Ronald Palacios Castrillo, M.D.,PhD.
Un análisis de DNA de más de 24,000 personas que tenían COVID-19 y requerían tratamiento en cuidados intensivos identificó 15 vínculos genéticos con el riesgo de desarrollar una enfermedad extrema a causa de la infección.Este increíble y enorme estudio, se publicó el 17 de mayo en Nature y cuenta con más de 2000 autores.
RESUMEN
La enfermedad crítica en COVID-19 es un fenotipo de enfermedad extrema y clínicamente homogénea que hemos demostrado previamente que es altamente eficiente para el descubrimiento de asociaciones genéticas.
A pesar de la etapa avanzada de la enfermedad en el momento de la presentación, hemos demostrado que la genética del huésped en pacientes en estado crítico con COVID-19 puede identificar terapias inmunomoduladoras con fuertes efectos beneficiosos en este grupo.
Aquí analizamos 24 202 casos de COVID-19 con enfermedades críticas que comprenden una combinación de genotipo de microarrays y datos de secuenciación del genoma completo de casos de enfermedades críticas en el estudio internacional GenOMICC (11440 casos), combinado con otros estudios que reclutan pacientes hospitalizados con un fuerte enfoque en enfermedad grave y crítica: ISARIC4C (676 casos) y el consorcio SCOURGE (5.934 casos).
Para poner estos resultados en el contexto del trabajo existente, llevamos a cabo un metanálisis de los resultados del nuevo estudio de asociación del genoma completo (GWAS) GenOMICC con datos publicados anteriormente. Encontramos 49 asociaciones significativas en todo el genoma, de las cuales 16 no se han informado previamente.
Para investigar las implicaciones terapéuticas de estos hallazgos, inferimos las consecuencias estructurales de las variantes de codificación de proteínas y combinamos nuestros resultados de GWAS con datos de expresión génica utilizando un modelo de estudio de asociación de transcriptoma amplio de monocitos (TWAS), así como la expresión génica y proteica utilizando Aleatorización mendeliana.
Identificamos 15 proteínas únicas vinculadas al Covid crítico/grave. De los resultados significativos, encontramos evidencia causal que implica cinco nuevas proteínas : QSOX2, CREB3L4, mieloperoxidasa (MPO), ADAMTS13 y lectina-2 de unión a manosa (MBL2).
Estos incluyen biomarcadores bien estudiados y posibles objetivos farmacológicos en la sepsis: el receptor de reconocimiento de patrones inmunitarios innatos MBL2 y la enzima efectora de neutrófilos MPO. ADAMTS13 modula la formación de trombos plaquetarios mediada por el factor de von Willebrand y puede desempeñar un papel en el estado de hipercoagulabilidad en la COVID-19 crítica .
También se encontró que tres genes que contienen cambios en la codificación de proteínas asociados con una enfermedad grave tienen efectos significativos en la expresión génica diferencial: SLC22A31 , SFTPD4 y TKY2 . En el ejemplo de TYK2, ahora hay una prueba terapéutica de las predicciones genéticas.
Nuestro informe anterior de asociación entre expresión más alta y enfermedad crítica condujo directamente a la inclusión de un nuevo fármaco, baricitinib inhibidor de JAK y TYK2, en un gran ensayo clínico; el resultado demostró un claro beneficio terapéutico.
Esta señal terapéutica es consistente en múltiples ensayos, lo que proporciona la primera prueba de concepto para la identificación de objetivos farmacológicos utilizando la genética en enfermedades críticas y enfermedades infecciosas.
Para evaluar el uso terapéutico inmediato de nuestros resultados para la reutilización de compuestos existentes, encontramos una asociación en otro gene que codifica una proteína que es inhibida por baricitinib y otros inhibidores de JAK: la cinasa de señalización intracelular, JAK1, que es estimulada por numerosas citocinas, incluidos los interferones de tipo I y la IL-6.
El análisis de aleatorización mendeliana de la expresión del RNA reveló una asociación positiva significativa entre la expresión del gene que codifica una citoquina inflamatoria canónica, el factor de necrosis tumoral (TNF) y la enfermedad grave . Esto sugiere que la inhibición de la señalización de TNF( con humorab,infliximab) puede ser una terapia eficaz en casos graves de COVID-19.
