计算研究发现静脉曲张的遗传联系和治疗靶点

时间：2023-03-13 19:58:43 来源：互联网标签：

作为多机构研究项目的一部分，能源部橡树岭国家实验室的科学家利用他们的计算系统生物学专业知识和迄今为止最大，最多样化的健康数据集来探索静脉曲张的遗传基础。

【资料图】

研究小组确定了人类基因组中的139个位置，这些位置与该疾病的危险因素有关，可以指导新疗法的开发。

他们进行了一项全基因组关联研究(GWAS)，该研究使用一个大群体的基因组来寻找与该群体特定特征相关的小遗传变异 - 在这种情况下，这种疾病通常会导致腿部和脚部静脉扭曲，扩大。

正如《自然心血管研究》所详述的那样，该项目检查了近50，000名患有静脉曲张的人和另外1万没有这种疾病的患者的数据。为了进行分析，科学家们使用了新颖的机器学习和网络生物学工具，以及橡树岭领导计算设施的超级计算资源，橡树岭领导计算设施是美国能源部科学办公室在ORNL的用户设施。

研究人员专注于寻找使人们面临静脉曲张风险的特征的遗传起源，例如静脉血压升高，可以削弱静脉壁并损坏瓣膜，炎症和免疫细胞激活和粘附，血管壁重塑，形成新的和分支静脉，以及无法从伤口愈合。该项目还发现静脉曲张和其他血管疾病之间存在一些遗传重叠。

ORNL科学家为该项目带来的系统级方法增强了对139个风险位点的生物学解释 - 或染色体上特定疾病风险因素基因所在的位置。该方法认识到，与疾病没有单一的遗传联系，而是许多可以触发疾病进展的基因。

“我们发现的是基因以网络方式参与，以便我们更好地了解疾病不同阶段正在发生的事情的生物学功能，”ORNL工作人员科学家Michael Garvin说。

ORNL该项目的首席研究员丹·雅各布森(Dan Jacobson)表示，“关于这种疾病的一点点了解分散在数十篇论文中。人们一次发现一个基因或一次发现一个部分机制。但这个项目使我们能够将所有这些结合在一起，并了解整个机制，这让你对治疗干预有不同的思考“，并支持个性化的医学方法。

“这些基因不会彼此孤立地运作，”ORNL工作人员科学家David Kainer说。“这种科学方法是我们多年来一直在建立计算能力的东西。这个项目是将这些工具付诸行动的一个很好的例子。

该研究是迄今为止最大的静脉曲张多祖先GWAS，主要是由于MVP的数据，它与其他生物库一起提供了跨越四个主要祖先人群的多样化遗传数据源 - 非洲，东亚，欧洲和西班牙裔。

“这是有史以来对这种疾病进行的最大遗传研究之一，提供了很高的统计能力，让我们对最终结果的稳健性充满信心，”ORNL博士后研究员Kyle Sullivan说。沙利文说，其中大部分是基于MVP代表世界上最多样化的基因组数据集。

雅各布森说，该项目展示了将VA资源与美国能源部国家实验室和其他机构的科学家联合起来的力量。

ORNL一直与VA合作，作为MVP计算健康分析的一部分，用于医疗精度改善现在的结果，或MVP-CHAMPION，大数据计划，创建一个大型的精准医疗平台来托管VA的庞大数据集，该数据集代表了超过23万退伍的健康记录。在一个这样的项目中，VA数据库和ORNL的Summit超级计算机改进了一个模型，可以识别有自杀风险的退伍。

雅各布森说，静脉研究的规模和稳健性“达到了我们需要促进实验研究和改善临床护理的整体，机械的理解”。“已知候选药物可以靶向研究中确定的一些基因，并且世界各地的实验室可能不乏后续工作。

该研究得到了MVP-CHAMPION的支持，以及美国国立卫生研究院和其他研究机构的资助。该项目的其他合作者包括宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院、阿贡国家实验室、UT-橡树岭创新研究所下的布雷德森跨学科研究和研究生教育中心;北卡罗来纳大学教堂山分校、斯坦福大学、西北大学范伯格医学院、华盛顿大学医学中心、费城儿童医院应用基因组学中心和范德堡大学医学院。

UT-Battelle为能源部科学办公室管理ORNL，该办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者。科学办公室正在努力解决我们这个时代一些最紧迫的挑战。