Functional studies of ERAP2 associated with risk of autoimmune diseases
Master thesis
![Thumbnail](/nmbu-xmlui/bitstream/handle/11250/2561943/RydlandA_Thesis_2018.pdf.jpg?sequence=5&isAllowed=y)
View/ Open
Date
2018Metadata
Show full item recordCollections
- Master's theses (KBM) [927]
Abstract
Autoimmune diseases are prevalent in the global population affecting approximately 5-10% worldwide, with increasing incidence. The complexity of these diseases has made diagnostic assessment problematic, as they vary in their predisposing factors, environmental triggers and epigenetic influence. Consequently, many research projects have aimed to identify specific factors implemented in development and progression of autoimmune diseases. Genome wide association studies have identified a genetic association between the endoplasmic reticulum aminopeptidase gene, ERAP2, and several autoimmune diseases. However, the functional implications of the risk variants are not fully established. In addition, researchers have demonstrated correlation between high ERAP2 expression and increased levels of MHC class I molecules on B-lymphocytes, and several studies have suggested an association between high MHC class I presentation and increased risk of autoimmune diseases. A genetic study detected two main haplotypes of ERAP2 associated with differing expression levels of the gene. Already established as an ERAP2 eQTL the researchers identified rs2248374 as an ERAP2 splice SNP, with the G-allele causing an alternative splicing event of exon 10 resulting in an extended transcript, subsequently degraded through nonsense-mediated decay. Hence, rs2248374 is often regarded as the SNP causal to ERAP2 expression. However, several genetic studies have identified other ERAP2 eQTLs showing stronger correlation with ERAP2 expression, including the novel eQTL SNP rs27302. Overall these findings have put an emphasis on acquiring knowledge concerning the regulation of ERAP2 expression.
The aim of this thesis was to gain a better understanding of expression of ERAP2 on both RNA and protein level, and investigate the influence of SNPs on gene expression levels. The main focus was the correlation between genotypes of the two ERAP2 eQTLs, rs2248374 and rs27302, and ERAP2 expression.
Microarray analysis based on thymic tissue data identified the presence of regulatory factors in ERAP2 expression, with further eQTL analysis indicating a distinct pattern between gene expression and genotypes of rs27302. Western blot of selected thymic tissue samples supported this discovery. However, western blot of LCL samples representing additional populations to the thymic material obtained contradictory results, indicating that rs2248374 was the causal SNP. Furthermore, screening of the ERAP2 exon 10 splice junction in all samples found the expression of alternatively spliced ERAP2-208 transcripts to coincide with rs2248374 genotypes. Consequently, none of the SNPs were established as the sole causal SNP regarding ERAP2 expression. High LD was identified in the genomic region of ERAP2 and between nine selected SNPs in the ERAP2 region, with LD patterns varying between populations. The variation implied that a causal SNP(s) may be concealed due to strong LD between the SNP(s) and rs27302 in the thymic samples, and the SNP(s) and rs2248374 in several of the populations represented in the LCLs, meaning that the causal SNP(s) was causing an indirect signal in the rs2248374 and rs27302.
Future studies may provide a better understanding of factors regulating ERAP2 expression, i.e. by sequencing the genomic region of the gene in the HapMap populations, possibly identifying new potential regulatory SNPs. Autoimmune sykdommer er svært utbredt i den globale populasjonen (ca. 5-10%), og forekomsten blir stadig hyppigere. Sykdommene påvirkes av genetiske risikofaktorer, miljøfaktorer og epigenetisk innflytelse, dette har gjort det vanskelig å diagnostisere pasienter. Denne problematikken har ført til at mange forskningsprosjekter har hatt som mål å identifisere spesifikke faktorer involvert i utviklingen av sykdom og sykdomsforløpet. Helgenom assosiasjonsstudier har identifisert en genetisk assosiasjon mellom endoplasmatisk retikulum aminopeptidase genet, ERAP2, og flere autoimmune sykdommer, men de funksjonelle implikasjonene av risiko variantene er ikke forstått fullt ut. Videre har forskere funnet en korrelasjon mellom høy ekspresjon av ERAP2 og økte nivåer av MHC klasse I molekyler på B-lymfocytter, og også en assosiasjon mellom høy MHC klasse I presentasjon og økt risiko for autoimmune sykdommer. En genetisk studie fant at det i hovedsak er to haplotyper av ERAP2 som uttrykkes, og at disse er assosiert med ulike ekspresjonsnivåer av genet. De identifiserte rs2238374 som en ERAP2 eQTL og spleise SNP, der G-allelet førte til alternativ spleising i ekson 10, som resulterte i et forlenget transkript som ble degradert via nonsense-mediated decay. På grunn av disse funnene blir rs2248374 ofte referert til som den kausale ERAP2 eQTLen. Likevel har andre genetiske studier oppdaget flere ERAP2 eQTLer som viser sterkere korrelasjon med ERAP2 ekspresjon, inkludert rs27302. Disse funnene har vist viktigheten av videre opparbeidelse av kunnskap om ERAP2 regulering.
Målet med denne oppgaven var å få en bedre forståelse av ERAP2 ekspresjon på både RNA og protein nivå, og undersøke innflytelsen av SNPer på genekspresjonsnivåene. Hovedfokuset var på korrelasjonen mellom de to ERAP2 eQTLene, rs2248374 og rs27302, og ERAP2 ekspresjon.