The impact of nationwide folic acid fortification on genetic variants associated with conotruncal heart defects

Sintesi Tecnica: L'impatto della fortificazione nazionale con acido folico sulle varianti genetiche associate ai difetti del conotrunchio

Definizione del problema
Le cardiopatie congenite (CHD) sono la principale causa di morbilità e mortalità associate ai difetti alla nascita, sebbene l'eziologia per la maggior parte dei casi rimanga incerta, coinvolgendo probabilmente complesse interazioni tra il rischio poligenico e i fattori ambientali. Sebbene la fortificazione periconcezionale con acido folico sia consolidata nel ridurre il rischio di difetti del tubo neurale e di difetti del conotrunchio (CTHD), i meccanismi specifici rimangono parzialmente compresi. Precedenti studi di epidemiologia genetica che hanno investigato le varianti geniche legate al folato nei CTHD hanno prodotto risultati inconcludenti, spesso a causa delle difficoltà nel tenere conto della carenza di folati materni e delle piccole dimensioni dei campioni. Fondamentalmente, nessun studio aveva confrontato direttamente la distribuzione delle varianti genetiche tra i bambini con CTHD nati prima e dopo il mandato del 1998 degli Stati Uniti per la fortificazione di cereali e granoturco con acido folico. Questo studio affronta la lacuna nella comprensione di come un intervento nutrizionale a livello di popolazione (fortificazione con acido folico) possa aver alterato la penetranza o l'espressività delle varianti di rischio genetico per i CTHD.

Metodologia
Lo studio ha utilizzato dati di sequenziamento genomico dal Pediatric Cardiac Genomics Consortium (PCGC), accessibili tramite il repository dbGaP.

• Definizione della coorte: L'analisi ha incluso 1.285 individui di ascendenza inferita europea. La coorte è stata stratificata in tre gruppi:
  1. Gruppo analitico completo (tutti i partecipanti, n=1.285).
  2. Sottogruppo CTHD (n=534), che include tetralogia di Fallot, tronco arterioso, trasposizione delle grandi arterie, doppia uscita del ventricolo destro e arco aortico interrotto di tipo B.
  3. Sottogruppo non-CTHD (n=751), che include difetti settali, lesioni da ostruzione del lato sinistolo e difetti del ventricolo singolo.
• Classificazione dell'esposizione: I partecipanti sono stati categorizzati in base all'anno di nascita rispetto alla politica di fortificazione con acido folico. Coloro che sono nati nel 1997 o prima sono stati classificati come "pre-fortificazione", mentre coloro che sono nati nel 2000 o successivamente come "post-fortificazione". Gli anni di nascita 1998 e 1999 sono stati esclusi per tenere conto del periodo di transizione della politica.
• Elaborazione dei dati: I dati di sequenziamento sono stati allineati a GRCh38/hg38 e processati congiuntamente per minimizzare gli effetti batch. I filtri di controllo qualità (QC) includevano qualità del genotipo >20, profondità di lettura dell'allele >10, frequenza dell'allele minore >0,01 e Hardy-Weinberg equilibrium p > 1x10⁻⁶.
• Analisi statistica: Sono state eseguite associazioni genomiche complete (GWAS) utilizzando la regressione ibrida logistica-Firth sotto un modello genetico additivo (PLINK v2.0). I primi dieci componenti principali sono stati inclusi come covariate per controllare la stratificazione della popolazione. La significatività suggestiva è stata definita come p < 1 x 10⁻⁵.
• Arricchimento funzionale: L'analisi dell'arricchimento dei set genici è stata condotta tramite DAVID (v6.8) sui primi 100 geni classificati di ciascun modello. La significatività è stata valutata mediante test esatti di Fisher modificati con aggiustamento per il tasso di falsa scoperta (FDR) di Benjamini-Hochberg.

