Identificación de factores ambientales como causas de

enfermedades complejas en poblaciones latinoamericanas:

aplicación del método de aleatorización mendeliana

Carolina Bonilla

School of Social and Community Medicine

University of Bristol – UK

XVI Congreso ALAG

Montevideo, Octubre 9 – 12, 2016

Desarrollo de la charla

descripción y supuestos de AM

ejemplo: pubertad y cáncer de próstata

condiciones para la aplicación de AM en poblaciones

latinoamericanas

Aleatorización Mendeliana (AM)

(Mendelian randomization)

Uso de variantes genéticas asociadas a ciertos fenotipos (modificables), en

lugar de estos últimos, a fin de establecer relaciones de causalidad entre

dichos fenotipos y un fenotipo final de interés (ej. diabetes, obesidad,

cáncer)

Método propuesto por Davey Smith & Ebrahim (2003)

Las bases

1a ley de Mendel

2a ley de Mendel

método de variables instrumentales en econometría

uso en epidemiología para limitar impacto de factores

de confusión y causalidad reversa

Verduijn et al. (2010)

Variables Instrumentales

Un instrumento es una variable que está correlacionada con las variables endógenas

de un modelo, condicionada a las otras covariables

Se usan para determinar relaciones de causalidad entre variables, con menos error

En AM las variables instrumentales son variantes genéticas que estan asociadas a un

fenotipo intermedio (ej. biomarcadores, antropometría)

Mokry et al. (2015)

3 supuestos básicos

El genotipo está asociado al fenotipo intermedio

El genotipo no está asociado a los factores de confusión

El genotipo se relaciona con el fenotipo final de interés sólo a través del

fenotipo intermedio (principio de exclusión-restricción)

(1) efecto del factor de riesgo sobre enfermedad =

(3) efecto del SNP sobre enfermedad/(2) efecto del SNP

sobre el factor de riesgo

AM vs ensayo clínico aleatorizado

(randomized controlled trial)

7

Popularidad de AM

Swerdlow et al. (2016)

GWAS: identificación de nuevas

variables instrumentales

GWAS catalog-setiembre „16

1

1 0 111 2

1 3

1 4

1 5

1 61 7

1 8

1 9

2

2 0

2 1

2 2

3

4 5

67

89

X

Y

Pubertad y cáncer de próstata

Menarca temprana asociada a cáncer de mama.

Variables usadas en varones: edad de comienzo de rasurado,

cambio de voz, tamaño máximo calzado, velocidad máxima

crecimiento en estatura, alcance de estatura adulta, primera

eyaculación, primer encuentro sexual.

Escala de Tanner en ambos sexos: define desarrollo genital y de

caracteres secundarios

Estudios epidemiológicos observacionales:

riesgo de cancer de próstata

Edad al primer encuentro sexual:

OR 0.6; 95% CI 0.3, 1.1; 21+ vs ≤17 (Andersson et al., 1996)

RR 0.4; 95% CI 0.3, 0.8; 21+ vs <17 (Honda et al., 1988)

Edad al comienzo de rasurado:

18.0 years ± 0.2 (cases) vs 17.8 years ± 0.3 (controls) (mean ±

SE; Barba et al., 2008)

RR 0.7; 95% CI 0.5, 1.0; 14+ vs ≤14 only in AfAm (Habel et al.,

2000)

“Estirón” más tarde que sus pares:

OR 0.8; 95% CI 0.6, 1.0 (Giles et al., 2003)

Estudio de AM: selección de instrumentos

Instrumento: 13 SNPs asociados con escala de Tanner en varones,

combinados en un score ponderado de riesgo genético (GRS)

SNP nearest gene

(distance) chr position

Tanner stage

decreasing/other allele

gene function

rs2274465 KDM4A 1 44121557 C/G histone demethylation

rs6427782 NR5A2 (+198 kb) 1 199798339 A/G DNA binding/steroid

hormone receptor activity

rs6762477 RBM6 3 50093209 A/G regulation of alternative

splicing rs2153127 LIN28B (+36 kb) 6 105348544 T/C cell reprogramming rs7759938 LIN28B (+6 kb) 6 105378954 C/T cell reprogramming rs7821178 PEX2 (-181 kb) 8 78093837 C/A peroxisome biogenesis

rs10453225 TMEM38B (-381 kb) 9 108920220 G/T maintenance of intracellular

calcium release

rs2090409 TMEM38B (-428 kb) 9 108967088 C/A maintenance of intracellular

calcium release

rs10739221 TMEM38B (-522 kb) 9 109060830 C/T maintenance of intracellular

calcium release

rs1324913 KLF12 13 74635588 T/G transcription factor/ gene

expression regulation rs12915845 DET1 15 89042467 C/T development regulation

rs246185 MKL2 (-35 kb) 16 14395432 C/T regulation of immediate

early genes/muscle genes

rs12446632 GPRC5B (-38 kb) 16 19935389 A/G modulation of insulin

secretion

A mayor GRS

menor la etapa

de Tanner a la

misma edad (más

inmadurez)

