snp關(guān)聯(lián)分析與復(fù)雜疾病

1、SNP關(guān)聯(lián)分析與復(fù)雜疾病,口腔病理研究室Department of Oral PathologySchool of StomatologyPeking University,SNP association study and complex diseases,2,1865: crossbreeding experiments1900 Mendel’s discovery recognized,1944: DNA as the m

2、aterial basis of genetic information(Avery, MacLeod, McCarty),3,,1953: DNA structure (Watson and Crick),4,人類基因組計(jì)劃（human genome project，HGP）3 billion （1mm: 3000km ）20,000 genes國(guó)際人類基因組單體型圖計(jì)劃 International HapMap Projec

3、t2003,5,人類致病基因,6,,7,遺傳變異→表型差異疾病易感性、疾病的預(yù)后及不同的治療反應(yīng)個(gè)體化醫(yī)療,8,單基因遺傳病家系連鎖分析定位克隆,9,復(fù)雜性疾病,又稱多基因遺傳病由多個(gè)微效基因的累加效應(yīng)結(jié)合環(huán)境因素共同作用所導(dǎo)致的疾病多個(gè)致病基因、每個(gè)作用都不大環(huán)境因素包括大多數(shù)人類常見(jiàn)疾病,10,家系連鎖分析-復(fù)雜疾病,只能檢出對(duì)表型或疾病影響很強(qiáng)的基因檢驗(yàn)低效基因的效能差：成百上千的家系？發(fā)病晚，外顯率低極少

4、的干擾因素癥狀的嚴(yán)重程度和發(fā)病年齡差異大，診斷不確定其發(fā)病機(jī)制可能不同，涉及不同的生物學(xué)通路確定合適的研究表型、合適的人群：難,11,關(guān)聯(lián)分析（association study）,比較無(wú)血緣關(guān)系的病例組和對(duì)照組之間遺傳標(biāo)記的出現(xiàn)頻率發(fā)現(xiàn)與該標(biāo)記呈連鎖不平衡的致病基因,12,連鎖不平衡（linkage disequilibrium，LD）指相鄰基因位點(diǎn)上等位基因的非隨機(jī)性相關(guān)某一位點(diǎn)上的特定等位基因與同一條染色體另一基因位點(diǎn)

5、上的某等位基因同時(shí)出現(xiàn)的幾率大于人群中因隨機(jī)分布而使兩等位基因同時(shí)出現(xiàn)的幾率,13,多態(tài)性（polymorphism)A locus with more than one allele, each of which occurs with at least 1% frequency單核苷酸多態(tài)性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）在基因組水平上由于單個(gè)核苷酸的改變而產(chǎn)生的一種DNA序列多態(tài)性，其

6、中構(gòu)成多態(tài)性的每個(gè)等位基因在人群中出現(xiàn)的頻率都不小于1%,14,兩個(gè)隨機(jī)個(gè)體間基因組DNA的差異：0.1%其中90%表現(xiàn)為SNP,15,SNP,雙等位基因標(biāo)記主要等位基因（major allele）：在一般人群中較多見(jiàn)的等位基因次要等位基因（minor allele）四種可能的形式一種轉(zhuǎn)換（C>T或G>A) ：2/3三種顛換（C>A或G>T，C>G或G>C，T>A或A>T）,1

7、6,17,SNP作為遺傳標(biāo)記的優(yōu)勢(shì),第一代：限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（restriction fragment length polymorphism, RFLP）第二代：微衛(wèi)星多態(tài)性（microsatellite ）第三代：SNP變異程度不如微衛(wèi)星數(shù)量巨大，分布密度高更穩(wěn)定的遺傳特性基因分型簡(jiǎn)單：快速、大批量、自動(dòng)化,18,SNP概念界定,基因組DNA的差異cDNA中發(fā)現(xiàn)的：可能是RNA編輯的結(jié)果？單堿基的插入和缺失 ？

8、疾病易感等位基因？ 隱性作用、低外顯率、數(shù)量性狀…在正常人（無(wú)病個(gè)體）中可出現(xiàn),19,基因突變（點(diǎn)突變） mutation通常與某一有害表型相關(guān)，是一種罕見(jiàn)的有高外顯率的變異區(qū)別突變與SNP: 1%需要檢測(cè)有代表性的大范圍的人群判定一個(gè)DNA變異是突變而不是SNP，需要說(shuō)明其所處的確切人群和共檢測(cè)了多少染色體,20,SNP的數(shù)量,人類基因組每1000個(gè)堿基：1個(gè)常見(jiàn)SNP整個(gè)基因組:至少300萬(wàn)少見(jiàn)SNP、特殊人群SN

