Next-generation sequencing of centenarians to identify genetic variants predisposing to human longevity

Badarinarayan, Nandini

The genetic contribution to adult human lifespan is ~25-30% and is assumed to be determined by rare variants or common variants with rather small effects. The current hypothesis is that long-lived individuals (LLI) are enriched with longevity-associated variants that may compensate for the damaging effects of disease-associated variants and are thought to be of rather low frequency. In this project, we combined next-generation sequencing with case-control association studies to identify new exonic longevity influencing variants as those are more likely to be functionally relevant due to amino acid substitution. To reach this goal, we performed whole genome and exome sequencing of six centenarians (108-114 years) of European origin using two different technologies (SOLiD and Illumina). A fraction of the detected single nucleotide variants (SNVs) were selected for a follow-up by genotyping based on two different approaches. The first approach focused on SNVs with minor allele frequencies (MAF) 1 to 50%, which resulted in 116 SNVs that were genotyped in our German sample of 1,610 LLI and 1,104 controls. Seven significant association signals were obtained and further investigated for a replication experiment in independent French (1,269 LLI and 1,834 younger controls) and Danish populations (910 LLI and 760 controls), but none of the associations could be confirmed. The second approach was an intensive follow-up by focusing on low-frequency variants (MAF≤10%). Using eight different bioinformatic prediction tools to evaluate the functional impact of SNVs and overlaying the initial SNV list with locations associated with genome-wide association (GWAS) hit regions resulted in 48 variants that were selected for genotyping, where three SNVs showed a significant association signal in the German longevity sample. The top-ranking SNV (PCCA=3.7e-08, OR=1.7) was selected for a replication experiment in the Danish population but could not be confirmed. In addition, longevity genes and pathways from known model organisms were used as filter masks for the variant selection.

Der genetische Einfluss auf die Lebensspanne liegt beim erwachsenen Menschen bei etwa 25- 30%, und es wird angenommen, dass dieser Beitrag durch seltene oder häufige Varianten mit eher geringen Effekten bestimmt wird. Die aktuelle Hypothese ist, dass bei langlebigen Individuen (LLI) eine Anreicherung langlebigkeitsassoziierter Varianten vorliegt, welche die schädlichen Effekte von krankheitsassoziierten Varianten kompensieren, und dass solche Varianten eine eher niedrige Frequenz aufweisen. In diesem Projekt kombinierten wir die next generation sequencing Methode mit Fall-Kontroll-Assoziationsstudien, um neue exonische Langlebigkeits-Varianten zu identifizieren, welche durch Änderungen der Aminosäuresequenz potentiell funktionell relevant sein könnten. Um dieses Ziel zu erreichen, führten wir mit zwei verschiedenen Technologien (SOLiD und Illumina) eine Gesamtgenom- und Exom-Sequenzierung von sechs Hundertjährigen (108–114 Jahre) europäischen Ursprungs durch. Einige der detektierten Einzelbasenvarianten (single nucleotide variants = SNVs) wurden anhand von zwei verschiedenen Ansätzen für eine nachfolgende Genotypisierung ausgewählt. Im ersten Ansatz lag der Fokus auf exonischen SNVs mit einer Frequenz des seltenen Alles (minor allele frequency = MAF) von 1-50%. Daraus resultierten 116 SNVs, die in unserer deutschen Stichprobe von 1.610 LLI und 1.104 Kontrollen typisiert worden sind. Hier zeigten sich sieben signifikante Assoziationssignale, die in einem folgenden Replikationsexperiment in einer unabhängigen französischen (1.269 LLI und 1.834 jüngere Kontrollen) und dänischen Stichprobe (910 LLI und 760 Kontrollen) untersucht wurden. Allerdings konnte hierbei keine dieser Assoziationen bestätigt werden.

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Badarinarayan, Nandini: Next-generation sequencing of centenarians to identify genetic variants predisposing to human longevity. 2014.

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