甲基化数量性状位点（mQTL）数据中获得的。

血液表达数量性状位点（eQTL）数据集提取自eQTLGen联盟；

循环蛋白水平遗传关联的汇总统计数据提取自Ferkingstad 等人对 35,559 名冰岛人进行的蛋白质数量性状位点（pQTL）研究。

组织特异性表达 eQTL 数据通过基因型组织表达（GTEx）门户网站检索（https://gtexportal.org/home/).

3、线粒体相关基因的数据来源

线粒体相关基因通过MitoCarta3.0进行鉴定，该软件提供了1136个人类线粒体基因的清单利用该目录，在QTL数据集中筛选鉴定（mQTL、eQTL 和 pQTL，P < 5 × 10−8）和线粒体基因表达、甲基化、蛋白质有关的基因，分别来源于mQTL、eQTL和pQTL数据集。

4、IBD结果数据集

IBD 及其两种亚型的汇总水平数据来自 IIBDGC、FinnGen 研究和UK Biobank研究。训练队列利用IIBDGC数据集，而验证队列则涉及利用UK Biobank研究和FinnGen研究的数据

三、结果

（一）线粒体基因甲基化和IBD

1、SMR分析线粒体基因甲基化对IBD及其亚型的因果效应：

采用基于摘要数据的孟德尔随机化（SMR）来评估线粒体基因甲基化、表达和蛋白质丰度与IBD及其亚型风险的相关性，应用依赖仪器（HEIDI）检验中的异质性来区分多效性与连锁。使用 Benjamini-Hochberg 方法调整 P 值以控制 ɑ = 0.05 时的错误发现率（FDR）。

与UC风险相关115个独特基因附近共有247个CpG位点通过边际显著性（P < 0.05），多次测试校正后，在 16 个独特基因附近确定 29 个 CpG 位点（图 2、图3）；有191个与CD风险相关的CpG位点，在多次比较校正后，9个独特基因中的17个CpG位点显示显著关联。

2、共定位证分析：发现在已鉴定的UC风险相关 37 个信号中，发现 10 个独特基因附近的 19 个具有 strone 共定位证据支持（PPH4 >0. 70）。CD风险相关的CpG位点共定位分析对BOK附近的 cg21249771、cg27088072、cg02747319、cg04255879、cg19797930、cg04369964（位于DNAJC4）、cg01108112 和 cg12603531（位于DNLZ）、cg18642234 和 cg05551922（位于GPX1）、cg14316865（位于PMPCA）有很强的支持。

3、结果复制：在这些已鉴定的 CpG 位点中，DNLZ附近 cg12603531，MCL1附近 cg02961109 和 cg18016565、ACOT附近 cg25165880 和PARK7附近 cg11518359 的关联在成功复制.

cg01108112 的关联在 FinnGen 中复制,cg12603531 和 cg14316865 的关联在UK Biobank中复制。

图2

图3

（二）线粒体基因表达和IBD

1、SMR分析线粒体基因表达对IBD及其亚型的因果效应：

总共有67个关联被确定为与IBD名义上显着的相关性（P < 0.05）。

2、多次检测校正和共定位分析

遗传学预测TUFM表达水平较高（OR 1.12,95%CI 1.08–1.17;PPH4 = 0.74）、MTX1（OR 1.31,95% CI 1.17–1.47;PPH4 = 0.82）、MRPL20（OR 1.43,95% CI 1.21–1.68;PPH4 = 0.83）、CISD1（OR 1.10,95% CI 1.05–1.15;PPH4 = 0.72）、BCL2L11（OR 1.92,95% CI 1.37–2.69;PPH4 = 0.91）和PMPCA（OR 15.12,95%CI 5.16–44.37;PPH4 = 0.72）与IBD风险呈正相关。

通过调整多重检测和检测共定位证据（PPH4 >0.7），遗传学预测PMPCA（OR 28.26， 95% CI 7.13–111.90）、TUFM（OR 1.18， 95% CI 1.22–1.25）和CISD1（OR 1.17， 95% CI 1.10–1.24）表达增加 1 个 SD 与 CD 风险增加相关;然而，遗传学预测FDPS（OR 0.22,95%CI 0.11-0.41）和GPX1（OR 0.23,95%CI 0.14-0.38）的1 SD增加与CD风险降低相关。

在FDR校正和过滤共定位证据后，遗传学预测MRPL20（OR 1.49,95%CI 1.22-1.82）、BCL2L11（OR 2.22,95%CI 1.45-3.39）和PMPCA（OR 8.73,95%CI 2.97-25.64）表达增加1个SD与UC风险增加相关，而遗传学预测MRPL23增加1个SD（OR 0.48,95%CI 0.35-0.66），NDUFAF7（OR 0.64,95% CI 0.50-0.83）、GLDC（OR 0.71,95% CI 0.60-0.85）、ABHD11（OR 0.83,95% CI 0.75-0.92）与 UC 风险降低相关。

3、结果复制：BCL2L11协会在FinnGen和英国生物银行复制;TUFM MRPL20、CISD1和PMPCA的关联在 FinnGen 中复制；PMPCA、TUFM和GPX1在 FinnGen 研究中被复制;FDPS在两个数据集中均被复制。MRPL23和ABHD11在UK Biobank研究和 FinnGen 研究中重复;MRPL20、MRPL23、BCL2L11和PMPCA在FinnGen研究中重复.

表1

（三）线粒体蛋白和IBD

有11、9和12种线粒体蛋白分别与IBD、CD和UC风险相关，P<0.05水平。在对多项检测进行调整后，遗传学预测的较高水平的 PARK7（OR 0.36,95% CI 0.25–0.52）和 HINT1（OR 0.47,95% CI 0.30–0.74）与 IBD 风险呈负相关（图 4）。

遗传学预测，较高水平的 HINT1 与 CD 风险降低相关（OR 0.26， 95% CI 0.14–0.49），较高水平的 ACADM （OR 0.67， 95% CI 0.55–0.83）、PDK1 （OR 0.63， 95% CI 0.49–0.81）、FIS1 （OR 0.63， 95% CI 0.47–0.83）与 UC 风险降低相关（图 4）。

在 PARK7 和 IBD 之间观察到共定位证据（PPH4 = 0.70）。ACADM （PPH4 = 0.86）和 PDK1 （PPH4 = 0.83）在 UC 中具有高度共定位的支持证据。

图4

（四）整合来自多组学水平的证据

在整合来自多组学的证据后，确定两个具有一级多组学证据的基因，包括PARK7和ACADM，因为它们与 IBD 和 UC 相关联。PDK1被鉴定为 UC 的 2 级基因，FISI 被鉴定为 UC 的 3 级基因；在UK Biobank和FinnGen研究中靶基因-IBD关系的复制中，大多数关联保持一致的方向（图 5、图6；表2）。

对线粒体相关基因甲基化和表达、基因表达和蛋白丰度之间的因果关系进行MR分析：在MR分析中，4个鉴定基因的表达与相应的蛋白质水平呈正相关；ACADM中 cg05467918 的甲基化与ACADM的低表达相关。同样，在PARK7（cg10385390）和PDK1（cg17679246）中也观察到基因甲基化与基因表达之间的反向关联，这与 IBD 和 UC 的保护作用相吻合。

共定位分析：除 cg04033559 在 PDK1 附近和PDK1表达之间的共定位外，mQTL-eQTL 和 eQTL-pQTL 之间存在强有力的证据（PPH4 >0.70）；