Establishing the contribution of candidate polymorphisms to the development of End Stage Kidney Disease in Puerto Rico

Abstract

According to the latest statistics from the Department of Health of Puerto Rico from 2014, kidney disease is the ninth leading cause of death in the Island. Dialysis treatment for ESRD in Puerto Rico is reported ~4,000 patients annually, and approximately 24% of these patients die every year. The statistics available shows that Hispanics have 1.5 times higher risk of developing kidney disease compared to the non-Hispanic whites. Focal Segmental Glomerulosclerosis (FSGS) and Type 2 Diabetic Nephropathy (T2DN) are among primary causes of ESKD, accounting for 30 and 40% of disease occurrence respectively. In the recent decades, molecular genetic diagnostics, such as PCR and sequencing of genes to examine for disease-causing sequence changes and mutations, have been paving the way to personalized medicine, and the genetic basis of ESKD has been examined rigorously. In modern human populations, sensitivity to complex diseases is often determined by past demographic events, selection, and admixture. Puerto Ricans are the perfect model to understand this relationship as they acquired different characteristics from three ancestral origins: African, European, and Native American. Average ancestry values for the Puerto Rican population vary depending on the sample, and are estimated to be 15.2%, 21.2%, and 63.7% by Via et al. (2011) and 12.8, 24.8% and 62.4% by Gravel et al.(2013) for the Native American, African, and European contributions respectively. Despite the recent progress with next generation sequencing and genotyping technology and admixture analysis, the question of ESKD in Puerto Rico has not been addressed. Several candidate genes with T2DM, T2DM-associated ESRD (T2DM-ESRD) or FSGS associated polymorphisms have been published in the peer reviewed press, but seem to be specific to the population of origin. We made a selection of genes based on previous studies focused on Hispanics, as well as other populations with African, European and Native American ancestries with polymorphisms attributed to be associated with, T2DM, T2DM-ESRD and FSGS. Our main hypothesis is that polymorphisms in these genes are associated with ESKD in Puerto Ricans and that the admixture in the Island presents a chance to examine their relative contributions to this disease. We analyzed the association of single nucleotide polymorphisms (SNPs) that display association with T2DM-ESRD and non-diabetic FSGS as reported in the literature for Hispanic populations, as well as those with African or European ancestry, in a casereference study. We found evidence of genetic polymorphism in all of the SNPs markers associated with the ESKD among the Puerto Rican samples evaluated. There were no significant associations between the candidate loci used in this study and ESKD in our cases compared to the reference. Some of the associations show significant trends (ex. rs73885319 and rs60910145), which are marginally significant (p<0.1); but probably due to the small sample size of the patients, the power needed to document these associations was not sufficient. We used a genotyping panel of 128 ancestry informative markers (AIMs) to determine ancestry proportions in Puerto Rican cases and references. The ESKD samples show a tendency to be enriched in European and deficient in African ancestry. The comparison of the two reference samples separately and combined to the ESKD sample showed a significantly lower proportion of African ancestry in the latter (one-way ANOVA, d.f.=1, p<0.05). While we did not find any association between the candidate loci and the ESKD in patients, this does not indicate that the association does not exist.

Según las últimas estadísticas del Departamento de Salud de Puerto Rico, la enfermedad renal es la novena causa principal de muerte en la isla. El tratamiento de diálisis para la enfermedad renal terminal en Puerto Rico se reporta ser cerca de 4,000 pacientes al año, y aproximadamente el 24% de estos pacientes mueren cada año. Las estadísticas disponibles muestran que los hispanos tienen 1.5 veces más riesgo de desarrollar enfermedad en comparación con personas blancas no hispanas. La Glumerulosclerosis Focal Segmental (GFS) y la nefropatía diabética tipo 2 (NDT2) se encuentran entre las causas principales de la enfermedad terminal del riñón (ETR), representando el 30 y el 40% de la causa de la enfermedad, respectivamente. En las últimas décadas, gracias a los avances genético moleculares, tales como PCR y secuenciación de genes en busca de secuencias con polimorfismos que puedan causar enfermedades, fueron allanando el camino para la medicina personalizada, y la base genética de la ETR ha sido examinada rigurosamente. En las poblaciones humanas modernas, la sensibilidad a enfermedades complejas es a menudo determinada por eventos demográficos, de selección y mezcla pasados. Los puertorriqueños son el modelo ideal para entender esta relación, ya que adquieren características diferentes de tres orígenes ancestrales: Áfricanos, Europeos, y Nativos Americanos. Los valores promedio de ascendencia de la población puertorriqueña varían dependiendo de la muestra; se calcula que hay 15.2%, 21.2% y 63.7% según Via et al. (2011) y 12.8, 24.8% y 62.4% según Gravel et al. (2013) para las contribuciones de nativos americanos, africanos y europeos respectivamente. A pesar de los recientes avances en la secuenciación de próxima generación y la tecnología de genotipado y análisis de mestizaje, la causa genética de la ETR en Puerto Rico no se ha abordado. Varios genes candidatos con polimorfismos asociados a ETR, NDT2, y GFS han sido publicados en articulos cientificos, pero parecen ser específicos de la población de origen. Hemos hecho una selección de varios genes basandonos en estudios previos centrados en hispanos, así como con otras poblaciones africanas, europeas y de ascendencias nativo americano con polimorfismos atribuidos a ser asociados con, ETR, NDT2, y GFS. Nuestra hipótesis es que los polimorfismos en estos genes están asociados con la ETR en los puertorriqueños y que el mestizaje en la Isla presenta la oportunidad de examinar las contribuciones relativas a esta enfermedad. Se analizó la asociación de polimorfismos de nucleótido único (SNPs) que mostraron asociación con ETR, NDT2, y GFS como se informa en la literatura para las poblaciones hispanas, así como aquellos con ascendencia africana o europea, en un estudio de casos y de referencia. Hemos encontrado pruebas de polimorfismo genético en todos los marcadores SNPs asociados con la ETR entre las muestras evaluadas de Puerto Rico. No se encontraron asociaciones significativas entre los loci candidatos utilizados en este estudio y la ETR en nuestros casos en comparación con la referencia. Algunas de las asociaciones muestran tendencias que son marginalmente significativa (por ejemplo: rs73885319 y rs60910145, p <0.1); pero probablemente debido al tamaño pequeño de la muestra de los pacientes, la potencia necesaria para documentar estas asociaciones no era suficiente. Se utilizó un panel de genotipado de ascendencia 128 marcadores informativos (AIMS) para determinar las proporciones de ascendencia en los pacientes versus las referencias. Las muestras de pacientes muestran una tendencia a ser enriquecido en ascendencia europea y deficiente en ascendencia africana. La comparación de las dos muestras de referencia por separado y combinados a la muestra ETR mostraron una proporción significativamente menor de ascendencia africana en el último (ANOVA de una vía, D. F. = 1, p <0.05). Si bien no se encontró ninguna asociación entre los loci candidatos y la ETR en los pacientes puertorriqueños, esto no indica que la asociación no existe. Se debe llevar a cabo mas estudios con mas pacientes y mas polimorfismos para poder hacer una evaluación mas completa de la enfermedad en la isla.