Подход, ориентированный на генотип - Википедия - Genotype-first approach

Рисунок 1. Схематическая иллюстрация подхода «сначала генотип»

В генотип -первый подход - это тип стратегии, используемой в генетических эпидемиологических исследованиях, чтобы связать определенные генотипы с очевидными клиническими проявлениями. фенотипы сложного заболевания или признака. В отличие от стратегии «сначала фенотип», традиционная стратегия, в которой полногеномные ассоциации исследований (GWAS) до сих пор этот подход характеризует людей в первую очередь по статистически общему генотипу на основе молекулярных тестов до клинической фенотипической классификации. Этот метод группирования приводит к оценке пациентов на основе общей генетической этиологии наблюдаемых фенотипов, независимо от предполагаемого диагноза. Таким образом, этот подход может предотвратить первоначальную фенотипическую ошибку и позволить идентифицировать гены, которые вносят значительный вклад в этиология заболевания.[1][2]

Этот подход не зависит от фенотипической гетерогенности, неполной пенетрантность и уровни выразительности. Следовательно, он полезен при сложных заболеваниях, которые также частично совпадают, таких как расстройство аутистического спектра и Интеллектуальная недееспособность, позволяя различать заболевания и конкретные подтипы заболеваний на основе геномный содержание будет определено.

В настоящее время подход, основанный на генотипе, используется в основном для исследовательских целей. Однако результаты этих исследований могут иметь ценные клинические применения, включая улучшение диагностики, консультирования и групп поддержки для людей с той же генетической этиологией.[1]

Фон

Первоначально идея идентификации генотипа индивидов, а впоследствии и их ассоциированного фенотипа (ов) была впервые использована в ранних цитогенетический исследования. Около 1960 г. открытие Трисомия 21 привело к осознанию того, что генетику можно использовать для предсказания фенотипа (ов). С 1960-х по 1990-е годы цитогенетические методы, такие как полосатость хромосом и флуоресценция на месте гибридизация (FISH) были использованы для идентификации и фенотипической характеристики пациентов с хромосомными аномалиями.[3]

Сложные заболевания и признаки представляют множество трудностей для эпидемиологических исследований из-за их многофакторной природы. Больше одного ген может лежать в основе сложного заболевания и, как правило, оказывает меньший эффект, чем наблюдаемый при моногенных заболеваниях (Менделирующие болезни ). Кроме того, многие из этих сложных заболеваний проявляют различные фенотипы, а также широкий диапазон выраженности и пенетрантности. Гены также могут быть плейотропный, объясняющие многие, казалось бы, различные клинические фенотипы. Эти особенности ограничивают возможность как научных, так и клинических исследований определять причинные гены или варианты к наблюдаемым фенотипам и для классификации нарушений.

Клиницисты начинают осознавать необходимость классификации геномных заболеваний по общему генотипу, а не по общему фенотипу, и то, как подход, основанный на генотипе, может принести пользу для этой цели.[1][4]

Методы

При использовании подхода, основанного на генотипе, можно использовать несколько методов, однако обычно в него входят следующие шаги:

  1. Создание исследуемой популяции и генотипирование
  2. Анализ интересующих геномных вариантов, обнаруженных в исследуемой популяции
  3. Исследуемые популяции собираются на основе генотипа.
  4. Связь генотипа с фенотипом (ами) в соответствующей группе

Генотипирование производится с использованием технологий секвенирования следующего поколения (включая полногеномное секвенирование и секвенирование экзома ) и микрочип анализы. Затем необработанные данные подвергаются статистическому анализу для определения частоты вариантов в популяции. Общие варианты отфильтровываются, а патогенность определяется с помощью прогнозируемых генетических последствий. Эти шаги позволяют идентифицировать предполагаемые высокопенетрантные варианты и их специфические локус. Выбранные варианты обычно переупорядочиваются для проверки (целевым Секвенирование по Сэнгеру ). Подтвержденные геномные варианты затем могут быть проанализированы на предмет рецидивов среди пораженных индивидуумов в когорте. Патогенность геномного варианта статистически основана на его значительном количестве среди пораженных по сравнению с незатронутыми индивидуумами, а не исключительно на вредоносности варианта. Затем вариант-кандидат может быть связан с общим фенотипом с целью выявления большего числа пациентов с одним и тем же вариантом с одним и тем же фенотипом, что может привести к более сильной ассоциации. Наконец, проводится разграничение между конкретным вариантом ассоциированных клинических фенотипов [Рисунок 1].

Клиническое значение и примеры

Подход, основанный на генотипе, использовался для диагностики пациентов с редкими заболеваниями,[5] выявить ассоциации генотип-фенотип нового заболевания,[6] и охарактеризовать необычные или гетерогенные заболевания на основе генотипа пациента.[1][7] В 2014 г. подход «сначала генотип» использовался для оценки редких и низкочастотных вариантов в финской популяции. Поскольку финское население изолировано и недавно столкнулось с проблемой ограниченного роста населения по сравнению с другими странами, это дает два основных преимущества для исследований генотипа. Вредные варианты обнаруживаются на более высоких частотах в меньшем спектре редких вариантов в популяции узких мест-основателей. При сравнении вариантов, обнаруженных с помощью секвенирования всего экзома (WES) в финской популяции, с WES из контрольной группы нефинских европейцев, варианты с потерей функции (LOF) наблюдались с большей частотой в финской популяции. Фенотипы финнов с этими вариантами LOF были затем проанализированы, чтобы установить новые ассоциации генотип-фенотип. Эти обнаруженные ассоциации включали ту, которая могла быть смертельной для эмбриона, информация, которая могла не быть обнаружена в исследованиях с использованием подхода, основанного на фенотипе. Кроме того, исследователи также обнаружили новые варианты сплайсинга в гене LPA, которые снижают уровень аполипопротеина А и предлагают защитный фенотип против сердечно-сосудистых заболеваний.[6]