Nuestros datos de expresión adicionales en monocitos revelan un marcado efecto específico de tejido en la expresión de PDE4A. Esta fosfodiesterasa regula la producción de múltiples citocinas inflamatorias por parte de las células mieloides. En contraste con las correlaciones negativas observadas en los pulmones y la sangre, mostramos que una tendencia genética a una mayor expresión de PDE4A en los monocitos está asociada con la COVID-19 crítica.
La inhibición de la PDE4A por parte de varios fármacos existentes está bajo investigación en múltiples enfermedades inflamatorias, reduce la permeabilidad endotelial pulmonar y parece ser segura en pequeños ensayos clínicos en pacientes con COVID-19.
La función biológica postulada de los genes asociados con la COVID-19 crítica en los resultados de GWAS, TWAS y GSMR destaca la preponderancia de genes con expresión o funciones en el sistema de fagocitos (macrófagos y monocitos) mononucleares.
Esto incluye SLC2A5, que codifica el transportador de fructosa GLUT5, que es fuertemente inducible en macrófagos primarios en respuesta a la estimulación inflamatoria, y XCR1, un receptor de células dendríticas con un papel crítico en la inmunidad antiviral mediada por células T citotóxicas. NPNT, codifica una proteína de la membrana basal pulmonar que puede tener un papel protector en la lesión pulmonar aguda.
Múltiples genes implicados en la entrada viral están asociados con enfermedad grave. Además de ACE2, detectamos una asociación significativa en todo el genoma en TMPRSS2, una proteasa huésped clave que facilita la entrada viral RAB2A que se ha demostrado que se requiere para la replicación viral.
La ausencia de efectos genéticos divergentes entre los estudios o cambios consistentes en la frecuencia del alelo de efecto entre los casos a lo largo del tiempo sugiere que el tratamiento y la vacunación no han afectado sustancialmente la asociación entre la variantes específicas que informamos y el riesgo de enfermedad crítica.
Resumen ChatGTP para los no-médicos.
La enfermedad crítica en COVID-19 es un fenotipo severo y homogéneo. Hemos demostrado previamente que la genética del huésped en pacientes críticos puede identificar terapias inmunomoduladoras efectivas.
En este estudio, analizamos datos genéticos de más de 24,000 casos de COVID-19 grave y crítica. Encontramos 49 asociaciones genéticas significativas, incluyendo 16 nuevas.
En nuestro estudio identificamos 15 proteínas únicas vinculadas al Covid-19 crítico/grave. Entre ellas, encontramos evidencia causal para cinco nuevas proteínas: QSOX2, CREB3L4, mieloperoxidasa (MPO), ADAMTS13 y lectina-2 de unión a manosa (MBL2). Estas proteínas podrían servir como biomarcadores y posibles objetivos farmacológicos en la sepsis y la COVID-19 crítica.
También descubrimos que tres genes con cambios en la codificación de proteínas asociados a formas graves de la enfermedad tienen efectos significativos en la expresión génica diferencial: SLC22A31, SFTPD4 y TYK2. En particular, el gene TYK2 ha demostrado tener implicaciones terapéuticas, y su inhibición mediante el fármaco baricitinib ha demostrado beneficios terapéuticos en ensayos clínicos.
En cuanto al uso terapéutico inmediato, encontramos una asociación en otro gene, JAK1, que codifica una proteína inhibida por baricitinib y otros inhibidores de JAK. La inhibición de la señalización de TNF, mediante fármacos como humorab o infliximab, también podría ser una terapia eficaz en casos graves de COVID-19.
Nuestros datos de expresión revelaron un efecto específico de tejido en la expresión de PDE4A, una fosfodiesterasa que regula la producción de citocinas inflamatorias. La inhibición de PDE4A con diversos fármacos existentes está siendo investigada en múltiples enfermedades inflamatorias y ha mostrado ser segura en pequeños ensayos clínicos en pacientes con COVID-19.
Los genes asociados con la COVID-19 crítica en nuestros estudios resaltan la importancia del sistema de fagocitos (macrófagos y monocitos). Además, encontramos asociaciones significativas en genes implicados en la entrada viral, como ACE2, TMPRSS2 y RAB2A.
