Genotyp -první přístup - Genotype-first approach

Obrázek 1. Schematické znázornění přístupu prvního genotypu

Genotyp -První přístupu je druh strategie používá v genetických epidemiologických studiích na přidružených specifických genotypů zjevných klinických fenotypů komplexního onemocnění nebo znak. Na rozdíl od „fenotypu na prvním místě“, což je tradiční strategie, která dosud vedla studie genomových asociací (GWAS), tento přístup charakterizuje jednotlivce nejprve podle statisticky běžného genotypu založeného na molekulárních testech před klinickou fenotypovou klasifikací. Tato metoda seskupování vede k hodnocení pacientů na základě sdílené genetické etiologie pozorovaných fenotypů bez ohledu na jejich předpokládanou diagnózu. Tento přístup tedy může zabránit počáteční fenotypové předpojatosti a umožnit identifikaci genů, které významně přispívají k etiologii onemocnění .

Tento přístup není ovlivněn fenotypovou heterogenitou, neúplnou penetrancí a úrovněmi expresivity. Proto je užitečný u komplexních onemocnění, která se také překrývají, jako je porucha autistického spektra a mentální postižení , umožňující rozlišení chorob a stanovení konkrétních podtypů onemocnění na základě genomového obsahu.

V současné době se přístup zaměřený na genotyp používá především pro výzkumné cíle. Důsledky těchto studií však mohou mít cenné klinické aplikace, včetně zlepšené diagnostiky, poradenství a podpůrných skupin pro jednotlivce se stejnou genetickou etiologií.

Pozadí

Zpočátku byla myšlenka identifikace genotypu jedinců a následně jejich přidružených fenotypů poprvé použita v raných cytogenetických studiích. Kolem roku 1960 vedlo objevení trizomie 21 k poznání, že k předpovědi fenotypů lze použít genetiku. Od 60. do 90. let byly k identifikaci a fenotypické charakterizaci pacientů s chromozomálními abnormalitami používány cytogenetické techniky, jako je chromozomové páskování a fluorescenční in situ hybridizace (FISH).

Složité choroby a rysy způsobují epidemiologickým studiím mnoho obtíží, protože jsou multifaktoriální choroby. Více než jeden gen může být základem komplexního onemocnění a obecně přispívá menším účinkem, než jaký je pozorován u monogenních chorob ( Mendelovy choroby ). Navíc mnoho z těchto komplexních onemocnění vykazuje různé fenotypy a také široký rozsah expresivity a penetrace. Geny mohou být také pleiotropní , což představuje mnoho zdánlivě odlišných klinických fenotypů. Tyto vlastnosti omezují schopnost výzkumu i klinických studií určit kauzální geny nebo varianty pozorovaných fenotypů a klasifikovat poruchy.

Kliničtí lékaři začínají rozeznávat potřebu klasifikovat genomová onemocnění podle společného genotypu, nikoli podle společného fenotypu, a jak může tento přístup prospět přístupu založenému na genotypu.

Metody

Při přístupu založeném na genotypu lze použít několik metod, obvykle jsou však zahrnuty následující kroky:

  1. Vytvoření studijní populace a genotypizace
  2. Analýza požadovaných genomových variant nalezená ve studované populaci
  3. Populace studie jsou sestaveny na základě genotypu
  4. Asociace genotypu s fenotypem (y) v rámci příslušné skupiny

Genotypizace je generována pomocí technologií sekvenování nové generace (včetně sekvenování celého genomu a sekvenování exomu ) a mikročipových analýz. Nezpracovaná data jsou pak statisticky analyzována na četnost variant založených na populaci. Běžné varianty jsou odfiltrovány a patogenita je určena pomocí předpokládaných genetických důsledků. Tyto kroky umožňují identifikaci předpokládaných vysoce penetračních variant a jejich specifického lokusu . Vybrané varianty se obvykle znovu seřadí pro validaci (cíleným Sangerovým sekvenováním ). Validované genomové varianty pak mohou být analyzovány na recidivy mezi postiženými jedinci v kohortě. Patogenita genomové varianty je statisticky založena na její významně hojné přítomnosti u postižených ve srovnání s nedotčenými jedinci, nikoli pouze na škodlivosti varianty. Kandidátní varianta pak může být spojena se sdíleným fenotypem s aspirací, že jak bude identifikováno více pacientů, kteří budou mít stejnou variantu se stejným fenotypem, bude možné vytvořit silnější asociaci. Nakonec je provedeno vymezení mezi specifickou variantou k přidruženým klinickým fenotypům [obrázek 1].

