Adobe Systems 1 Novinky v analýze genomu – GWAS, funkční genomika Adobe Systems Osnova ̶Vymezení pojmů ̶Projekt lidského genomu ̶HapMap ̶GWAS ̶GWAS a nemoci dutiny ústní ̶GRS 2 Adobe Systems Vymezení pojmů ̶Alela ̶Lokus ̶Single nucleotide polymorphism (SNP) ̶Haplotyp ̶Linkage disequilibrium (LD) ̶Imputace ̶Genome wide association studies (GWAS) ̶Genetic risk score (GRS) 3 Adobe Systems Alela a lokus ̶Alela je konkrétní varianta genu ̶Lokus je konkrétní pozice na chromozomu 4 Adobe Systems Single nucleotide polymorphism (SNP) 5 Jedná se o jednobodovou záměnu nukleotidu s frekvencí v populaci větší než 1%. Tato záměna může a nemusí mít vliv na funkci genu/proteinu. Obsah obrázku text, savci Popis byl vytvořen automaticky Adobe Systems Haplotyp ̶Jedná se o kombinaci alel na různých místech DNA (jednom chromozomu nebo jeho oblasti), které se dědí společně ̶Kombinace SNP, které se společně dědí 6 Adobe Systems Linkage disequilibrium (LD) a imputace ̶Česky - vazbová nerovnováha ̶ ̶ 7 Adobe Systems Projekt lidského genomu ̶Projekt zahájen v 80. letech, publikování výsledků 2001 ̶Odhadované náklady cca $3 mld a 50 tisíc „člověkolet“ ̶Cca 1/3 úsilí a nákladů pro přistání na měsíci ̶Nejprve pod patronátem ministerstva energetiky USA (do projektu byli zapojené laboratoře a vědci z celého světa), později vznikla konkurence v podobě soukromé společnosti (Celera Genomics). ̶Probíhal tak závod v sekvenování 8 Adobe Systems Projekt lidského genomu ̶Celera si chtěla nechat výsledky pro sebe a zároveň je prodávat „předplatitelům“ – velká rozepře s vládním projektem. ̶Výsledky nakonec publikovány 15.2.2001 v Nature (vládní projekt) a 16.2.2001 v časopise Science (Celera) ̶Podařilo se získat jakousi mapu lidského genomu, ovšem bez variability mezi jednotlivci ̶ 9 Adobe Systems Projekt HapMap ̶DNA mezi jednotlivci se liší jen asi v 0,1% nukleotidů – nejčastěji SNP, kterých je známo cca 10 miliónů. To představuje 90% veškeré variability v genomu (zbytek jsou mutace, delece, inzerce) ̶Cca 45 nepříbuzných vzorků by mělo být schopno najít 99% všech haplotypů s frekvencí větší než 5% 10 Adobe Systems Projekt HapMap ̶Zahájen 2002 – dvě fáze – nejprve tvorba jakési hrubé mapy a poté zaplnění prázdných míst ̶V první fázi cca 1 milión SNP – výsledky 2005 ̶Druhá fáze cca další 2 milióny SNP - výsledky 2007 ̶Objev asi 1 miliónu LD bloků ̶Účast vědců z celého světa ̶Vzorky z USA, Číny, Japonska, Keni, UK, Kanady ̶ 11 Adobe Systems Celogenomové asociační studie Kombinace epidemiologické studie a nových možností genotypizace Stanovují se desetitisíce až stovky tisíc SNP (imputace a LD) Potřeba velikého souboru pacientů, tisíce, spíše desetitisíce pacientů (kontrolní skupina a pacienty s daným fenotypem) Potřeba mít dobře popsaný fenotyp pacientů i kontrol Genome-wide association studies (GWAS) 12 Adobe Systems GWAS 13 Adobe Systems GWAS ̶Pro hodnocení je potřeba velká výpočetní síla a skladovací kapacita (několik set GB na jednoho pacienta, cca 15 TB na 10 000 pacientů) ̶Jako statisticky významné se považuje P < 5*10-8 ̶P hodnoty pro SNP mezi 1*10-6 a 5*10-8 se replikují pro možnou asociaci 14 Obsah obrázku text, psací potřeby, papírnictví Popis byl vytvořen automaticky Adobe Systems + GWAS – výhody a nevýhody - ̶Velmi úspěšná metoda pro nalezení nových variant asociovaných s daným znakem ̶Cca 40 000 SNP asociovaných s různými rysy (rakoviny, T2DM, anorexie, deprese, schizofrenie, BMI, nespavost,…) ̶Mohou vést k objevu nových biologických mechanismů ̶Rsp. studium nalezených SNP a jejich funkcí ̶Široké klinické aplikace ̶Identifikace rizikových skupin/pacientů ̶Genetické rizikové skóre ̶GWAS mohou poskytnou vysvětlení pro rozdílnost mezi různými etniky u komplexních znaků ̶Např. T2DM ̶ ̶Každá varianta má sama o sobě malou vypovídající hodnotu ̶Je třeba velikého souboru pacientů ̶Kvůli vysokému nároku na statistický rozdíl ̶Varianty asociované v GWAS představují jen zlomek celkové „dědičnosti“ komplexních chorob ̶Odhady, že SNP odhalí cca 1/3 – 2/3 celkové dědičnosti kompl. chorob ̶GWAS označují pouze lokus asociovaný se znakem ̶Pro identifikaci kauzálních variant je třeba provést další kroky ̶Nemohou