Genome-wide association study of Kawasaki disease complicated with coronary artery aneurysm in Korean

Abstract

Objectives Kawasaki disease (KD) is an acute systemic vasculitis that predominantly affects children younger than 5 years of age, and may cause serious cardiac sequelae including coronary artery aneurysm (CAA). The cause of KD is largely unknown, but the existence of underlying genetic factors strongly suggested. Several genome-wide association studies (GWAS) have reported worldwide however, those results have not been consistent and showed heterogeneity according to ethnicity. The purpose of this study is to identify disease loci associated with KD and especially CAA in Korean and to propose the information for early diagnosis and treatment using GWAS. Methods GWAS analysis was performed on patients diagnosed as KD in Severance Hospital, excluding the patients with incomplete KD. Regarding the control group, the children without a history of KD older than 7 years of age were enrolled as the control group, because KD seldom develops in children after 7 years of age. The blood samples from 50 KD patients (including 25 cases with CAA) and 134 healthy children older than 7 years at the age were genotyped using the Affymetrix Genome-Wide Human SNP Array 5.0 (with a total of 598,375 SNPs). Based on gene review and statistical significance in GWAS, candidate genes were selected and replicated in another independent subject set of 300 controls and 118 KD patients using ABI Prism 3730xl sequencer (Applied Biosystems, Foster City, CA). Statistical analyses were performed using the PLINK (version 1.07) and SAS statistical package (SAS 9.1.3 SAS Institute Inc., Cary, NC). Results A total of 169 SNPs in 81 genetic loci were associated with KD at the statistical threshold of p < 1 × 10−4. Newly identified 5 genetic loci most significantly associated with KD in this study were CLIC5 (6p21.1), EBF2 (8p21.2), LRRC4C (11p12), GPAM (10q25.2), and UBL3 (13q12.3). Based on the review of gene function and statistical significance in GWAS, we selected the CLIC5 gene (6p21.1, GWAS p-value, 5.37×10-7) for replication which involves complex multi-conductance channel formation. Five TagSNPs (rs73738335, rs9472663, rs6909306, rs4236089, rs3831297) were selected and located to a linkage disequilibrium (LD) block based on the data from re-sequencing and the 1000 Genomes Asian reference panel. The validated SNPs were genotyped in an independent cohort of 118 KD cases and 300 controls. Of the 5 SNPs, one SNP (rs4236089) showed a significant association with KD susceptibility at p < 0.001, and C carrier was significantly associated with KD in logistic regression analysis (dominant model: OR, 4.601; 95% CI, 2.881-8.544; P = 7.53 × 10-7). The EBF5 gene was also sequenced and 5 TagSNPs were selected. However, there were no SNPs in strong LD with the SNPs of CLIC5 gene. In subgroup analysis, two genetic loci associated with CAA were newly revealed, FAM49B (8q24.21) and GATA4 (8p23.1). Conclusion In this study, we revealed a new genetic locus on CLIC5 gene associated with KD at genome-wide levels of significance. Considering of the CLIC5 gene’s role in diverse cellular and physiological functions including apoptosis and angiogenesis, further studies are needed to better understand its relationship with the pathogenesis of KD.

목적: 가와사끼병 (Kawasaki disease)은 급성 전신성 혈관염으로 5 세 미만의 어린이에게 주로 발생하며, 관상 동맥류를 포함한 심각한 심혈관계 합병증을 초래할 수 있다. 가와사끼병의 원인은 거의 알려지지 않았으나, 내재된 유전적 요인이 존재할 것으로 강력히 추정된다. 세계적으로 가와사끼병에 대한 GWAS연구가 보고되고 있으나 그 결과는 일관되지 않으며 인종에 따른 이질성을 보여주고 있다. 본 연구의 목적은 한국인에서 KD, 특히 CAA와 관련된 질병 유전좌위를 확인하고 GWAS를 이용한 조기 진단 및 치료를 위한 정보를 제공하고자 하는 것이다. 방법: GWAS 분석은 불완전 가와사끼병 환자를 제외하고 세브란스 병원에서 KD로 진단된 환자를 대상으로 수행하였다. 대조군은 7 세 이상 소아에서 KD가 거의 발생하지 않기 때문에 7 세 이상의 KD 병력이 없는 소아를 대조군으로 등록하였다. KD 환자 50 명 (CAA 환자 25 명 포함)과 7 세 이상의 건강한 어린이 134 명의 혈액 샘플을 Affymetrix Genome-Wide Human SNP Array 5.0 (총 598,375 개 SNP 포함)을 사용하여 유전자형을 분석하였다. 유전자 검토 및 GWAS의 통계적 유의성을 기반으로 후보 유전자를 선택하였고, 선택된 유전자는 300 명의 대조군과 118 명의 KD 환자로 구성된 독립된 대상군에서 ABI Prism 3730티 sequencer (Applied Biosystems, Foster City, CA)를 사용하여 복제되었다. 통계 분석은 PLINK (version 1.07) 및 SAS 통계 패키지 (SAS 9.1.3 SAS Institute Inc., Cary, NC)로 수행하였다. 결과: 81 개의 유전자좌에서 총 169 개의 SNP가 p <1 x 10-4의 통계적 임계값에서 KD와 연관성을 나타내었다. 본 연구에서 새로 발굴된 KD와 가장 유의한 연관성을 나타낸 5 개의 유전자 좌위는 CLIC5 (6p21.1), EBF2 (8p21.2), LRRC4C (11p12), GPAM (10q25.2) 및 UBL3 (13q12.3)이었다. 유전자의 기능 및 GWAS에서의 통계적 유의성을 검토하여 complex multiconductance channel 형성에 관여하는 CLIC5 gene (6p21.1, GWAS p-value, 5.37x10-7)을 선발하여 복제하기로 하였다. 재 시퀀싱 및 1000 Genomes Asian reference panel 데이터를 기반으로 5 개의 TagSNP (rs73738335, rs9472663, rs6909306, rs4236089, rs3831297)를 선택하여 linkage disequilibrium (LD) block에 배치하였다. 검증된 SNP는 118 명의 KD 환자와 300 명의 대조군으로 구성된 독립된 코호트에서 유전자형을 분석하였다. 5 개의 SNP 중 하나의 SNP (rs4236089)는 p <0.001에서 KD 감수성과 상당한 연관성을 보였으며, C carrier는 로지스틱 회귀 분석에서 KD와 유의한 연관성을 나타냈다 (dominant model: OR, 4.601; 95 % CI, 2.881-8.544; p = 7.53 × 10-7). EBF5 gene도 시퀀싱되었고 5 개의 TagSNP가 선택되었다. 그러나 CLIC5 gene의 SNP와 강한 LD를 나타내는 SNP가 없었다. 하위 그룹 분석에서 CAA와 관련된 두 개의 새로운 유전자좌, FAM49B (8q24.21) 및 GATA4 (8p23.1)가 발굴되었다. 결론: 본 연구는 게놈 차원의 유의성 수준에서 KD와 관련된 새로운 CLIC5 gene의 유전자 좌위를 밝혀냈다. apoptosis, angiogenesis 등 CLIC5 gene의 다양한 세포 및 생리적 역할을 고려할 때 KD의 병태생리와의 관련성을 이해하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다.