Первоначальная оценка генотипа становится стандартным подходом для клинической диагностики сложных гетерогенных заболеваний. Синдромы микродупликации и микроделеции имеют ряд характеристик, включая умственную отсталость и отставание в развитии, которые различаются по степени тяжести, что затрудняет диагностику пациентов с этими синдромами. С момента разработки технологий секвенирования следующего поколения клиницисты смогли использовать подход, основанный на генотипе, для группировки этих пациентов на основе их микроделеций или дупликаций и документирования признаков заболевания, присутствующих в этих группах.[8] В частности, хромосомный микроматричный анализ используется в клинической практике для помощи в диагностике пациентов с синдромами микроделеции и микродульпликации.[4] При таких заболеваниях, как расстройство аутистического спектра (РАС), где сложно дифференцировать пациентов на группы подтипов болезни на основе фенотипа, исследования по первому генотипу позволяют классифицировать пациентов на подтипы на основе их генетики. Это, в свою очередь, позволит лучше понять генетические причины РАС и в будущем может определить конкретные подтипы РАС для пациентов, которым будет поставлен диагноз.[1]

Первоначальные исследования генотипов путем выявления новых генов, связанных с заболеванием, также могут принести пользу фармацевтическим компаниям и разработке лекарств. При сложных заболеваниях с использованием ассоциации генов первого фенотипа разработка терапевтических средств часто оказывается безуспешной из-за того, что несколько генов вносят вклад в одно заболевание. В случае ассоциаций «генотип-первый» сначала определяется потенциальная терапевтическая цель.[1]

Преимущества и ограничения

Преимущества

  • Сдвиг в сторону характеристики людей по общему генотипу, а не по клинической картине, позволит классифицировать новые синдромы и генетическую классификацию определенных подтипов заболевания, поскольку секвенирование становится дешевле, быстрее и эффективнее.[2][9]
  • Наследование геномного варианта от здорового родителя не привело бы к его исключению из вариантного анализа, тем самым учитывая роль модификаторов в фенотипическом результате.[2]
  • Этот подход не зависит от фенотипической гетерогенности, неполной пенетрантности и экспрессивности.
  • Этот подход способствует изучению как экспрессивности, плейотропии, так и спорадических мутаций.
  • Этот подход исследует высокопенетрантные мутации, связанные с заболеванием, независимо от генетического фона.
  • Всестороннее и подробное фенотипирование возможно даже у небольшого числа пациентов с общей генетической этиологией.[1]
  • Этот подход может выявить атипичные проявления болезни при диагностическом использовании.[4]

Ограничения

  • Фенотип может меняться со временем (например, становится более серьезным, изменение физического местоположения), что позволяет сделать первые исследования генотипа предположением о роли варианта в проявлении болезни в конкретный момент времени. Таким образом, долгосрочное наблюдение важно для того, чтобы связь генотип-фенотип со временем была оценена и был изучен прогноз заболевания.
  • Выявленные варианты, которые могут способствовать мягкому фенотипу или диапазону фенотипов, не будут полезны для определения диагноза и прогноза. Однако в будущем, по мере того, как классифицируется больше подтипов заболеваний, более актуальными могут стать легкие фенотипы.
  • Связь генотип-фенотип основана на представлении клинически распознаваемых фенотипов.[1]
  • Как видно из других исследований ассоциации генома, этот подход может генерировать варианты неизвестного значения, особенно при диагностическом использовании.[4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час Stessman, H.A., Bernier, R. & Eichler, E.E. Подход, основанный на генотипе, для определения подтипов сложного заболевания. Cell 156, 872–877 (2014).
  2. ^ а б c Меффорд, Х. С. Генотип к открытию фенотипа и характеристике новых геномных нарушений в эпоху «первого генотипа». Genet. Med. 11. С. 836–842 (2009).
  3. ^ Ледбеттер, Д. Х. Цитогенетическая технология - генотип и фенотип. N. Engl. J. Med. 359, 1728–1730 (2008).
  4. ^ а б c d Reiff M, Mueller R, Mulchandani S, Spinner NB, Pyeritz RE, Bernhardt B. a. Качественное исследование точек зрения медицинских работников на значение полногеномного тестирования в педиатрической клинической практике. Дженет Коунс. 2014; 23: 474–88.
  5. ^ Shi, L., Li, B., Huang, Y., Liu, T. и Lyon, G.J. Подходы с ориентацией на генотип в любопытном случае идиопатического прогрессирующего когнитивного снижения. 1–10 (2014). Дои:10.1186 / s12920-014-0066-
  6. ^ а б Lim, E. T. et al. Распространение и медицинские последствия вариантов потери функции в популяции финских учредителей. PLoS Genet. 10, (2014).
  7. ^ Traylor, R. N. et al. Подход, основанный на генотипе, для молекулярной и клинической характеристики необычной микроделеции de novo 20q13.33. PLoS One 5, 4–10 (2010).
  8. ^ Уотсон, К. Т., Маркес-Боне, Т., Шарп, А. Дж. И Меффорд, Х. С. Генетика микроделеции и синдромов микродупликации: обновление. Анну. Rev. Genomics Hum. Genet. 15. С. 215–244 (2014).
  9. ^ Том 40 Международного обзора исследований нарушений развития, Дебора Дж. Фидлер, Academic Press, 2011 г.)