Integrative Genomic and Transcriptomic Analysis Reveals Hypothesis-Generating Candidate Genes for Nephrolithiasis Susceptibility in Primary Hyperoxaluria.

چکیده اصلی

AIM: Primary hyperoxaluria (PH) represents a rare genetic disorder characterised by incompletely elucidated causative genes and limited therapeutic options. This study aims to identify PH-associated genetic variants and potential drug targets. METHODS: We performed exon sequencing of eight PH patients to find PH-related mutant genes, and used the PH rat model to explore differentially expressed genes related to PH. Key core genes related to PH are identified through functional enrichment analysis and protein interaction analysis. RESULTS: Whole-exome sequencing of eight patients with a clinical diagnosis of Primary Hyperoxaluria Type 1 (PH1) identified biallelic pathogenic or likely pathogenic AGXT variants in five individuals. One patient was partially confirmed, and two patients were clinically confirmed only. Additional rare variants were detected across AGXT, GRHPR, HOGA1, PEX1 and OxGR1; variants in intronic regions were retained only if predicted to affect splicing. In total, two patients harboured ≥ 20 rare variants in AGXT, and four patients had > 10 rare variants in PEX1. Across five candidate genes, 548 shared variant-bearing genes were enriched in cytoskeletal organization and cell adhesion. SNV analysis showed frameshift insertions and deletions as the most frequent mutation types, and AGAP3 and SON were the most heavily mutated, implicating NK cell regulation. Germline rare variant load-defined as the total number of rare variants (MAF < 1%) per patient identified by WES-showed a negative correlation with serum creatinine, blood urea nitrogen, phosphorus and PTH levels, and was elevated in patients from consanguineous families, suggesting that a higher degree of genomic homozygosity may modify disease phenotype. A total of 678 differentially expressed genes were found in differential expression analysis of the PH model. These genes were mainly related to mitochondrial function. Through cross-analysis, a total of 347 genes were found. These genes exhibited both differential expression in the rat model and rare germline variants in patient WES data. Through module screening, two key modules were found, which were mainly related to cell-cycle/mitotic processes and immune response. Comparative analysis of patients with and without nephrolithiasis identified 22 genes with nominally differential distribution; this finding is exploratory and requires validation in larger cohorts. CONCLUSION: This study provides new insights into PH pathogenesis through integrative WES and transcriptomic analysis, identifying hypothesis-generating candidate genes potentially linked to nephrolithiasis susceptibility in this small cohort that warrant further functional validation in larger, independent populations.

ترجمه فارسی چکیده

هدف: هپراکسالاتری اولیه (PH) یک اختلال ژنتیکی نادر است که با ژن‌های علت‌زا ناشناخته و گزینه‌های درمانی محدود مشخص می‌شود. این مطالعه به شناسایی تغییرات ژنتیکی مرتبط با PH و اهداف دارویی بالقوه می‌پردازد. روش‌ها: ما توالی‌یابی اکسون هشت بیمار PH را برای یافتن ژن‌های جهش‌یافته مرتبط با PH انجام دادیم و از مدل موش PH برای بررسی ژن‌های بیان‌شده متفاوت مرتبط با PH استفاده کردیم. ژن‌های هسته‌ای کلیدی مرتبط با PH از طریق تحلیل غنی‌سازی عملکردی و تحلیل تعامل پروتئین شناسایی شدند. نتایج: توالی‌یابی اکسون کامل هشت بیمار مبتلا به هپراکسالاتری نوع ۱ (PH1) تغییرات AGXT دوآللیل خطرناک یا احتمالاً خطرناک را در پنج فرد شناسایی کرد. یک بیمار به طور جزئی تأیید شد و دو بیمار فقط بالینی تأیید شدند. تغییرات نادر اضافی در AGXT، GRHPR، HOGA1، PEX1 و OxGR1 شناسایی شدند. در مجموع، دو بیمار ≥ 20 تغییرات نادر در AGXT و چهار بیمار > 10 تغییرات نادر در PEX1 داشتند. در مجموع 548 ژن حامل تغییر مشترک در پنج ژن پیشنهادی، در سازماندهی سیتوپلاسمی و چسبندگی سلولی غنی شدند. تحلیل SNV نشان داد درجت‌حذف و درجت‌افزایش فریم‌شیفت رایج‌ترین انواع جهش هستند و AGAP3 و SON بیشترین جهش را داشتند که به تنظیم لنفوسیت‌های طبیعی (NK) اشاره دارد. بار تغییرات نادر ژنومیک (تعریف شده به عنوان تعداد کل تغییرات نادر (MAF < 1%) در هر بیمار) با سطوح کراتینین سرم، اوره خون، فسفر و PTH همبستگی منفی نشان داد و در بیماران از خانواده‌های هم‌خونی افزایش یافت، که نشان‌دهنده این است که هموژوزی ژنومیک بالاتر ممکن است پدیده بیماری را تغییر دهد. در مجموع 678 ژن بیان‌شده متفاوت در تحلیل بیان متفاوت مدل PH یافت شد. این ژن‌ها عمدتاً با عملکرد میتوکندری مرتبط بودند. از طریق تحلیل متقابل، 347 ژن شناسایی شد که هم بیان متفاوت در مدل موش و هم تغییرات نادر ژنومیک در داده‌های WES بیمار را نشان می‌دادند. از طریق غربالگری ماژول، دو ماژول کلیدی یافت شد که عمدتاً با فرآیندهای چرخه سلولی/میتوز و پاسخ ایمنی مرتبط بودند. تحلیل مقایسه‌ای بیماران با و بدون سنگ کلیه 22 ژن با توزیع متفاوت نامی شناسایی کرد؛ این یافته اکتشافی است و نیاز به تأیید در نمونه‌های بزرگ‌تر دارد. نتیجه‌گیری: این مطالعه با استفاده از تحلیل یکپارچه WES و ترنسکریپتومیک، بینش‌های جدیدی در مورد پاتوژنز PH ارائه می‌دهد و ژن‌های فرضی‌ساز پیشنهادی را که ممکن است به حساسیت به سنگ کلیه در این کوچک‌ترین نمونه مرتبط باشند، شناسایی می‌کند که نیازمند تأیید عملکردی بیشتر در جمعیت‌های مستقل و بزرگ‌تر هستند.

متن کامل اصلی