En general, nuestros hallazgos sugieren que las variantes genéticas específicas que identificamos están asociadas con el riesgo de enfermedad crítica y no parecen haber sido afectadas sustancialmente por el tratamiento y la vacunación en relación con los efectos genéticos divergentes o cambios en la frecuencia de los alelos a lo largo del tiempo.
TEXTO
Pairo-Castineira, E., Rawlik, K., Bretherick, A.D. et al. GWAS and meta-analysis identifies 49 genetic variants underlying critical COVID-19. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06034-3
El diseño del estudio GenOMICC y la justificación para centrarse en la enfermedad crítica se han descrito previamente.
En resumen, se reclutaron pacientes con COVID-19 confirmado que requerían monitoreo cardiorrespiratorio continuo o soporte de órganos (una definición generalizable para enfermedad crítica) en 2020-2022.
Primero realizamos análisis GWAS específicos de ascendencia de acuerdo con los métodos que describimos anteriormente. Con los resultados de estos análisis GWAS, los resultados informados previamente obtenidos con participantes de GenOMICC con datos de secuenciación del genoma completo y datos de GenOMICC Brasil, realizamos metanálisis transancestrales y de plataforma dentro del estudio GenOMICC para un fenotipo de COVID-19 en estado crítico y un fenotipo COVID-19 hospitalizado.
Los resultados de estos metanálisis solo de GenOMICC se presentan tanto para los fenotipos en estado crítico como para los hospitalizados.
Para poner estos resultados en el contexto del conocimiento existente, realizamos metanálisis integrales, aprovechando más resultados de GWAS, incluidos datos compartidos por el consorcio SCOURGE y datos publicados de la Iniciativa de Genética Humana COVID-19 (HGIv6, 2021).
Utilizamos un enfoque de sustracción matemática, como se hizo en nuestro trabajo anterior, para eliminar las señales de versiones anteriores de GenOMICC de HGIv6, lo que generó un conjunto de datos independiente.
Como no existen cohortes de replicación para estos metanálisis, utilizamos la heterogeneidad entre los estudios para evaluar la confiabilidad de los hallazgos individuales.
Debido al fenotipo inusualmente extremo en el estudio GenOMICC, se espera cierta heterogeneidad para las asociaciones más fuertes en comparación con estudios con criterios de inclusión más permisivos.
Es importante destacar que no se detectó una heterogeneidad significativa para ninguno de los hallazgos que informamos aquí . Al comparar las estimaciones del efecto entre los estudios mediante un enfoque de regresión que tiene en cuenta los errores de estimación , detectamos diferencias sistemáticas en los tamaños del efecto entre los estudios,
Por ejemplo, los efectos para el fenotipo de enfermedad crítica HGI (que fue diseñado para ser paralelo a los criterios de inclusión de GenOMICC) son menores que los obtenidos utilizando el reclutamiento prospectivo en GenOMICC por un factor de 0,68.
Como los tamaños del efecto en GenOMICC son consistentemente mayores que en otros estudios, y GenOMICC aporta una señal desproporcionadamente grande a los metanálisis de fenotipos críticos y hospitalizados, es probable que la heterogeneidad entre estudios refleje la determinación cuidadosa de los casos y fenotipo extremo en GenOMICC en comparación con otros estudios.
Encontramos 49 asociaciones genéticas comunes con COVID-19 crítico que cumplen con nuestros criterios de importancia en todo el genoma en ausencia de heterogeneidad . Los hallazgos de informes anteriores se replicaron de manera consistente.
El análisis condicional reveló dos variantes principales adicionales y el mapeo fino estadístico proporcionó conjuntos creíbles de variantes causales putativas para la mayoría de las variantes principales.
Los análisis a nivel de genes encontraron 196 genes significativamente asociados en un umbral corregido por Bonferroni . No hubo diferencias significativas en todo el genoma en los efectos entre sexos en un metanálisis estratificado por sexo utilizando un subconjunto de cohortes .
