Elucidating the Genetic Architecture of Metabolic and Reproductive PCOS Subtypes in Diverse Populations

阐明不同人群代谢和生殖 PCOS 亚型的遗传结构

基本信息

项目摘要

PCOS (polycystic ovary syndrome) is a highly heritable, complex reproductive and metabolic disorder affecting up to 15% of reproductive-age women worldwide. The etiology of PCOS remains unknown so the diagnostic criteria, e.g. NIH and Rotter-dam, are based on expert opinion rather than on knowledge of disease mechanisms. Our recent meta-analysis of genomewide association studies (GWAS) of European (EA) ancestry cases found that the genetic architecture of PCOS defined by the different diagnostic criteria was generally similar. This finding suggests that these criteria do not identify biologically distinct disease subtypes. In contrast, using unsupervised hierarchical cluster analysis in EA PCOS, we identified two PCOS subtypes: a “reproductive” group characterized by higher luteinizing hor-mone (LH) and sex hormone binding globulin (SHBG) levels with relatively low BMI and insulin levels; and a “metabolic” group characterized by higher BMI as well as glucose and insulin levels with relatively low SHBG and LH levels. We replicated these subtypes in an additional EA PCOS cohort. We performed GWAS with the subtypes and found six novel loci at genomewide significance, five loci associated with the reproductive subtype and one locus associated with the metabolic subtype. Further, the effect sizes for these loci were substantially greater than those GWAS loci associated with PCOS diagnosis by the existing criteria. We have exciting pre-liminary data that these subtypes are present in PCOS cases of African American (AA), Hispanic (HA) and East Asian (Korean, KA) ancestry. Our overarching hypothesis is that there are phenotypic subtypes of PCOS with distinct genetic architecture. We will: (1) Test the hypothesis that there are subtypes of PCOS in additional EA cohorts of phenotypically diverse PCOS and assess the genetic architecture of these subtypes. We will perform unsupervised hierarchical cluster analysis of reproductive and metabolic quantitative traits in additional EA an-cestry PCOS case-control cohorts. We will formally assess differences in genetic architecture and conduct fine-mapping of GWAS data to select variants for Aim 3 functional studies. (2) Test the hypothesis that subtypes are present in PCOS of African, Hispanic and East Asian ancestry and assess the genetic architecture of these subtypes. Cluster analysis, GWAS with subtypes, assessment of genetic architecture and fine-mapping will be performed as in Aim 1 in AA, HA and KA PCOS case-control cohorts. Transethnic meta-analysis will be con-ducted to leverage differences in ancestry for gene discovery. (3) Test the hypothesis that high priority variants associated with PCOS subtypes are functional in tissues relevant to disease pathogenesis. We will identify the noncoding genetic variants from Aims 1 and 2 causing the genetic association signals with a high-throughput reporter assay we developed in human theca, granulosa and preadipocyte cell lines. The genes impacted will be investigated using CRISPR/Cas9-based assays. This research will have a sustained and lasting impact on the field by defining biologically relevant subtypes of PCOS and identifying causal variants in key pathways related to PCOS pathogenesis in diverse populations.
PCOS(多囊卵巢综合征)是一种高度遗传性、复杂的生殖和代谢疾病,影响着全世界高达 15% 的育龄女性。 PCOS 的病因仍不清楚,因此诊断标准(例如 NIH 和 Rotter-dam)均基于专家的标准。我们最近对欧洲 (EA) 血统病例的全基因组关联研究 (GWAS) 进行的荟萃分析发现,遗传结构 由不同诊断标准定义的 PCOS 的总体相似性这一发现表明这些标准。 相反,使用无监督的层次聚类分析无法识别生物学上不同的疾病亚型。 在 EA PCOS 中,我们确定了两种 PCOS 亚型:“生殖”组,其特征是黄体生成素 (LH) 和性激素结合球蛋白 (SHBG) 水平较高,BMI 和胰岛素水平相对较低; “代谢”组的特点是较高的 BMI 以及较高的葡萄糖和胰岛素水平,而性激素结合球蛋白 (SHBG) 相对较低 我们在另一个 EA PCOS 队列中复制了这些亚型。 亚型,发现了六个具有全基因组意义的新基因座,五个与生殖亚型相关的基因座 和一个与代谢亚型相关的基因座此外,这些基因座的效应大小相当大。 大于根据现有标准与 PCOS 诊断相关的 GWAS 位点,我们有令人兴奋的初步数据表明这些亚型存在于非裔美国人 (AA)、西班牙裔 (HA) 和东方人的 PCOS 病例中。 我们的总体假设是,PCOS 存在多种表型亚型。 我们将: (1) 检验额外 EA 中存在 PCOS 亚型的假设。 我们将进行表型多样化的 PCOS 队列并评估这些亚型的遗传结构。 对其他 EA 祖先 PCOS 病例对照队列中的生殖和代谢特征进行无监督的层次聚类分析,我们将正式评估遗传结构的定量差异,并对 GWAS 数据进行精细绘图,以选择 Aim 3 功能研究的变异体。检验亚型的假设 存在于非洲、西班牙和东亚血统的多囊卵巢综合症中,并评估这些人的遗传结构 亚型聚类分析、亚型 GWAS、遗传结构评估和精细绘图。 将按照目标 1 在 AA、HA 和 KA PCOS 病例对照队列中进行跨种族荟萃分析,以利用血统差异进行基因发现 (3) 检验高优先级变异的假设。 与 PCOS 亚型相关的基因在与疾病发病机制相关的组织中具有功能。 来自目标 1 和 2 的非编码遗传变异导致高通量的遗传关联信号 我们在人类卵泡膜、颗粒细胞和前脂肪细胞系中开发的报告基因检测将受到影响。 使用基于 CRISPR/Cas9 的检测方法进行研究,这项研究将对人类产生持续和持久的影响。 通过定义 PCOS 的生物学相关亚型并识别关键途径中的因果变异来推动该领域的发展 与不同人群中 PCOS 的发病机制有关。

项目成果

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Diagnosis of Polycystic Ovary Syndrome: Which Criteria to Use and When?
多囊卵巢综合症的诊断:使用哪些标准以及何时使用?
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Chang, Sydney;Dunaif, Andrea
  • 通讯作者:
    Dunaif, Andrea
Loci on chromosome 12q13.2 encompassing ERBB3, PA2G4 and RAB5B are associated with polycystic ovary syndrome.
染色体 12q13.2 上包含 ERBB3、PA2G4 和 RAB5B 的基因座与多囊卵巢综合征相关。
  • DOI:
    10.1016/j.gene.2022.147062
  • 发表时间:
    2022-11-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    R. Alan Harris;Kellie J Archer;M. Goodarzi;T. York;J. Rogers;Andrea Dunaif;Jan M McAllister;Jerome F. Strauss
  • 通讯作者:
    Jerome F. Strauss
Deconstructing a Syndrome: Genomic Insights Into PCOS Causal Mechanisms and Classification.
解构综合症:多囊卵巢综合症因果机制和分类的基因组见解。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-11-25
  • 期刊:
  • 影响因子:
    20.3
  • 作者:
    Dapas, Matthew;Dunaif, Andrea
  • 通讯作者:
    Dunaif, Andrea
Functional analysis of rare anti-Müllerian hormone protein-altering variants identified in women with PCOS.
在患有 PCOS 的女性中发现的罕见抗苗勒氏管激素蛋白改变变异的功能分析。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-04-29
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Meng, L;McLuskey, A;Dunaif, A;Visser, J A
  • 通讯作者:
    Visser, J A
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