Mecanismos genéticos de enfermedad crítica en Covid-19
Abstract
La inflamación pulmonar mediada por el huésped está presente,1 e impulsa la mortalidad,2 enfermedad crítica causada por Covid-19. Las variantes genéticas del huésped asociadas con enfermedades críticas pueden identificar dianas mecanicistas vinculadas con la genética para el desarrollo terapéutico.3 Aquí informamos de los resultados del estudio de asociación genomiCC (Genética de la mortalidad en cuidados críticos) en 2244 pacientes de Covid-19 gravemente enfermos de 208 unidades de cuidados intensivos del Reino Unido (ICO). Identificamos y replicamos asociaciones significativas nuevas en todo el genoma, en chr12q24.13 (rs10735079, p.1.65 10-8) en un grupo genético que codifica activadores de enzimas de restricción antiviral (OAS1, OAS2, OAS3), en chr19p13.2 (rs2109069, p.2.3 á (tiempos) 10-12) cerca del gen que codifica la tirosina quinasa 2 (TYK2), en chr19p13.3 (rs2109069, p.3,98 á (tiempos) 10-12) dentro del gen que codifica dipeptidyl peptidasa 9 (DPP9), y en chr21q22.1 (rs2236757, p.4,99 á (tiempos) 10-8) en el gen receptor de interferón IFNAR2.
Identificamos objetivos potenciales para la reasignación de medicamentos con licencia: utilizando la aleatorización mendeliana encontramos evidencia en apoyo de una relación causal desde la baja expresión de IFNAR2,y la alta expresión de TYK2,a la enfermedad potencialmente mortal; la asociación de todo el transcriptoma en el tejido pulmonar reveló que la alta expresión del receptor quimiotáctico monocitos/macrofágicos CCR2 está asociada con Covid-19 grave.
Nuestros resultados identifican señales genéticas robustas relacionadas con los mecanismos clave de defensa antiviral del huésped, y mediadores del daño de órganos inflamatorios en Covid-19. Ambos mecanismos pueden ser susceptibles al tratamiento dirigido con medicamentos existentes. Los ensayos clínicos aleatorizados a gran escala serán esenciales antes de cualquier cambio en la práctica clínica.
Hemos descubierto y replicado asociaciones genéticas significativas con Covid-19 que pone en peligro la vida. Nuestro enfoque en la enfermedad crítica aumenta la probabilidad de que algunas de estas asociaciones se relacionen con la fase posterior mediada por el sistema inmunitario de la enfermedad asociada con la insuficiencia respiratoria que requiere ventilación mecánica invasiva.2 Es importante destacar que el enfoque GWAS es imparcial y en todo el genoma, lo que permite el descubrimiento de mecanismos fisiopatológicos completamente nuevos. Debido a que la variación genética se puede utilizar para extraer una inferencia causal, la evidencia genética en apoyo de una diana terapéutica mejora sustancialmente la probabilidad de desarrollo exitoso de fármacos.28 En particular, Mendelian Asignación al azar ocupa una posición única en la jerarquía de la evidencia clínica.29
Los pacientes ingresados en unidades de cuidados intensivos en el Reino Unido durante la primera oleada de Covid-19 fueron, en promedio, más jóvenes y menos agobiados por enfermedades comorbilidades que el Hospitalizados población.14 La población estudiada aquí se define por su propensión a la insuficiencia Discovery GWAS and meta-analysis results.
Gráfica de Miami que muestra valores p para GenOMICC GWAS en EUR (después de la validación, panel superior) y metanálisis, incluidos los pacientes de la Iniciativa de Genética anfitriona Covid-19 y 23andMe (panel inferior). Se muestran los valores p no corregidos del análisis GWAS. En el panel superior (GenOMICC), la línea horizontal roja muestra la importancia del genoma para las variantes comunes en el registro10 (5 × 10 ) – 8 ; en el panel inferior (metaanálisis), la línea horizontal roja muestra un umbral de significancia de todo el genoma más estricto para las variantes de metanálisis en el registro 10(10 ) -8 . Las gráficas de cuantil-cuantil (QQ) se inset que muestran los valores p observados frente a los esperados para mostrar la inflación genómica ()para cada análisis: GenOMICC EUR – 1.099; Metanálisis GenOMICC-HGI-23m á 1.017. Las gráficas QQ completas están en la Figura de Datos Extendido 1crítica crítica un Covid-19.
GenOMICC reclutadas en 208 unidades de cuidados intensivos (que abarcan > el 95% de la capacidad de la UCI del Reino Unido), lo que garantiza que se incluyea una amplia extensión entre la ascendencia genética de los pacientes del Reino Unido (Figura de datos ampliada 3). Para la replicación externa, la comparación más cercana es la Hospitalizados análisis de población en la iniciativa De Genética Anfitriona Covid-19, y el fenotipo respiratorio amplio 23andMe, que han sido generosamente compartidos con la comunidad internacional.
