Um genoma

Nature Genetics volume 55, páginas 54–65 (2023)Cite este artigo

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A identificação dos genes e processos que medeiam os sinais de associação genética para doenças complexas representa um grande desafio. Como muitos dos sinais genéticos para diabetes tipo 2 (DT2) exercem seus efeitos através da disfunção das células das ilhotas pancreáticas, realizamos uma triagem de perda de função CRISPR agrupada em todo o genoma em uma linhagem de células beta pancreáticas humanas. Avaliamos a regulação do conteúdo de insulina como uma leitura relevante para a doença da função das células beta e identificamos 580 genes que influenciam esse fenótipo. A integração com dados genéticos e genômicos forneceu suporte experimental para 20 transcritos efetores T2D candidatos, incluindo o receptor de autofagia CALCOCO2. A perda de CALCOCO2 foi associada a mitocôndrias distorcidas, menos grânulos imaturos contendo pró-insulina e acúmulo de autofagossomos após inibição da autofagia em estágio avançado. Portadores de variantes associadas ao DM2 no locus CALCOCO2 apresentaram ainda secreção alterada de insulina. Nosso estudo destaca como as telas celulares podem aumentar os esforços multiômicos existentes para apoiar a compreensão mecanicista e fornecer evidências de efeitos causais em loci de estudos de associação genômica.

Estudos de associação genômica ampla (GWAS) forneceram milhares de associações robustas para diabetes tipo 2 (DT2) e características relacionadas, mas a maioria mapeia regiões não codificantes com uma provável função regulatória1. O mapeamento fino incompleto significa que a maioria dos loci GWAS não são mapeados para uma única variante causal, mas sim para múltiplas variantes em um conjunto confiável, cada uma das quais poderia potencialmente influenciar a expressão gênica em um contexto celular diferente. A etapa típica após o mapeamento fino envolve conectar as variantes supostamente causais e os elementos reguladores aos genes que eles regulam, usando métodos como colocalização de loci de características quantitativas de expressão cis (eQTL), co-acessibilidade de cromatina unicelular e ensaios de proximidade de DNA . ,4,5. As limitações dessas abordagens são a dependência do tipo de célula e do contexto (ensaios conduzidos em tipos ou estados celulares inadequados podem revelar conexões variante-gene não relacionadas à patogênese da doença) e pleiotropia molecular (variantes de interesse podem regular a transcrição de vários genes em cis, obscurecendo a identidade da transcrição causal). Essas abordagens podem gerar hipóteses sobre candidatos a efetores, mas normalmente não fornecem evidências definitivas.

Os estudos de perturbação podem fornecer evidências mais convincentes de causalidade, mas apenas se utilizarem modelos autênticos e fenótipos relevantes para a doença6. A evidência mais forte surge de variantes de codificação associadas a doenças que fornecem uma leitura das consequências das perturbações da função genética e proteica em humanos, mas a baixa frequência da maioria dessas variantes limita esta abordagem2. Modelos celulares humanos e tecnologias baseadas em CRISPR fornecem uma alternativa atraente para gerar perfis genômicos das consequências fenotípicas da perturbação genética e compreender a biologia da doença6. Central para esta aspiração é a confiança na relevância da doença de um tipo de célula. Para o DM2, as evidências fisiológicas e epigenômicas destacam o papel central das ilhotas pancreáticas e, consequentemente, das células beta produtoras de insulina, na mediação do risco de doença3,4,5,6,7. Diferenças substanciais entre ilhotas ou células beta de roedores e humanas defendem o uso de tecidos e linhas celulares humanas8,9,10,11,12,13. Nós e outros geramos grandes recursos transcriptômicos e epigenômicos neste tecido humano chave, permitindo a integração de dados genéticos e genômicos em todo o genoma para identificar transcritos efetores candidatos em loci T2D GWAS4,7,14,15. Agora complementamos esses recursos com uma tela de perda de função (LoF) CRISPR em todo o genoma na bem caracterizada linha celular beta pancreática humana EndoC-βH1 para identificar genes que regulam o conteúdo de insulina . A linhagem celular EndoC-βH1 imortalizada exibe uma assinatura multi-ômica semelhante às células beta humanas primárias, embora com características distintas destacando a origem fetal e transformada da linhagem celular . Embora o conteúdo de insulina seja menor em comparação com as ilhotas primárias, as células EndoC-βH1 demonstram propriedades eletrofisiológicas e secretoras semelhantes, tornando-as um modelo fisiologicamente relevante para estudar a função das células beta in vitro .