9、P…,21,SNP的分布及分類,在全基因組范圍內(nèi)的密度分布很不一致多數(shù)：并不位于基因編碼區(qū)，甚至不在基因區(qū)，穩(wěn)定而無(wú)害編碼區(qū)SNP（coding SNP，cSNP）非同義SNP（non synonymous SNP）：引起氨基酸的改變，1/3同義SNP（synonymous SNP）啟動(dòng)區(qū)SNP：基因表達(dá)？鄰近外顯子區(qū)的內(nèi)含子SNP：mRNA剪切？,22,SNP的形成及演化,發(fā)源于點(diǎn)突變選擇性地傳遞決定頻率的因素突變發(fā)

10、生的時(shí)間選擇壓力隨機(jī)遺傳漂變瓶頸效應(yīng)85%以上的SNP為全體人類所共有,23,SNP與疾病的關(guān)聯(lián)研究,單個(gè)SNP功能有限，信息量少用1個(gè)或數(shù)個(gè)SNP來(lái)分析評(píng)價(jià)候選基因的作用?檢測(cè)病例組和對(duì)照組的全部SNP？檢測(cè)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)能力…,24,單體型（haplotype）,同一條染色體上的多個(gè)相鄰的等位基因組合成一個(gè)整體，稱為單體型，一起遺傳給下一代,,Genomic DNA,,,,,Locus 1,Locus 2,Allele

11、1a,Allele 2a,Allele 1b,Allele 2b,One individual,Allele 1b,Allele 2a,Genotype of locus 1,Allele 1a,Allele 2b,,,Genotype of locus 2,,,,,Haplotype (chr.),Haplotype (chr.),25,26,單體型與復(fù)雜疾病關(guān)聯(lián)研究,單體型可體現(xiàn)多個(gè)位點(diǎn)的聯(lián)合作用產(chǎn)生兩條多肽鏈，不同氨基酸殘基之間

12、的相互作用大多數(shù)染色體區(qū)域只有少數(shù)幾個(gè)常見(jiàn)的單體型（>5%）如：55%+30%+8%+…代表了一個(gè)群體中人與人之間的大部分多態(tài)性使用標(biāo)簽SNP（tagSNP）：簡(jiǎn)化,27,28,29,國(guó)際人類基因組單體型圖計(jì)劃（Hapmap),在全基因組規(guī)模進(jìn)行高密度的SNP檢測(cè)確定數(shù)百萬(wàn)SNP位點(diǎn)的不同基因型在不同種族和人群中的分布頻率建立能代表染色體某一區(qū)域多態(tài)性的標(biāo)簽SNP（tag-SNPs）http://hapmap.ncbi

13、.nlm.nih.gov/,30,單體型的構(gòu)建,一般基因檢測(cè)方法：基因型某一個(gè)等位基因位于哪一條染色體（父方還是母方）？家系資料加基因分型分子方法等位基因特異性PCR（allele specific PCR，AS-PCR）體細(xì)胞雜交統(tǒng)計(jì)推導(dǎo)：如PHASE2.0,31,候選基因關(guān)聯(lián)研究或候選通路研究（ candidate gene/pathway approach）全基因組關(guān)聯(lián)研究（ Genome-Wide Analysis

14、 ）費(fèi)用統(tǒng)計(jì)能力多次獨(dú)立檢驗(yàn)造成犯Ⅰ類錯(cuò)誤（假陽(yáng)性）的可能性增加,32,候選基因關(guān)聯(lián)研究的基本過(guò)程,選擇候選基因基于對(duì)疾病本身和相關(guān)基因或生物學(xué)通路的了解模式生物、微陣列表達(dá)分析連鎖分析相關(guān)的單基因遺傳病,33,評(píng)估候選基因在對(duì)照人群中的連鎖不平衡狀態(tài)及單體型結(jié)構(gòu)參考公共SNP數(shù)據(jù)庫(kù)中相同人群的資料,34,SNP數(shù)據(jù)庫(kù),35,選擇要檢測(cè)的SNP位點(diǎn)更可能有功能意義的位點(diǎn)，如非同義SNP、啟動(dòng)區(qū)SNP、剪切區(qū)SNP等考

15、慮SNP的頻率“常見(jiàn)疾病/常見(jiàn)變異”理論選擇在人群中的出現(xiàn)頻率與疾病的發(fā)病率相應(yīng)的SNPrare variants–common disease (RV-CD),36,檢測(cè)病例組和對(duì)照組中各SNP位點(diǎn)的基因型相關(guān)分析表型和SNP基因型、等位基因及單體型χ2檢驗(yàn)，logistic 回歸,37,如果發(fā)現(xiàn)相關(guān)：確定真正的致病位點(diǎn)功能分析研究其它緊密連鎖的相鄰位點(diǎn)與疾病的關(guān)聯(lián)大量的流行病學(xué)調(diào)查,38,候選基因關(guān)聯(lián)研究目前存在