Implicaciones terapéuticas
Nuestro análisis se limita a variantes comunes que son detectables en matrices de genotipado y paneles de imputación. Aunque la mayoría de las variantes no son directamente causales, en algunos casos, destacan los mecanismos moleculares que alteran los resultados clínicos en COVID-19 y pueden tener una relevancia terapéutica directa.
Para investigar los mecanismos de la enfermedad, primero cuantificamos el efecto de la expresión génica inferida sobre la enfermedad crítica en tres tipos de células/tejidos relevantes. Muchos de los genes que hemos encontrado implicados en el COVID-19 crítico están altamente expresados en el sistema de monocitos-macrófagos, que tiene poca cobertura en los conjuntos de datos de loci de rasgos cuantitativos de expresión (eQTL) existentes.
Por ello, construimos un nuevo modelo TWAS en monocitos primarios obtenidos de 176 individuos. Encontramos asociaciones significativas después de la corrección de Bonferroni entre el COVID-19 crítico y la expresión génica predicha en metanálisis de pulmón , sangre , monocitos y todos los tejidos.
Extendimos estos hallazgos utilizando la aleatorización mendeliana de datos generalizados de nivel de resumen (GSMR) para la expresión de RNA .
Paralelamente, evaluamos el efecto de la variación determinada genéticamente en los niveles de proteína circulante en el fenotipo de enfermedad crítica utilizando GSMR5. Identificamos 15 proteínas únicas vinculadas a enfermedades críticas.
De los resultados significativos, encontramos evidencia causal que implica cinco nuevas proteínas en comparación con nuestro análisis GSMR anterior: QSOX2, CREB3L4, mieloperoxidasa (MPO), ADAMTS13 y lectina-2 de unión a manosa (MBL2).
Estos incluyen biomarcadores bien estudiados y posibles objetivos farmacológicos en la sepsis: el receptor de reconocimiento de patrones inmunitarios innatos MBL2 y la enzima efectora de neutrófilos MPO. ADAMTS13 modula la formación de trombos plaquetarios mediada por el factor de von Willebrand y puede desempeñar un papel en el estado de hipercoagulabilidad en la COVID-19 crítica .
También se encontró que tres genes que contienen cambios en la codificación de proteínas asociados con una enfermedad grave tienen efectos significativos en la expresión génica diferencial: SLC22A31 , SFTPD4 y TKY2 . Se requerirán más investigaciones biológicas y clínicas para diseccionar la evidencia genética en estos loci.
En el ejemplo de TYK2, ahora hay una prueba terapéutica de las predicciones genéticas. Nuestro informe anterior de asociación entre expresión más alta y enfermedad crítica condujo directamente a la inclusión de un nuevo fármaco, baricitinib, en un gran ensayo clínico; el resultado demostró un claro beneficio terapéutico.
Esta señal terapéutica es consistente en múltiples ensayos, lo que proporciona la primera prueba de concepto para la identificación de objetivos farmacológicos utilizando la genética en enfermedades críticas y enfermedades infecciosas.
Para evaluar el uso terapéutico inmediato de nuestros resultados para la reutilización de compuestos existentes, consideramos las terapias farmacológicas que está considerando el Panel Asesor Terapéutico COVID-19 del Reino Unido (UK-CTAP), un grupo de revisión independiente nacional respaldado por un panel de expertos de diligencia debida6. ç
Se identificó evidencia consistente de GWAS a nivel de genes y análisis posteriores a GWAS para varios compuestos autorizados Por ejemplo, encontramos una asociación en otro gene que codifica una proteína que es inhibida por baricitinib y otros inhibidores de JAK: la cinasa de señalización intracelular, JAK1, que es estimulada por numerosas citocinas, incluidos los interferones de tipo I y la IL-6.
El análisis de aleatorización mendeliana de la expresión del RNA reveló una asociación positiva significativa entre la expresión del gene que codifica una citoquina inflamatoria canónica, el factor de necrosis tumoral (TNF) y la enfermedad grave . Esto sugiere que la inhibición de la señalización de TNF puede ser una terapia eficaz en casos graves de COVID-19.
Nuestros datos de expresión adicionales en monocitos revelan un marcado efecto específico de tejido en la expresión de PDE4A. Esta fosfodiesterasa regula la producción de múltiples citocinas inflamatorias por parte de las células mieloides.
