日本語AIでPubMedを検索
ゲノミクス、メタゲノミクス、メタボロミクスを統合して、腺腫の発生における感受性対立遺伝子と微生物相の相互作用を明らかにする。
Integration of genomics, metagenomics, and metabolomics to identify interplay between susceptibility alleles and microbiota in adenoma initiation.
PMID: 32600361 PMCID: PMC7322931. DOI: 10.1186/s12885-020-07007-9.
抄録
背景:
大腸癌（CRC）は遺伝的素因と腸内細菌叢（GM）を含む環境因子の両方に起因する多因子疾患であるが、遺伝的変異体や環境変数、GMとの相互作用の影響を解読することは非常に困難である。我々は以前、ジャクソン研究所（JAX）のC57BL/6 J-Apc（B6-Min/J）とウィスコンシン大学のオリジナル創始株C57BL/6JD-Apc（B6-Min/D）との間で、腸管腺腫の多発性に有意な差があることを観察した。
BACKGROUND: Colorectal cancer (CRC) is a multifactorial disease resulting from both genetic predisposition and environmental factors including the gut microbiota (GM), but deciphering the influence of genetic variants, environmental variables, and interactions with the GM is exceedingly difficult. We previously observed significant differences in intestinal adenoma multiplicity between C57BL/6 J-Apc (B6-Min/J) from The Jackson Laboratory (JAX), and original founder strain C57BL/6JD-Apc (B6-Min/D) from the University of Wisconsin.
方法:
遺伝的および環境的相互作用を解明し、それらの影響を決定するために、20世代以上にわたって分離された2つの遺伝的に近交配され、独立して分離されたApcマウスのコロニーを利用した。全ゲノムシークエンシングを用いて、2つのサブラインに固有の遺伝的バリアントを同定した。遺伝的バリアントの影響とGMの違いが表現型の変動に与える影響を調べるために、複合微生物を標的とした再分化を用いて、2つの異なるソース（JAX由来のGMJAXとEnvigo由来のGMHSD）から複合GMを保有する2つのApc変異マウスコロニーを生成し、4つのApcグループを作成しました。遺伝的変異とGMの違いに基づく糞便代謝物プロファイルの変化を特徴付けるために、アンターゲットメタボロミクスを使用しました。
METHODS: To resolve genetic and environmental interactions and determine their contributions we utilized two genetically inbred, independently isolated Apc mouse colonies that have been separated for over 20 generations. Whole genome sequencing was used to identify genetic variants unique to the two substrains. To determine the influence of genetic variants and the impact of differences in the GM on phenotypic variability, we used complex microbiota targeted rederivation to generate two Apc mutant mouse colonies harboring complex GMs from two different sources (GMJAX originally from JAX or GMHSD originally from Envigo), creating four Apc groups. Untargeted metabolomics were used to characterize shifts in the fecal metabolite profile based on genetic variation and differences in the GM.
結果:
WGSにより、2つのサブラインに固有の数千の高品質なバリアントが明らかになりました。コード化領域にホモ接合型の変異体は存在せず、大部分の変異体は非コード化領域に存在していた。Min/JとMin/Dの間の宿主遺伝的分岐と複合体GMが腺腫感受性の違いを相加的に決定した。アンターゲットメタボロミクスにより、遺伝的系統とGMの両方が糞便代謝物プロファイルを決定し、それぞれが異なる胆汁酸（BA）代謝を調節していることが明らかになった。メタボロミクス経路解析により、胆汁酸トランスポーターである脂肪酸結合タンパク質6（Fabp6）に関連する機能的に関連するプライベートノンコーディングバリアントが同定された。発現研究により、Min/JとMin/Dの間でFabp6の発現に差があることが示され、この変異体は逆交配マウスにおける腺腫の多発性と相関していることが示された。
RESULTS: WGS revealed several thousand high quality variants unique to the two substrains. No homozygous variants were present in coding regions, with the vast majority of variants residing in noncoding regions. Host genetic divergence between Min/J and Min/D and the complex GM additively determined differential adenoma susceptibility. Untargeted metabolomics revealed that both genetic lineage and the GM collectively determined the fecal metabolite profile, and that each differentially regulates bile acid (BA) metabolism. Metabolomics pathway analysis facilitated identification of a functionally relevant private noncoding variant associated with the bile acid transporter Fatty acid binding protein 6 (Fabp6). Expression studies demonstrated differential expression of Fabp6 between Min/J and Min/D, and the variant correlates with adenoma multiplicity in backcrossed mice.
結論:
我々は、遺伝的変異と微生物相の違いの両方がApcマウスの定量性腺腫表現型に影響を与えることを発見した。これらの知見は、メタボロミクスデータセットが機能的ゲノムツールとしてどのように役立つかを示しており、さらに、ノンコーディングバリアントの複雑な疾患感受性を解明するためのマルチオミクスアプローチの有用性を示している。
CONCLUSIONS: We found that both genetic variation and differences in microbiota influences the quantitiative adenoma phenotype in Apc mice. These findings demonstrate how the use of metabolomics datasets can aid as a functional genomic tool, and furthermore illustrate the power of a multi-omics approach to dissect complex disease susceptibility of noncoding variants.