Del mismo modo, las estadísticas resumidas completas de GenOMICC se han puesto a disposición de inmediato abiertamente en genomicc.org/data. A pesar de las diferencias en las definiciones de casos, las nuevas asociaciones de nuestro estudio de enfermedades críticas se replican Hospitalizados casos prácticos (Tabla de datos ampliados 2). Por separado, los mendelianos Asignación al azar los resultados que implican un papel causal para IFNAR2 y TYK2 también son estadísticamente significativos en los análisis confirmatorios. Nuestros hallazgos revelan que la enfermedad crítica en Covid-19 está relacionada con al menos dos mecanismos biológicos: Defensas, que se sabe que son importantes en las primeras etapas de la enfermedad (genes IFNAR2 y OEA), y la lesión pulmonar inflamatoria impulsada por el huésped, que es un mecanismo clave de Covid-19 tardío y potencialmente mortal (DPP9, TYK2 y CCR2).2 Los interferones son antivirales huésped canónicos Señalización mediadores, y estimular la liberación de muchos componentes esenciales de la respuesta temprana del huésped a la infección viral.30 Consistente con un papel beneficioso para los interferones de tipo I, el aumento de la expresión de la subunidad del receptor de interferón IFNAR2 redujo las probabilidades de Covid-19 grave con Mendelian Asignación al azar descubrimiento p a 0,0043 (7 pruebas); replicación p a 7,5 × 10-4 (1 prueba). Dentro de las suposiciones de Mendelian Asignación al azar, esto representa una prueba de una función de protección para IFNAR2 en Covid-19. Pérdidas raras-offunction mutaciones en IFNAR2 se asocian con Covid-1912 grave y muchas otras enfermedades virales.31,32 Esto sugiere que Administración de interferón puede reducir la probabilidad de enfermedad crítica en Covid-19, pero nuestra evidencia no puede distinguir cuándo en la enfermedad tal tratamiento puede ser eficaz. El tratamiento con interferón exógeno no redujo la mortalidad en Hospitalizados pacientes en un a gran escala ensayo clínico,33 lo que sugiere que este efecto genético puede ser mediado durante la fase temprana de la enfermedad cuando la carga viral es alta. La variante rs10735079 (chr12, p a 1,65 × 10-8) se encuentra en el interferón inducible grupo genético de oligoadenilato sintetasa (OEA) (OEA1, OAS2 y OAS3; Figura 1).
Nuestro TWAS detectó asociaciones significativas con la expresión prevista de la OAS3 (Figura 2). Las variantes de la OEA1 estaban implicadas en susceptibilidad al SARS-CoV en los estudios de asociación genética candidata en Vietnam34 y China.35
Estos genes codifican enzimas que producen un mediador (2′,5′-oligoadenilato, 2-5A) que activa una enzima efector, RNAse L. RNAse L degrada el ARN de doble cadena,36 un intermedio de replicación de coronavirus.37 El betacoronavirus OC43 y MHV hacen viral fosfodiesterasas que cortan el mediador antiviral del host 2-5A,38 pero no se sabe que el SARS-CoV-2 tenga esta capacidad.
Por lo tanto, los genes de la OEA también proporcionan una diana terapéutica potencial: la actividad de fosfodiesterasa endógena 12 (PDE-12) degrada el mediador antiviral huésped 2-5A. PDE terapéutico-12 inhibidores están disponibles, y aumentar la actividad antiviral mediada por la OEA.39 La asociación en 19p13.3 (rs2109069, p a 3,98 × 1012) es una variante intrínseca en la codificación genética dipeptidyl peptidasa 9 (DPP9). Variantes en este locus se asocian con fibrosis pulmonar idiopática.40DPP9 codifica una proteasa de serina con diversas funciones intracelulares, incluyendo escisión del antiviral clave Señalización mediador CXCL10,41 y roles clave en la presentación de antígenos,42 y inflamosoma activación.43 Dado que las oportunidades de intervención terapéutica, en particular la terapia experimental, son más abundantes en enfermedades posteriores y más graves, es importante que nuestros resultados también revelen genes que pueden actuar para provocar lesiones inflamatorias en los órganos.
TYK2 es uno de los 4 objetivos genéticos de los inhibidores de la JAK, como baricitinib, 44 uno de los nueve fármacos candidatos que utilizamos en la creación de nuestra lista de objetivos a priori (Tabla complementaria 3).