trait N OR 95% CI p-value

control/case (0/1) 2927 0.95 (0.87,1.04) 0.30

Gleason score (0:≤6/1:≥7) 1135 0.76 (0.64,0.89) 0.001

stage (0:localised/1:locally advanced) 1136 0.80 (0.64,1.01) 0.06

Efecto del cambio en una unidad de la escala de Tanner sobre el riesgo de

desarrollar cáncer de próstata agresivo

-15%

-10%

-5%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18

Hig

h g

rad

e p

rost

ate

ca

nce

r ri

sk c

ha

ng

e

Tanner stage change

IVW: OR 4.35; 95% CI 1.85, 11.11; p=0.003

ProtecT: N ~ 3000

IVW: OR 0.23; 95% CI 0.09, 0.54; p=0.003

Replicación: GRS vs cáncer de próstata avanzado en el consorcio PRACTICAL

trait N OR 95% CI p-value I2 (%) p-value

control/case (0/1) 36066 0.97 (0.94,1.00) 0.03 23.3 0.20

Gleason score (0:≤6/1:≥7) 16653 0.98 (0.95,1.02) 0.39 32.5 0.08

stage (0:localized/1:advanced) 17084 0.95 (0.91,1.00) 0.03 0.0 0.70

Conclusiones

AM sugiere un efecto causal del desarrollo sexual en

relación a pares con respecto al riesgo de desarrollar cáncer

de próstata y de que ese cáncer progrese a estadíos

avanzados.

AM coincide con algunos de los estudios epidemiológicos

Individuos que experimentan desarrollo temprano

pueden ser monitoreados más de cerca.

Limitaciones de AM (y posibles soluciones)

Bajo poder estadístico

Aumentar tamaño muestral/usar instrumentos poligénicos

Estratificación de la población

Usar poblaciones homogéneas/grupos familiares/corregir usando AIMs o

componentes principales

Pleiotropía

Usar SNPs en cis/múltiples instrumentos

Falta de instrumentos adecuados

+ GWAS y estudios de secuenciación

Desequilibrio de ligamiento: SNP estudiado en desequilibrio con

locus que afecta directamente el fenotipo final

Estudiar poblaciones con diferente estructura de DL

Asociaciones complejas

Mejor comprensión de la biología

AM en poblaciones latinoamericanas: consideraciones

generación de instrumentos vía GWAS

validación de instrumentos existentes (definidos en pobs. de

origen europeo) en poblaciones latinas

importante tener en cuenta estratificación de la población

esfuerzo sistemático para colectar muestras apropiadas (gran

tamaño, bien caracterizadas)

meta-análisis para combinar datos de distintos países

latinoamericanos (colaboración)

2 muestras AM (“two-sample MR”): instrumento-fenotipo

intermedio en una muestra/instrumento-fenotipo final en otra

AM: 2 muestras

Muestra 1

[A] variantes genéticas asociadas a fenotipo intermedio ( combinadas en score)

Variantes

genéticas (Instrumento)

Fenotipo

intermedio

(ej. IGF-I)

Cáncer de

próstata

Factores de

confusión

efecto causal

[A]

[B]

[C]

ProtecT ~700 controles

AM: 2 muestras

Muestra 2

[B] asociación de variantes genéticas con enfermedad en un estudio caso-control

Variantes

genéticas

(Instrumento)

Fenotipo

intermedio

(ej. IGF-I)

Cáncer de

próstata

Factores de

confusión

efecto causal

[A]

[B]

[C]

PRACTICAL 20,670 casos + 20,925 controles

Análisis de variables instrumentals:

two sample ratio estimator

Odds Ratio causal [C] =

instrumento genético vs cancer de próstata (PRACTICAL) [B]

instrumento genético vs IGF (ProtecT) [A]

Se puede probar en:

Agradecimientos

Universidad de Bristol

• Sarah Lewis

• Richard Martin

• Integrative Cancer Epidemiology Programme (CRUK)

World Cancer Research Foundation

Dr. Bernardo Bertoni y ALAG

Proteína C reactiva y enfermedad coronaria (CHD)

rs1130864 - CHD

rs1130864 – PCR en sangre

PCR en sangre - CHD

Davey Smith et al. (2006)

Uso de instrumentos poligénicos

suelen explicar más

variabilidad en el fenotipo

de interés.

número de alelos de

riesgo en cada SNP

sumados.

número de alelos de

riesgo, ponderados por su

efecto sobre el fenotipo,

en cada SNP sumados.

26

2-step MR

AM puede usarse para determinar si la metilación es un

mediador causal entre un factor de riesgo y una enfermedad

Davey Smith & Hemani (2014)