HAPMAP -2010 Nemzetközi HapMap Projekt A Nemzetközi HapMap Project célja az emberi genom haplotípus* térképének(hapmap; haplotype map) megszerkesztése, melynek segítségével katalogizálni tudjuk az ember genetikai variációjának gyakori mintázatait. A HapMap-et egy nagyon fontos leltárnak tekintik, amely tartalmazza azokat a genetikai variációkat(snp-k), amelyek felelősek a betegségek kialakulásáért, vagy betegséget hajlamosító tényezők. A nemzetközi HapMap Projekt az ember genetikai variációjáról egy genomszintű adatbázist készített, melyet a gyakori betegségek genetikai asszociációs vizsgálataihoz(gwas; ld. következő dia) használnak. SNP GWA Haplotípus: egy kromoszóma szegmensen lévő SNP mintázat
Genomszintű asszociációs vizsgálatok GWA, genome-wide association studies 350 publikáció; 1640 SNP >80 betegség vagy jelleg SNP-k: 45% intronokban; 43% gének között; 12% génekben 18 régiót hoztak kapcsolatba több betegséggel közös etiológiai folyamatok: például: az MHC-t 10 különböző betegséggel hozták kapcsolatba: az autoimmun betegségtől a tüdőrákig
Genom-szintű asszociációk 2010 december
Színkód
Mendeli jellegek genetikai térképezése Az emberi genom bázisösszetételének ismerete nem elegendő információ egy fenotípusos jelleg vagy betegség genetikai tényezőjének a meghatározásához genetikai térképezés szükséges Kis távolság Crossing over (genetikai rekombináció) Kromatid Nagy távolság A rekombinációs gyakoriság a genetikai távolságtól függ
Genetikai rekombináció vs. génkonverzió Crossing over Génkonverzió Rekombináció vs. neokombináció
A genetikai rekombináció haszna 1. Az utódok és a populáció nagyobb genetikai variabilitása 2. A különböző egyedek által felfedezett újdonságok(hasznos mutációk) egyetlen egyedben egyesülhetnek, s később együtt terjedhetnek el a populációban(ivartalanul szaporodó populációkban ez nem lehetséges)
R Rekombináns frakció N Agén Bgén Fegyed L egyed A1 A2 A3 A3 B1 B2 B3 B3 allélok allélok nagyapai nagymamai A és B gén különböző kromoszómán C és D gén ugyanazon a kromoszómán A gén B gén F L G K C gén D gén F egyed A és B génjeinek alléljai 50%-ban válnak szét: neokombináció G egyed C és D génjeinek alléljai nem függetlenül szegregálódnak F partnere (L) eltérő allélokat hordoz (A3 és B3 az egyszerűség kedvéért homozigóta formában) LD(linkage disequillibrium kapcsoltsági egyenlőtlenség) R: rekombináns N: nem-rekombináns
Kapcsoltsági analízis 1. RFLP markerek: restrikciós fragmens hossz 2. Mikroszatellit markerek mikrochipek, DNS szekvenálás, PCR 3. SNP markerek mikrochipek, DNS szekvenálás, PCR 4. Újgenerációs DNS szekvenálás nem szükséges a markerek kimutatására fókuszálni
Mikroszatellit analízis - 64 széncinegét 3 különböző mikroszatellit lokuszra Egy egyed maximum 6 fluoreszcens pontot produkálhat: 3 x 2 allél(ha mind a 3 heterozigóta)
Rekombináns spermiumok Kiválasztott férfi több SNP-re heterozigóta a vizsgált régióban Minták szétválasztása PCR a vizsgált régióban
Komplex betegségek hajlamosító tényezőinek genetikai térképezés A komplex betegségek térképezéséhez nem használható hagyományos genetikai analízis, mivel a hajlamosító tényezők bizonyos paramétereit (pl. az öröklődés módja, géngyakoriságok, penetrancia, stb.) nem lehetséges meghatározni(más szóval, nincs megfelelő genetikai modell). 1. Parametrikus módszerek Mendeli öröklődésű betegségek - Markereket alkalmazó kapcsoltsági vizsgálatok 2. Nem-parametrikus módszerek Komplex betegségek 2a. Beteg családok vizsgálata (nem-parametrikus kapcsoltsági vizsgálatok): olyan kromoszómális szegmensek azonosítása, amelyek a véletlentől nagyobb arányba fordulnak elő (ugyanazokat a markereket tartalmazzák) az érintett családtagoknál 2b. Populációk vizsgálata (asszociációs vizsgálatok): nem-rokon egyedeknél közös (megegyező haplotípusú) kromoszóma szegmensek keresése Ősi haplotípusok Gyakori variáns hipotézis
Relatív kockázat (λ) λ = Az érintett rokonok rizikója a betegségre A betegség rizikója a populációban = a/(a+b) c/(c+d) a: a betegekszáma a rokonok között b: a nem-beteg rokonok száma c: a betegek száma a populációban d: a nem-betegek száma a populációban A λérték azt mutatja meg, hogy egy még nem beteg személy betegségre való kockázata hányszorosa a populáció egy átlagos egyedéhez képest. Nagy λ egy fő betegség génre utal Monogénes betegségek Kis λ sok génre utal, melyek mindegyike kis hatással van a betegségre Komplex betegségek λ= 500-cisztás fibrózis λ= 15-I. típusú diabétesz λ= 1-4 -magas vérnyomás Megjegyzés: a magas vagy alacsony λérték nem csupán arra utalhat, hogy egy bizonyos gén nagy vagy kis hatással van egy betegségre, hanem az adott gén különböző allélvariánsai is különböző hatásúak lehetnek. Más szavakkal: egy génben a különböző mutációk eltérő hatásúak lehetnek.
