Talk from EMBL Conference October 25, 2017

Transcript

1. Lessons from combined transcriptomic and proteomic studies in genetically diverse

   mice. Steven Munger The Jackson Laboratory Bar Harbor, Maine USA @stevemunger Mungerlab.com

2. Outline   Introduction to the DO/CC   Overview of experimental

   design   “The variable effects of variables” - What are we missing when we only profile the transcriptome? o  Age, Diet, Sex   How genetic variation affects the proteome o  Liver, Kidney, Heart   Getting into the “weeds” – Identifying regulators in subthreshold QTL peaks. Gary Churchill Ron Korstanje @stevemunger

3. Outline   Introduction to the DO/CC   Overview of experimental

   design   “The variable effects of variables” - What are we missing when we only profile the transcriptome? o  Age, Diet, Sex o  How genetic variation affects the transcriptome and proteome Liver study: Chick, Munger et al. 2016 Getting into the “weeds” – Identifying regulators in subthreshold QTL peaks. Takeaway: Many subthreshold peaks are real. Gary Churchill Ron Korstanje @stevemunger

4. Diversity Outbred and Collaborative Cross mice Powerful resources for gene

   discovery and validation •  40M+ SNPS •  2M+ indels •  Balanced population structure •  Each individual unique •  400+ recombinations in each animal •  High heterozygosity @stevemunger

5. Experimental Design Tissues •  Liver •  Kidney •  Heart Experimental

   Variables •  Sex (Female, Male) •  Diet (Std or High Fat) •  Age (6, 12, 18 months) Munger et al. 2014 Chick, Munger et al. 2016

6. Experimental variables and their effects on the proteome What are

   we missing when we just measure the transcriptome? Post-transcriptional Transcriptional

7. Many of the effects of sex and diet on the

   proteome are mediated by RNA (transcriptional). LOD(Protein ~ Sex) LOD(Protein ~ Sex | mRNA) X-axis Y-axis Liver LOD(Protein ~ Diet) LOD(Protein ~ Diet | mRNA) Liver

8. Sex affects different proteins in different tissues, but still primarily

   via transcription. Kidney Liver Heart

9. The effects of age on the proteome are largely independent

   of the transcriptome. Kidney Age LOD(Protein ~ Age) LOD(Protein ~ Age| mRNA) Heart Age Kidney Sex

10. What we can see depends on what we can measure.

    How age affects the transcriptome… …compared to the proteome.

11. Genetic variation affects protein abundance. Liver Kidney

12. Transcriptional mechanisms underlie most local pQTL. Over half of local

    pQTL affect more than one tissue. 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

13. Post-transcriptional mechanisms underlie distant pQTL. Almost no overlap between tissues.

    Liver Kidney

14. Local eQTL Local eQTL Local eQTL Local eQTL Local eQTL

    Local eQTL Local eQTL Local eQTL F B C D E G E A Protein Complex Many local eQTLs, but a single distant pQTL

15. Many local eQTLs, but a single distant pQTL Local eQTL

    Local eQTL Local eQTL Local eQTL Local eQTL Local eQTL Local eQTL Local eQTL F B C D E G E A Protein Complex Liver-specific Enhancer mutation in NOD = Less translated protein = Limiting Protein Partner

16. Many local eQTLs, but a single distant pQTL F B

    C D E G E A Protein Complex Liver-specific Enhancer mutation in NOD = Less translated protein = Limiting Protein Partner sets the maximum level of stable complex pQTL

17. Non-overlap of distant pQTLs between tissues = local eQTL with

    tissue-specific effects. Local eQTL Local eQTL Local eQTL Local eQTL Local eQTL Local eQTL Local eQTL F B C D E G E A Protein Complex Kidney-specific Enhancer mutation in PWK = Less translated protein = Limiting Protein Partner

18. Non-overlap of distant pQTLs between tissues = local eQTL with

    tissue-specific effects. F B C D E G E A Protein Complex Kidney-specific Enhancer mutation in PWK = Less translated protein = Limiting Protein Partner pQTL

19. The most significant signatures of the aging proteome are conserved

    across tissues.

20. New Year’s resolution in 2018: Resolve to measure protein abundance.

      Don’t assume that changes to the transcriptome will confer to the proteome (and vice versa).   Many of the most significant changes to the transcriptome – from genetic variation or experimental variables – do not get conferred to the proteome. o  Many variants affect transcript abundance (eQTLs), but most are buffered at the protein level.   Many of the most significant changes to the proteome – from genetic variation or experimental variables – are not mediated by transcription. o  Stoichiometry of protein complex members underlies many pQTLs.

21. Acknowledgments Gary Churchill Ron Korstanje Karen Svenson Steven Gygi Joel

    Chick Petr Simecek Narayanan Raghupathy Kwangbom Choi Dan Gatti Lisa Somes Steve Ciciotte Elissa Chesler Joel Graber Al Simons JAX Gene Expression Service Sanger Mouse Genomes Project Funding: NIGMS Center for Genome Dynamics GM076468 NIH F32HD074299

22. Thank you

23. None

24. Conserved and tissue-specific effects from age on the proteome. Kidney

    Heart