En contraste con las correlaciones negativas observadas en los pulmones y la sangre, mostramos que una tendencia genética a una mayor expresión de PDE4A en los monocitos está asociada con la COVID-19 crítica . La inhibición de la PDE4A por parte de varios fármacos existentes está bajo investigación en múltiples enfermedades inflamatorias, reduce la permeabilidad endotelial pulmonar y parece ser segura en pequeños ensayos clínicos en pacientes con COVID-19.
La función biológica postulada de los genes asociados con la COVID-19 crítica en los resultados de GWAS, TWAS y GSMR destaca la preponderancia de genes con expresión o funciones en el sistema de fagocitos (macrófagos y monocitos) mononucleares.
Esto incluye SLC2A5, que codifica el transportador de fructosa GLUT5, que es fuertemente inducible en macrófagos primarios en respuesta a la estimulación inflamatoria, y XCR1, un receptor de células dendríticas con un papel crítico en la inmunidad antiviral mediada por células T citotóxicas1. NPNT, codifica una proteína de la membrana basal pulmonar que puede tener un papel protector en la lesión pulmonar aguda.
Interacción huésped-patógeno
Nuestros resultados también demuestran la capacidad de la genética del huésped para revelar los mecanismos centrales de la enfermedad. Múltiples genes implicados en la entrada viral están asociados con enfermedad grave. Además de ACE2, detectamos una asociación significativa en todo el genoma en TMPRSS2, una proteasa huésped clave que facilita la entrada viral que hemos estudiado previamente como gene candidato.
RAB2A ocupa un lugar destacado en nuestro metanálisis anterior por el estudio de contenido de información de los genes del huésped implicados en la interacción del SARS-CoV-2 utilizando datos clínicos e in vitro, y es consistente con los datos de la pantalla CRISPR que muestran que se requiere RAB2A para la replicación viral.
Aunque nuestro enfoque en la enfermedad crítica mejora el poder de descubrimiento (datos extendidos, figura 4), tiene la desventaja de combinar señales genéticas para múltiples etapas en la progresión de la enfermedad, incluida la exposición viral, la infección y la replicación, y el desarrollo de enfermedad pulmonar inflamatoria.
A partir de estos datos por sí solos no podemos identificar en qué momento de la progresión de la enfermedad está mediado el efecto causal, aunque la evidencia clínica ayuda a hacer algunas predicciones.
Como la mayoría de los casos incluidos se reclutaron antes de que estuvieran disponibles las vacunas y los tratamientos , en la actualidad, nuestro estudio no tiene el poder estadístico suficiente para diseccionar los efectos genéticos de los tratamientos o la vacunación.
Estos efectos pueden incluir el enmascaramiento de asociaciones verdaderas o la detección de efectos genéticos mediados por la respuesta a la vacuna o al fármaco, en lugar de la susceptibilidad a la COVID-19. Sin embargo, la ausencia de efectos genéticos divergentes entre los estudios o cambios consistentes en la frecuencia del alelo de efecto entre los casos a lo largo del tiempo sugiere que el tratamiento y la vacunación no han afectado sustancialmente la asociación entre la variantes específicas que informamos y el riesgo de enfermedad crítica.
Como realizamos un metanálisis de múltiples estudios que pueden tener definiciones ligeramente diferentes del fenotipo, los tamaños del efecto difieren entre los estudios.
Esto, junto con los efectos específicos de la ascendencia1, puede explicar la heterogeneidad en las señales GWAS fuertes, como la señal LZTFL1 .
Diferentes estudios también tienen conjuntos de variantes que no se superponen por completo, por lo que los valores de P entre variantes en alto desequilibrio de ligamiento son más diferente de lo esperado. Aunque la mayoría de los estudios contienen individuos de ascendencia múltiple, una gran mayoría de los individuos son de ascendencia europea.
En futuras investigaciones, existe un imperativo científico y moral de incluir la diversidad total de las poblaciones humanas.
Juntos, estos resultados profundizan nuestra comprensión de la patogénesis del COVID-19 crítico y resaltan nuevos mecanismos biológicos de la enfermedad, varios de los cuales tienen un potencial inmediato para la orientación terapéutica.