La asociación entre la expresión TYK2 y la enfermedad crítica también se confirmó en un conjunto de datos externo. Replicamos el hallazgo de Ellinghaus et al. en 3p21.31.8
El valor p extremadamente pequeño en este locus (p-4,77 × 10-30) puede reflejar el gran tamaño de nuestro estudio, y nuestro enfoque en la gravedad extrema, ya que vemos un mayor tamaño de efecto en GenOMICC que en los estudios de replicación (Figura de datos ampliada 4). Un número de genes en este locus podrían explicar plausiblemente una asociación. Nuestra revisión sistemática y metanálisis de datos experimentales sobre betacoronavirus
La infección de otras fuentes proporciona un apoyo biológico moderado para el ejercicio 21, aunque esta información adicional proviene principalmente de sistemas modelo in vitro.45 Nuestros resultados de TWAS muestran que las variantes en esta región confieren diferencias significativas en todo el genoma en la expresión prevista de CXCR6, CCR2 y CCR3 (Figura 2a); es probable que uno, pero no todo estos genes son un importante mediador de enfermedades críticas. La asociación con la enfermedad crítica para la expresión CCR2 (receptor CC-chemokina 2) inferida por el genotipo es particularmente fuerte en el tejido pulmonar (Figura 2b). CCR2 promueve la quimiotaxis de monocitos/macrófagos hacia sitios de inflamación, y hay una mayor expresión del ligando canónico para CCR2 (proteína quimioatractante monocitotista/MCP1), en el líquido de lavado broncoalveolar de los pulmones de los pacientes de Covid-19 durante la ventilación mecánica.46 CcM- Circulating MCP-11 las concentraciones se asocian con enfermedades más graves.47 La terapia con anticuerpos monoclonales anti-CCR2 en el tratamiento de la artritis reumatoide es segura.48 El locus ABO también se asoció previamente con Covid-19,8, pero no fue significativo en todo el genoma en el GenOMICC cohorte en estado crítico. Curiosamente hay una señal cercana a la significación de todo el genoma en este locus en el metanálisis combinado (Figura 1), lo que sugiere que esta variante puede estar asociada con la susceptibilidad a Covid-19, pero no una enfermedad crítica (Figura de datos ampliada 4). El análisis de la herencia compartida pone de relieve una correlación positiva con la adiposidad.
Esto no implica una relación causal, ya que una serie de sesgos pueden estar en juego, pero puede reflejar una combinación de dos efectos: en primer lugar, el aumento del IMC y un menor estatus socioeconómico son factores de riesgo fuertes para covid-19,14 graves y, en segundo lugar, los participantes del Biobanco del Reino Unido se extraen desproporcionadamente de grupos sociales en los que la obesidad está infrarrepresentada en comparación con la población general.49
Debido a la urgencia de completar y notificar este trabajo. , hemos extraído controles de estudios genéticos poblacionales con diferencias sistemáticas en la estructura poblacional, la demografía y la enfermedad comorbilidad, que fueron genotipados utilizando diferentes tecnologías de los casos. La confusión residual se refleja en la inflación genómica (λ0.5) valor de 1.099 para el análisis primario (Figura de datos ampliada 1).
Mitigamos el consiguiente riesgo de asociaciones falsas positivas impulsadas por errores de genotipado , genotipando la mayoría de nuestros sujetos utilizando dos métodos diferentes (secuenciación de microarray y genoma completo), y verificando asociaciones significativas utilizando dos grupos de control adicionales (100.000 genomas y Generación Escocia). El éxito de estas mitigaciones se demuestra mediante la replicación robusta de nuestros SNP centinelas en estudios externos.
Nuestro metanálisis, combinando GenOMICC con múltiples fuentes adicionales de asociaciones en todo el genoma, tiene una λ0,5 x 1,017
1). Es urgente profundizar estos hallazgos a través de estudios adicionales. Nuestros resultados del MAIC muestran que los genes altamente clasificados en GenOMICC son más propensos a estar implicados en Covid en otros estudios
2). Seguimos reclutando a la GenOMICC estudio, con la expectativa de que existen asociaciones adicionales y se pueden detectar con un mayor número de casos. Los estudios futuros que utilizan la secuenciación del genoma completo buscarán en el extremo más raro del espectro de frecuencias del alelo en busca de variantes que aumenten la susceptibilidad.
Es probable que los tamaños de efectos sean mayores en GenOMICC porque la cohorte está fuertemente enriquecida para la enfermedad inmediatamente mortal en pacientes que están recibiendo ventilación mecánica invasiva, o considerado por los médicos tratantes con alto riesgo de requerir apoyo mecánico.
Hemos descubierto nuevas y altamente plausibles asociaciones genéticas con enfermedades críticas en Covid-19.
Algunas de estas asociaciones conducen directamente a posibles enfoques terapéuticos para aumentar el interferón para Señalización, antagonista, activación e infiltración de monocitos en los pulmones, o dirigirse específicamente a vías inflamatorias dañinas.
Si bien esto se suma sustancialmente a la justificación biológica que sustenta enfoques terapéuticos específicos, cada tratamiento debe ser probado en ensayos clínicos a gran escala antes de entrar en la práctica clínica. Pero que genera una apertura en el conocimiento de la amplia gama de gravedad, el inoculo, su tamaño, la obesidad como factor inflamatorio, los trastornos de la inmunidad, la edad avanzada, todo esto se agrega la predisposición genética.
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