Analyse de liaison dynamique entre gènes candidats et phénotypes associés à la pression artérielle au cours de tests physiologiques

Blood pressure (BP) is a complex trait resulting from several gene-environment interactions. It is
likely that loci (a fixed position on a chromosome) involved in BP variation under physiological
stimuli may also be involved in the development of blood pressure disorders and its
complications. First, we hypothesized that the degree of genetic linkage varies with physiological
responses. Second, we hypothesized that reduction techniques which reflect the common
variance or the correlation between blood pressure intermediate phenotypes may improve the
results of association tests. 258 individuals selected from a cohort of French Canadian families
were subjected to orthostatic maneuvers, and systolic (SBP), diastolic (DBP) and mean arterial
BP (MAP) and intermediate phenotypes (total peripheral resistance (TPR), heart rate (HR) and
stroke volume (SV) were measured every 5 and 2 minutes during supine (30min) and after
adopting the standing position (10 min) using cardiac impedance. Standing was associated with
drastic changes in all phenotypic means and an increased variance compared with the supine
period. BP was highly correlated with TPR and moderately correlated with SV and HR, whereas
TPR and SV were also highly correlated. 1000 candidate genetic markers related to cardiac and
vascular function were tested for genetic linkage at each measure in time. To test the first
hypothesis, and to find the genetic markers that give rise to the effect of physiological stimuli, we
used a step-down permutation test on the correlation between the experimental condition and
the linkage statistics and on the difference between the linkage statistics into the different
periods. We used a resampling based strategy to assess the significance of the linkage in each
period and to confirm the dynamic linkage in some interesting markers. To test the second
hypothesis we compared the average method, principal components (PC), and factor analysis
(FA) to generate univariate traits for FBAT association studies during physiological testing on
more than 300 markers selected from the linkage tests. The overall P-values obtained from
FBAT with each method were compared using a means difference test. For both the supine and
standing periods FA, PC and average method provided better overall FBAT p-values compared
with the traditional Bonferroni adjustment. Using a permutation procedure we confirmed that the
selected methods controls the type-I error and we compute an approximate signification
threshold for each method. These observations suggested that reduction techniques which
reflect the common variance or the correlation between blood pressure intermediate phenotypes
may improve the results of association tests. Linkage analysis during physiological testing
(dynamic linkage) reported significant markers and complete chromosomal regions lately
reported as related to cardiovascular processes. On unknown or newly discovered regions
dynamic linkage may uncover genetic factors that drive physiological responses

Résumé

La pression artérielle (PA) est un caractère complexe qui semble être lié à plusieurs interactions
gène/environnement. La mise en évidence de la liaison entre certaines régions chromosomiques
et les traits intervenant dans la variation de la PA sur des individus soumis à des stimuli
physiologiques devrait permettre d'élucider d'autres mécanismes responsables de certains
désordres vasculaires et leurs complications. Primo, nous postulons que le degré de liaison
génétique varie selon les tests physiologiques. Ensuite, nous postulons que la réduction de
dimensionnalité des phénotypes à l'aide de méthodes reflétant la variance et la corrélation entre
les traits permettra d'améliorer les signaux des tests d'association. 258 individus sélectionnés
d'une cohorte de familles du Saguenay-Lac-Saint-Jean au Québec ont été soumis à certaines
manoeuvres orthostatiques et des traits reliés à la pression artérielle ont été mesurés en utilisant
l'impédance cardiaque. Les pressions systolique (SBP) et diastolique (DBP), la pression
artérielle moyenne (MAP), la résistance vasculaire totale (TPR), le pouls (HR) et le volume
systolique (SV) ont été mesurés 6 fois chaque 5 minutes pendant que les individus adoptaient la
position couchée et 6 fois chaque 2 minutes pendant la position debout. 1000 marqueurs
génétiques ont été soumis à des tests de liaison génétique à chaque temps de mesure. Ces
marqueurs sont sur 361 gènes révélés dans des travaux antérieurs comme étant engagés dans
la fonction cardiaque et vasculaire. Pour tester la première hypothèse et pour repérer les
marqueurs génétiques qui présentent ce comportement, nous avons implanté un test de
permutation sur la corrélation entre la condition expérimentale et les signaux de liaison obtenus
pour les marqueurs et sur la différence des moyennes des signaux de liaison dans les deux
périodes. Ensuite, nous avons utilisé une méthode de rééchantillonnage pour ajuster la
signification des valeurs p des analyses de liaison par période ainsi que pour quantifier la liaison
dynamique par rapport aux phénotypes, les génotypes et les familles testées. Pour tester la
deuxième hypothèse, nous avons comparé les méthodes de la moyenne, l'analyse factorielle
(AF) et l'analyse des composantes principales (ACP) dans le but de produire des phénotypes
unidimensionnels qui ont été soumis aux tests d'association avec FBAT (Family based
association tests). Les valeurs p issues des tests d'association ont été comparées avec des
tests des différences des moyennes. Pour les deux périodes FA, PC et la méthode de la
moyenne ont fourni des meilleurs résultats que la méthode d'ajustement traditionnelle
(Bonferroni). Nous avons implanté une simulation nous permettant de confirmer que les
méthodes choisies contrôlent l'erreur de type I attendu. Cette simulation-ci nous a permis aussi
de relaxer les seuils de signification en calculant une valeur approximative du seuil de
signification selon les données observées. Les résultats observés par simulation nous ont
permis de confirmer que les techniques de réduction de dimensionnalité reflétant la corrélation
et la variance commune entre les phénotypes intermédiaires de la pression artérielle nous ont
permis d'améliorer les résultats des tests d'association. Les tests de liaison durant des tests
physiologiques (liaison dynamique) ont rapporté quelques marqueurs et régions
chromosomiques dernièrement répertoriés pour être associés à des processus
cardiovasculaires. Les marqueurs génétiques liés dynamiquement non répertoriés pourraient
être reliés aux facteurs génétiques qui seront à l'origine de réponses physiologiques.