Klinické důsledky a příklady

Genotypový první přístup byl použit k diagnostice pacientů se vzácnými chorobami, identifikaci nových asociací genotyp-fenotyp nových chorob a charakterizaci neobvyklých nebo heterogenních onemocnění na základě genotypu pacienta. V roce 2014 byl k posouzení vzácných a nízkofrekvenčních variant ve finské populaci použit první přístup podle genotypu. Vzhledem k tomu, že finská populace je izolovaná a v nedávné době prošla zúžením populace, ve srovnání s jinými zeměmi nabízí dvě hlavní výhody pro studie první genotypu. Škodlivé varianty se nacházejí na vyšších frekvencích v menším spektru vzácných variant v populacích zakladatelů s úzkým profilem. Srovnáním variant nalezených pomocí sekvenování celého exomu (WES) ve finské populaci s WES z kontrolní skupiny nefinských Evropanů byly ve finské populaci s vyšší frekvencí pozorovány varianty se ztrátou funkce (LOF). Fenotypy finských jedinců s těmito variantami LOF byly poté analyzovány za účelem zjištění nových asociací genotyp - fenotyp. Tyto detekované asociace zahrnovaly jednu, která by mohla být embryonálně smrtelná, informace, které nemusely být objeveny ve výzkumu pomocí přístupu prvního fenotypu. Kromě toho vědci také objevili nové varianty sestřihu v genu LPA, které snižují hladiny apolipoproteinu A a nabízejí ochranný fenotyp před kardiovaskulárními chorobami.

Hodnocení genotypu se stává standardním přístupem ke klinické diagnostice složitých heterogenních chorob. Mikroduplikace a mikrodeleční syndromy mají celou řadu charakteristik, včetně mentálního postižení a zpoždění vývoje , které se liší v závažnosti, takže je velmi obtížné diagnostikovat pacienty s těmito syndromy. Od vývoje technologií sekvenování nové generace byli kliničtí lékaři schopni použít přístup prvního genotypu ke seskupení těchto pacientů na základě jejich mikrodelece nebo duplikace a dokumentovat rysy onemocnění přítomné v těchto skupinách. K diagnostice pacientů s mikrodelecí a mikrodulplikačním syndromem se klinicky používá zejména chromozomální mikročipová analýza. U nemocí, jako je porucha autistického spektra (ASD), kde je náročné rozlišovat pacienty na skupiny podtypů chorob na základě fenotypu, umožňují studie první genotypu zařazení pacientů do podtypů na základě jejich genetiky. To zase poskytne lepší porozumění genetickým příčinám ASD a v budoucnu by to mohlo definovat specifické podtypy ASD pro pacienty, kteří mají být diagnostikováni.

Výzkum první genotypu, prostřednictvím identifikace nových genů spojených s nemocí, může být přínosem i pro farmaceutické společnosti a vývoj léčiv. U komplexních onemocnění, využívajících první genovou asociaci fenotypu, je vývoj terapeutik často neúspěšný kvůli tomu, že k jedné chorobě přispívá více genů. U asociací první genotyp je potenciální terapeutický cíl identifikován jako první.

Výhody a omezení

Výhody

  • Posun směrem k charakterizaci jedinců společným genotypem spíše než klinickou prezentací umožní klasifikaci nových syndromů a genetickou klasifikaci určitých podtypů onemocnění, protože sekvenování bude levnější, rychlejší a efektivnější.
  • Dědičnost genomové varianty od zdravého rodiče by neměla za následek její vyloučení z variantní analýzy, čímž by byla zohledněna role modifikátorů na fenotypovém výsledku.
  • Tento přístup není ovlivněn fenotypovou heterogenitou, neúplnou penetrancí a expresivitou.
  • Tento přístup přispívá ke studiu expresivity, pleiotropie a sporadických mutací.
  • Tento přístup zkoumá vysoce penetrační mutace, které jsou spojeny s nemocí bez ohledu na genetické pozadí.
  • Komplexní a detailní fenotypizace je možná i u malého počtu pacientů se společnou genetickou etiologií.
  • Tento přístup může identifikovat atypické projevy onemocnění při diagnostickém použití.

Omezení

  • Fenotyp se může v průběhu času měnit (např. Se stává závažnějším, změna fyzického umístění), což činí studie prvního genotypu předpokladem o roli varianty v manifestaci onemocnění v konkrétním časovém bodě. Proto je důležité dlouhodobé sledování, aby byla asociace genotyp - fenotyp oceněna s časem a prozkoumána prognóza onemocnění.
  • Identifikované varianty, které by mohly přispět k mírnému fenotypu nebo k řadě fenotypů, by nebyly prospěšné při určování diagnózy a prognostiky. V budoucnu však, jelikož bude klasifikováno více podtypů onemocnění, mohou mít mírné fenotypy větší relevanci.
  • Asociace genotyp-fenotyp se spoléhá na prezentaci klinicky rozpoznatelných fenotypů.
  • Jak je vidět v jiných studiích asociace genomu, tento přístup může generovat varianty neznámého významu , zvláště když je používán diagnosticky.

Viz také

Reference