Risultati chiave

• Risultati GWAS:
  • Gruppo completo (Modello 1): 94 varianti erano nominalmente arricchite (p < 10⁻⁵). La maggior parte delle varianti era arricchita nell'era pre-fortificazione (OR < 1), suggerendo uno spostamento a livello di popolazione in cui determinate varianti genetiche sono diventate meno frequenti nei casi di CHD dopo la fortificazione.
  • Sottogruppo CTHD (Modello 2): Sono state identificate 26 varianti. In particolare, due varianti nel gene DHRS3 (rs7551703, OR 2.10; rs6541043, o OR 2.21) e quattro varianti nel locus PPARGC1β (specificamente all'interno del miRNA intronico MIR378A) erano nominalmente arricchite nel gruppo post-fortificazione (OR 4.47–4.51).
  • Sottogruppo non-CTHD (Modello 3): Sono state identificate 59 varianti. Le varianti in MIR548A1HG e NKX1-1 erano arricchite nel gruppo pre-fortificazione, similmente al Modello 1, suggerendo che queste possano rappresentare fattori di rischio condivisi per fenotipi cardiaci più ampi piuttosto che rischi specifici per i CTHD.
  • Geni della via del folato: Nessuna variante classicamente associata al trasporto del folato o al metabolismo dell'one-carbon è stata rilevata in nessuno dei modelli (es. MTHFR, MTRR, MTR).
• Arricchimento funzionale:
  • Nel gruppo CTHD, i percorsi biologici arricchiti includevano la segnalazione della proteina Rho, la dinamica del citoscheletro, le giunzioni cellula-cellula e la regolazione trascrizionale, coerentemente con i processi di sviluppo cardiaco.
  • Nel gruppo non-CTHD, i termini arricchiti includevano il legame della cromatina e la fosforilazione ossidativa.
  • Gli autori osservano che questi risultati di arricchimento sono generativi di ipotesi poiché i valori p non sono stati corretti per i test multipli.

Significatività e affermazioni
L'articolo sostiene di essere il primo a confrontare direttamente le varianti genetiche nei casi di CTHD nati prima e dopo il mandato di fortificazione con acido folico del 1998 negli Stati Uniti. Lo studio postula che la fortificazione con acido folico agisca come un "esperimento naturale" che può aver modificato il panorama genomico dei loci responsivi al folato.

• Interazione gene-nutriente: L'identificazione delle varianti DHRS3 e PPARGC1β arricchite specificamente nel gruppo CTHD post-fortificazione suggerisce una potenziale interazione gene-nutriente. DHRS3 è coinvolto nell'omeostasi dei retinoidi, e gli autori osservano che la carenza di folato e lo squilibrio dell'acido retinoico sono entrambi collegati ai CTHD, suggerendo che il folato possa modulare le vie dei retinoidi. PPARGC1β è legato alla maturazione metabolica cardiaca; la sua associazione nell'era post-fortificazione potrebbe riflettere un bias di sopravvivenza dovuto ai miglioramenti dei risultati clinici nel tempo o a specifiche interazioni con l'ambiente nutrizionale alterato.
• Spostamento della popolazione: Il reperimento del fatto che molte varianti fossero meno frequenti nel gruppo post-fortificazione attraverso l'intera coorte suggerisce che la fortificazione possa aver alterato la penetranza dei fattori di rischio genetico a livello di popolazione.
• Interpretazione modesta: Gli autori dichiarano esplicitamente che i risultati sono "generativi di ipotesi" piuttosto che confermativi, a causa dell'uso di soglie di significatività suggestiva (p < 10⁻⁵) e della mancanza di dati individuali sul folato materno. Riconoscono che gli spostamenti osservati potrebbero essere influenzati da tendenze secolari, come il miglioramento dei tassi di sopravvivenza per lesioni complesse o i cambiamenti nelle caratteristiche materne (es. obesità, fumo) durante il periodo di studio.

In conclusione, lo studio fornisce prove che la fortificazione con acido folico potrebbe aver influenzato la distribuzione delle varianti di rischio genetico per i CTHD, evidenziando un'interazione complessa tra lo stato del folato materno, i livelli di retinoidi embrionali e le vie di sviluppo cardiaco.