Variantes genéticas reguladoras que afectan a la expresión de la adipogenina y la metalopeptidasa Kell influyen en la susceptibilidad a la paratuberculosis en vacas frisonas
Arrate Prado López1, Gerard Badia-Bringué1, Patricia Vázquez1, Joseba M. Garrido1, Ramón A. Juste1, Marta Alonso-Hearn1
(1)-Departamento de Ciencia Animal, NEIKER-Instituto Vasco de Investigación y Desarrollo Agrario, Derio, Bizkaia, España
Introducción
La Paratuberculosis bovina (PTB) es una enteritis granulomatosa crónica que provoca pérdidas económicas importantes en vacuno de leche y que está causada por Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis (MAP). La mayoría de los polimorfismos de un solo nucleótido (Single Nucleotide Polymorphism, SNP) identificados en análisis de asociación genética (Genome-wide association studies, GWAs) se encuentran en regiones no codificantes, lo que dificulta la vinculación de estos SNP con los genes diana. Hasta la fecha, solo se han identificado unas pocas mutaciones funcionales o loci cuantitativos de expresión (cis-eQTL) asociados a la expresión génica y a la susceptibilidad a la PTB. En este contexto, el uso de aproximaciones genético-transcriptómica combinadas, como la aleatorización mendeliana basada en datos de resumen (Summary‑data based Mendelian randomization, SMR), permiten identificar cis-eQTL asociados a un rasgo de interés. El objetivo principal de este estudio fue identificar genes candidatos con asociación pleiotrópica a cis-eQTLs y a la susceptibilidad a la PTB mediante un enfoque basado en SMR.
Metodología
Para la identificación mapeo de cis-eQTL se usó TensorQTL combinando datos de expresión génica de muestras de sangre periférica (PB) y los genotipos de 2 poblaciones de vacas frisonas: (1) animales genotipados con EuroG MD BeadChip (N = 15) y (2) animales con genotipos imputados a nivel de genoma completo (N = 29). Para testar la existencia de asociación pleiotrópica entre los cis-eQTLs identificados y la susceptibilidad a la PTB, se emplearon 2 conjuntos de datos de GWAS generados previamente a partir de una población de 986 vacas frisonas sacrificadas a las que se les había realizado análisis histopatológico de los tejidos intestinales. En el primer GWAS los casos fueron animales con lesiones difusas (N = 36) y los controles (N = 373) animales que no presentaban lesiones visibles y que dieron negativo en las pruebas ELISA, PCR y cultivo bacteriológico (EPC) de tejidos intestinales. En el segundo GWAS, los casos fueron animales con resultados positivos de EPC (N = 52) y los controles animales con resultados negativos (N = 660). Para realizar el análisis SMR se utilizó el software SMR 1.03. integrando los datos de cada GWAS con los datos del mapeo de cis-eQTL de ambas poblaciones. Los cis-eQTL con P-valores > 5 × 10–8 y/o con diferencias en la frecuencia alélica entre las poblaciones de los datos de GWAS y cis-eQTLs superiores a 0,2 se excluyeron. Finalmente, los P-valores se corrigieron con el método Benjamini-Hochberg (BH) y se filtraron por FDR ≤ 0,05. Con los cis-eQTLs significativos identificados por SMR se realizó un análisis de solapamiento de QTLs con el paquete GALLO de R para evaluar el solapamiento con otras QTLs anotadas en bases de datos.
Resultados
Mediante TensorQTL se identificaron 120 y 5 cis-eQTL que regulan la expresión de 128 y 5 genes en muestras de PB de las poblaciones de vacas frisonas en las poblaciones 1 y 2, respectivamente (FDR ≤ 0,05). En la población 1, la mayoría de los cis-eQTLs identificados se localizaban en regiones intrónicas (60%) mientras que en la población 2 se localizaban en regiones downstream (54%). Tras la corrección de los resultados del SMR (FDR ≤ 0,05) empleando los datos de la población 1 se identificó el cis-eQTL-rs208588311, asociado a la sobreexpresión del gen de la adipogenina (ADIG) y a la presencia de lesiones intestinales difusas (FDR = 2.58 x 10-3). Con los datos de la población 2 se identificó el cis-eQTL-rs458152228, asociado a la sobreexpresión del gen de la metalopeptidasa Kell (KEL) y a resultados positivos de EPC (FDR = 0.02). El gen ADIG está implicado en la regulación de la adipogénesis a través de la diferenciación de adipocitos y modulación de rutas relacionadas con el metabolismo y almacenamiento lipídico. Resultados previos sugieren que la acumulación de colesterol en los macrófagos infectados proporciona un ambiente propicio para la supervivencia de MAP. El gen KEL codifica para una metaloendopeptidasa que escinde la endotelina-2, implicada en la señalización de los macrófagos y la defensa de la mucosa intestinal frente a patógenos, para la que se han identificado previamente mutaciones asociadas a la susceptibilidad a la infección por MAP. El análisis de solapamiento de QTLs reveló que el SNP que afecta a la expresión del KEL se localizaba próximo a regiones descritas anteriormente asociadas con la susceptibilidad a la tuberculosis (QTL ID: 96209, QTL ID: 96211) y paratuberculosis (QTL ID: 263340).
Conclusiones
Nuestros hallazgos mejoran la comprensión de los mecanismos reguladores genéticos que potencialmente influyen en la susceptibilidad a la PTB y pueden servir de base para estrategias de selección genómica. Las aplicaciones de la genética animal en los programas de cría constituyen uno de los motores importantes para una producción ganadera eficiente, no solo para aumentar el rendimiento y la productividad, sino también para garantizar la resiliencia y la salud del ganado, al tiempo que se mejora la longevidad de los animales.
