Assoziation von Genvarianten mit Bezug zur Hautpigmentierung und Vitamin D Status

Abstract

Hintergrund: In der kaukasischen Bevölkerung besteht häufig ein Vitamin D Mangel. Dieser ist bei vielen Erkrankungen, wie zum Beispiel diversen Krebserkrankungen, Autoimmunkrankheiten, Infektionen und kardiovaskulären Krankheiten mit erhöhten Inzidenzen sowie einem ungünstigeren klinischen Verlauf assoziiert. Vorherige Arbeiten haben bereits einige der Faktoren, welche den Vitamin D Status beeinflussen, identifiziert, jedoch liegen bisher sehr wenige Untersuchungen zur Relevanz von genetischen Variationen für die 25(OH)D Serumkonzentration vor. Diese Arbeit analysiert die Hypothese, dass Varianten von Genen (SNPs), welche mit der Hautpigmentierung im Zusammenhang stehen, den 25(OH)D Serumspiegel einer Person beeinflussen. Patienten und Methoden: In einer Kohorte der LURIC Studie (n=2974) wurde die mögliche Assoziation von 25(OH)D Serumkonzentration (Median der Kohorte: 15,5 ng/ml) und SNPs (n=244) in der Nähe von bzw. in Genen, welche die Hautpigmentierung beeinflussen (n=15) untersucht. Dies erfolgte mithilfe des Statistikprogrammes SPSS (SPSS 20, IBM Co., Armonk, US). Es wurden Gene analysiert, die an der Biogenese des Melanins beteiligt sind (ATP7A, DTNBP1, BLOC1S5, PLDN, PMEL), die mit dem Transport und Transfer im Melanozyten assoziiert sind (RAB27A, MYO5A, MLPH), welche als Regulatoren im Melanozyten fungieren (MC1R, MITF, PAX3, SOX10) oder die über andere Mechanismen mit der Hautpigmentierung im Zusammenhang stehen (DKK1, RACK1, CNR1). Ergebnisse: Ein Kolmogorov-Smirnov-Test zeigte, dass der 25(OH)D Spiegel in der untersuchten Kohorte nicht normalverteilt ist. Aufgrund dessen wurden die weiteren statistischen Untersuchungen mit den Medianen der 25(OH)D Konzentration durchgeführt. Von den 244 getesteten erreichten 11 SNPs aus den Genen PAX3 (n=1), MLPH (n=4), BLOC1S5 (n=1), CNR1 (n=1), PMEL (n=1), ATP7A (n=3) das Signifikanzniveau (p < 0,05) und waren mit einer höheren oder niedrigeren 25(OH)D Serumkonzentration assoziiert. 3 SNPs waren nach der Korrektur für multiples Testen (nach Benjamini-Hochberg) weiterhin signifikant. Diese 3 SNPs erreichten auch das geforderte Signifikanzniveau einer Abweichung der PTH Konzentration und blieben auch nach der Korrektur für multiples Testen weiterhin signifikant. 2 SNPs aus dem Gen ATP7A zeigten zusätzlich eine Assoziation mit der Deutsche Zusammenfassung 5 1,25(OH)2D Serumkonzentration. Weiterhin wurde analysiert welcher Anteil der Varianz der 25(OH)D Konzentration von den „signifikanten“ SNPs erklärt wird. Der Determinationskoeffizient (R²) für die 11 signifikanten SNPs betrug 1,6 %. Außerdem wurden die Auswirkungen der SNPs auf die Lebenserwartung innerhalb dieser Kohorte (Patienten mit KHK) untersucht. In der Cox-Regression zeigte sich eine Assoziation des SNP rs2292881 (MLPH) mit dem Überleben. Die Kaplan-Meier Analyse ergab kein signifikantes Ergebnis. Schlussfolgerungen: Varianten von Genen, welche die Hautpigmentierung beeinflussen, haben einen Einfluss auf die 25(OH)D Konzentration des Menschen. Insgesamt zeigten sich in 6 der 15 getesteten Genen (PAX3, MLPH, BLOC1S5, CNR1, PMEL, ATP7A) Varianten, welche einen signifikanten Einfluss auf den Vitamin D Status haben.

Association of variants of genes involved in skin pigmentation and vitamin D status. Background: In Caucasians, vitamin D deficiency is common and associated with higher risk for and unfavourable outcome of many diseases, including various types of cancer, infectious, cardio-vascular, and autoimmune diseases. Individual factors that predispose for a person`s vitamin D status, including skin type, have been identified, but limited data exist on genetic determinants of serum 25(OH)D concentration. Patients and Methods: In a cohort of the LURIC study, we tested the hypothesis that variants (SNPs, n=244) of several genes involved in skin pigmentation (n=15) ATP7A, DTNBP1, BLOC1S5, PLDN, PMEL (involved in melanosomal biogenesis); RAB27A, MYO5A, MLPH (encoding transfer proteins relevant for melanosomal transport within melanocytes); MC1R, MITF, PAX3, SOX10, DKK1, RACK1, CNR1 (involved in melanocyte signaling pathways) are predictive of serum 25(OH)D levels. We included 2974 patients (29.83% females, 70.17% males) with a mean 25(OH)D concentration of 17.3 ng/ml (median 15.5 ng/ml). Results: 11 SNPs located in 6 genes were associated (p < 0.05) with lower or higher serum 25(OH)D levels (medians from highest to lowest): rs6454677 (CNR1), 22.5 ng/ml, p= .046; rs2069408 (PMEL), 17.05 ng/ml, p= .015; rs2292881 (MLPH), 16.8 ng/ml, p= .041; rs7569427 (MLPH), 15.3 ng/ml, p= .026; rs9328451 (BLOC1S5), 14.6 ng/ml, p= .028; rs10932949 (PAX3), 13.9 ng/ml, p= .004; rs7565264 (MLPH), 13.1 ng/ml, p= .000992; rs17139617 (ATP7A), 12.85 ng/ml, p= .000096; rs2227291 (ATP7A), 12.8 ng/ml, p= .000047; rs10521358 (ATP7A), 12.8 ng/ml, p= .000025; rs12469812 (MLPH), 12.5 ng/ml, p= .030. 3 out of these 11 SNPs reached the aimed significance level after correction for multiple comparisons (FDR). In the linear regression model adjusted for sex, body mass index (BMI), year of birth and month of blood sample 3 SNPs showed a significant association with 25(OH)D: rs7565264 (MLPH), rs10932949 (PAX3), rs9328451 (BLOC1S5). The combined impact on the variation of 25(OH)D serum levels (coefficient of determination (R²)) for the 11 SNPs was 1.6% and for the 3 SNPs after FDR 0.3%. In Cox Regression we identified rs2292881 (MLPH) for having a significant association (advantage) with overall survival. Kaplan-Meier analysis did not show a significant impact of individual SNPs on overall survival. Conclusion: These results have a fundamental importance to understand the role of sunlight, skin pigmentation and vitamin D for the human evolution.