nalézt všechny varianty asociované s daným znakem ̶Problém s nalezením běžných variant s malým účinkem nebo velmi vzácných variant s velkým účinkem 15 Adobe Systems + GWAS – výhody a nevýhody - ̶Jsou schopny nalézt varianty s nízkou frekvencí výskytu ̶Čím větší soubor, tím vzácnější varianty lze nalézt a asociovat ̶Data se dají využít i jinak než identifikaci genů ̶Určení předků, odhadnutí místa narození, forenzní analýza, určení otcovství,… ̶Data se snadno sdílí přes veřejné databáze ̶Data doposud prezentovaná představují jen špičku ledovce ̶Čím více dat o pacientech a větší soubory, tím přesnější informace budeme schopni zjistit ̶Jedná se o spolehlivou genotypizační technologii ̶Relativně levná metoda (poměr cena/výkon) ̶Population stratification ̶Rozdíl ve frekvenci jednotlivých alel mezi pacienty a kontrolami může být způsoben rozdílnými předky spíše než asociací genu s chorobou ̶Omezená klinicky prediktivní schopnost ̶Málo kdy lze díky konkrétní variantě spolehlivě předpovídat nemoc ̶Viz GRS ̶Potřeba znát genetický základ zkoumané populace ̶LD se může lišit mezi jednotlivými etniky – potřebuji znát genom dané populace ̶Problém např. u Indiánů, ostrovních národů v Pacifiku, Pygmejů ̶Neberou v potaz interakci gen-prostředí ̶Potřeba pracovat s velkým týmem, s různou specializací 16 Adobe Systems Co říkají konkrétní studie? ̶První GWAS zkoumající kazivost zubů u dětí ̶1305 dětí ve věku 3-12 let ̶Genotypizováno 580 000 SNPs, pomocí imputace dohromady 1,4 M SNPs ̶Žádné signifikantní SNP nenalezeny ̶ 17 Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky Adobe Systems Shaffer et al. ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶ ̶Žádné signifikantní SNP nenalezeny 18 Adobe Systems Shaffer et al. ̶920 participantů ve věku 18-75 let ̶520 000 SNPs ̶Pacienti rozděleni podle DMFS (decay-missing-filled surface index) 19 Adobe Systems ̶Celkem 2 signifikantní lokusy ̶AJAP1 – podílí se na vývoji zubů společně s MMP ̶LYZL2 – lysozyme-like gene, bakteriolytický faktor ̶Dalších 31 „podezřelých“ lokusů 20 Adobe Systems Zeng et al. ̶Dva soubory 1006 dětí ve věku 3-12 (SM) a 979 dětí ve věku 4-14 (PF) ̶Autoři rozdělili DMFS na dva fenotypy – s hladkým povrchem zubů a zuby s fisuramy ̶Genotypizováno 530 000 SNPs, s imputací 1 200 000 SNPs 21 Adobe Systems ̶U PF skupiny byl asociován gen KPNA4 ̶U SM skupiny nebyla nalezena žádná asociace ̶Dalších 5 podezřelých lokusů 22 Adobe Systems Shungin et al. ̶Využití dvou biobank – UKB a GLIDE (Gene-lifestyle interactions in dental endpoints) ̶Dohromady přes 500 000 pacientů ̶Genotypyzováno cca 500 000 SNP + imputace (dohromady cca 8,9M SNPs) ̶Celkem asociováno 47 nových variant 23 Adobe Systems Genetické/polygenní rizikové skóre (GRS/PRS) ̶Číslo, které vyjadřuje riziko sledovaného fenotypu ̶Vážené a nevážené GRS 24 Adobe Systems Genetické/polygenní rizikové skóre (GRS/PRS) 25 Adobe Systems ̶Vzali 40 nejsilněji asociovaných SNP z GWASu a sestavili nevážené GRS ̶Teoretické hodnoty 0-80, průměr byl 37,1 ± 3,9; rozmezí 24 – 52 ̶Evropsko-americká populace Morelli et al. 26 Adobe Systems 27 ̶ Adobe Systems Morelli et al. ̶Sami autoři uvádějí tři důvody, proč toto skóre je třeba i dále upravit ̶SNP použité v této studii byli asociované pouze na jedné kohortě pacientů – nemusí tedy platit pro všechna etnika, na jiné kohortě. Pro zavedení do praxe je potřeba nejprve zvalidovat a zreplikovat výsledky. ̶Participanti jen v středním věku, s Evropsko-Americkými předky ̶Další faktory, jiné než genetické, se účastní na rozvoji nemoci v dutině ústní (návyky, socioekonomický status, přístup k zubní péči,…) ̶ ̶Snaha vytvořit univerzální GRS, které by bylo schopno určit jedince s větší predispozicí pro danou nemoc. Tito jedinci by byli pod častější kontrolou svého lékaře, mohou upravit návyky,… ̶ ̶ 28 Adobe Systems Závěr ̶Shrnutí před GWASové éry ̶Co to jsou GWAS, jaké jsou jejich výhody a nevýhody ̶Shrnutí recentních GWAS studií ̶Využití informací z GWAS pro tvorbu GRS ̶ 29 Adobe Systems Doporučená literatura 30 Příběhy vědy: rakovina Bi0001 Příběhy vědy: gen Bi0002 https://www.ceskatelevize.cz/porady/10441294653-hyde-park-civilizace/220411058090919/