Haplotípusok SNP-k Egyed 1 Egyed 2 Egyed 3 Egyed 4 Haplotípus Haplotípus 1 Haplotípus 2 Haplotípus 3 Haplotípus 4 Tag SNP-k a, SNP-k. Egy kromoszóma rövid DNS szakaszán található 3 SNP 4 egyén esetén A DNS legtöbb bázisa megegyezik a 4 ember esetében,de3variábilis.mindensnp2lehetségesalléltalkot;az1.cvagyt,a2.gvagya,a3.szinténgvagya. b, Haplotípusok. Egy haplotípust a vizsgált lokuszon (6000 bp-nyi DNS szakasz) elhelyezkedő 20 SNP-k különböző kombinációja alkot. Figyelem, a b. ábrán az SNP-k követik egymást, többek között az a. ábra 3 SNP-jét (ld. nyilak), a nem variáló bázisok nincsenek feltüntetve,. E 6 kbp-os DNS szakasz alapján a populáció legtöbb egyede 4 haplotípusba sorolható. c, Címke SNP-k. Elegendő 3 ún. címke(tag) SNP-t azonosítani a 20-ból ahhoz, hogy el tudjuk különíteni a 4 haplotípust: ATC tag-snp mintázat az 1-es haplotípust jellemzi, az ACG a 2-est, a GTC a 3-ast, az ACC pedig a 4-est. A tag-snp-ek kimutatása egyszerűsíti a vizsgálatot.
Ősi haplotípus Ősi haplotípus Jelen haplotípus 1 Jelen haplotípus 2 Jelen haplotípus 3 Jelen haplotípus 4 Haplotípus térképezés: Az ősi TATCAT haplotípust tartalmazó DNS szakaszon egy mutáció keletkezik(x) a 3. és a 4. SNP között (ezáltal betegséget okoz, vagy növeli egy betegség kockázatát; a térképezés előtt nem tudjuk, hogy a 3. és 4. SNP között van). Sok generáción belül az ősi haplotípus profil erodálódik a genetikai rekombináció miatt(pirossal jelölve a változásokat), pl. a jelen haplotípus-1 egy 1. és 2. SNP közötti rekombináció a T-t C-re cseréli. Azonban a legrövidebb konzervált haplotípus profil az összes páciensnél tartalmazza a mutációt: TXC. Ezzel a technikával egy kb. 10,000 bp-os szakaszra lehet lokalizálni a betegséget (rövidebb, mint egy gén).
Gyakori Variáns Hipotézis Az ember gyakori betegségeit (melyek rendszerint multifaktoriálisak) néhány gén kevésszámú allél variánsa okozza. Ennek oka az, hogy az emberi faj kialakulásának idején a populáció méretünk nagyon kicsi volt, s a hirtelen expanzió miatt az egyes genetikai variánsok gyakoriak lettek. SNP-k: markerek a DNS-en a betegségek, ill. a betegégre való hajlam detektálására eszköz a személyre-szabott gyógyászatban. Óriási pénzek költése az ebben a szellemben történő kutatásokra Kapcsolt SNP Génen kívül Nincs hatás a fehérjére INTERGÉNIKUS RÉGIÓ EGÉSZSÉGES BETEG Oki SNP génen belül Szabályozó SNP a protein mennyisége Kódoló SNP a protein funkciója gén SZABÁLYOZÓ RÉGIÓ KÓDOLÓ RÉGIÓ
Üvegnyak hatás és emberi evolúció egy kis kitérő x. Eredeti populáció üvegnyak esemény túlélő egyedek későbbi populáció Üvegnyak hatást okozhatnak: - reprodukciós izolálódás, járványok
Ritka Variáns Hipotézis David Goldstein A gyakori emberi betegségeket nem régről örökölt, hanem viszonylag új mutációk okozzák. Nem jó a közös marker (SNP)-alapú stratégia, mert a komplex betegségeknél nincsenek ilyenek. Az újgenerációs szekvenátorok képesek csak megoldani a problémát
Penetrancia kontinuum Mendeli-öröklődésű betegségeket okozó faktorok Alacsonyszintű betegségekre való hajlamot okozó faktorok Penetrancia A Mendeli-öröklődésű faktorok és a betegségre csak hajlamosító faktorok betegségre való hatása nem válnak el éles határvonallal egymástól, hanem egy kontinuum mentén helyezkednek el A hajlamosító genetikai tényezők hatása függ: 1. más, a betegséget kialakításában szerepet játszó genetikai tényezők allél variációitól az adott egyénben 2. a környezettől 3. az életmódtól
Penetrancia kontinuum magas Penetrancia Mendeli betegséget okozó variánsok Közepes penetranciájú variánsok, szekvenálással azonosíthatóak A legtöbb variánst GWA vizsgálatokkal azonosítják alacsony 0,001 0,01 0,1 Allél gyakoriság