TAGC Meeting 2016

This presentation describes published pQTL data from the liver and compares it to *new* pQTL data from the kidney. Note: Conclusions about the tissue comparison are preliminary.

1. The effects of natural genetic variation on transcript and protein abundance. Steve Munger The Jackson Laboratory Free your slides! https://speakerdeck.com/stevemunger Twitter: @stevemunger
2. How does genetic variation impact transcript and protein abundance? DNA RNA Protein DNA RNA Protein Transcrip)on Transla)on DNA RNA Protein Francis Crick 1956
3. Diversity Outbred (DO) mice: A designed discovery population. -  45M+ SNPS -  2M+ indels -  Balanced popula)on structure -  Each individual unique -  400+ recombina)ons in each animal - High heterozygosity
4. 192 DO Mice Transcripts Short Reads RNA-Seq eQTL pQTL eQTL Mapping pQTL Mapping Proteins Peptides MS/MS Compare ? Munger et al. 2014 Chick*, Munger* et al. Nature, 2016 How does genetic variation influence transcript and protein abundance in the liver and kidney? Compare kidney to liver
5. Genetic variation affects protein abundance. Liver Kidney
6. Liver Protein Location pQTL Location 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1819 X 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 X • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Transcriptional mechanisms underlie most local pQTL. Half of local pQTL affect both liver and kidney. QTL RNA Protein cis cis Kidney
7. Example: DHTKD1– Cis pQTL liver, Cis pQTL kidney Liver Kidney
8. Genetic variant(s) with conserved effects in liver & kidney. Founder strain coefficients at peak QTL SNP r = 0.99
9. Example: LDHA – Cis pQTL liver, Cis pQTL kidney Kidney Liver
10. Local variant(s) cause opposite tissue effects on LDHA expression. r = -0.88
11. Example: MESDC2 – Cis pQTL liver, No pQTL kidney Liver Kidney
12. No cis pQTL in kidney, but … Kidney founder coefficients match what we see in the liver. Effects are subtle, but there. r = 0.93
13. Distant pQTL are abundant. Liver Kidney
14. Post-transcriptional mechanisms underlie nearly all distant pQTL. Protein Location pQTL Location 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1819 X 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 X • • • • • • • • • • • • Liver Kidney cis RNA Protein QTL trans
15. Post-transcriptional mechanisms underlie distant pQTL. Almost no overlap between liver and kidney. RNA Protein QTL trans Liver Kidney
16. Searching for protein and transcript mediators of distant pQTL –> Mediation Analysis RNA Protein QTL trans cis RNA Protein Target Causal Intermediates RNA Protein trans QTL cis Target Target Protein ~ pQTLdistant Target Protein ~ pQTLdistant + MediatorProtein x 8000 proteins Target Protein ~ pQTLdistant + MediatorRNA x 21000 Transcripts X
17. Mediation analysis reveals causal intermediates. pQTLD Tmem68 TMEM68 trans 13 Target 3 cis
18. Tmem68 TMEM68 trans 13 cis Target 3 cis cis Nnt NNT Mediation analysis reveals causal intermediates.
19. “Pulling the (genetic) weeds” to identify mediators of subthreshold pQTL. PRODH2 “Weeds” Step 1: Condi)on out the giant cis effect.
20. Mediation analysis to identify subtle genetic interactions Step 2: Mediate all subthreshold peaks LOD > 5. Aka “Pull the weeds”. Step 3: Repeat process for all 8k proteins. Step 4: Find proteins that share same subthreshold peak and mediator
21. Lpgat1 Dync1h1 Actr1a Nup210 Arl6ip5 Dync1li2 Prodh2 Wbscr16 Etfa Ywhah Rock2 Ctsf Mcm2 Myo9b Ehd4 Mcm5 Frmd8 Mrps18c Maoa Ttll12 Actr1b Apba3 Lrrc59 Cdc34 Uaca Ptcd2 Dctn1 Tmem63a Nfkb2 Plcb3 Ap3b1 Rnf135 Ccdc6 Trap1 Yars2 Ggct Mtpap Dctn3 Diap1 Etnppl Cps1 Usp40 Aass Etfb Dctn2 Rbm25 Ptk2b Mme Mkl2 Ube2l3 Actr10 Ccdc91 Ebna1bp2 Cecr5 Tgfbrap1 Dync1i2 Lyrm4 Dctn4 Klc4 Sin3a Psmg1 Cpsf7 Clpp Slco2a1 Mapkapk2 Dync1li1 Smu1 Naga Scpep1 Step 5: Look for enriched annota)ons among list. Dynein complex, mitochondria, amine catabolism.
22. Natural gene)c perturba)ons + Media)on analysis = Predic)ve Protein Network Cytoscape Visualiza)on
23. Conclusions •  Transcriptional mechanisms are responsible for most local pQTL, but… –  Most local variants that affect transcript levels do not affect protein levels. •  Post-transcriptional mechanisms underlie all but a few of distant pQTL. –  Very few distant pQTL shared by liver and kidney. •  Mediation analysis can identify protein intermediates that confer significant or subtle effects on protein abundance. •  Tissue-specific local e/pQTL drive tissue-specific distant pQTL.
24. Acknowledgments
26. Slides can be downloaded at https://speakerdeck.com/stevemunger Lab website: mungerlab.com Twitter: @stevemunger