Полногеномный поиск ассоциаций

Полногеномный поиск ассоциаций — направление биологических (как правило, биомедицинских) исследований, связанных с исследованием ассоциаций между геномными вариантами и фенотипическими признаками. Часто под полногеномным поиском ассоциаций подразумевают только поиск связей между однонуклеотидными полиморфизмами и заболеваниями человека.

Конечная цель полногеномного поиска ассоциаций заключается в идентификации генетических факторов риска, чтобы дать обоснованный прогноз о предрасположенности к заболевания, а также выявления биологических основ восприимчивости к болезни для разработки новых стратегий профилактики и лечения.

Исследования такого типа обычно сравнивают геном двух групп участников (исследования методом случай-заболевание): выборка больных и аналогичная по возрасту, полу и другим признакам выборка здоровых людей, или контрольная выборка. Материалом для исследования являются образцы ДНК каждого участника исследования. Если удается выявить варианты геномов (точнее, совокупность аллелей), которые значимо чаще встречаются у людей с данным заболеванием, то говорят, что такой вариант связан, или ассоциирован, с болезнью. В отличие от методов, которые проверяют один или несколько конкретных участков генома, полногеномный поиск ассоциаций использует полную последовательность ДНК. Следует отметить, что этот подход к исследованиям не выявляет мутации, ставшие причиной заболевания, а только более или менее значительную корреляцию с заболеванием или другим признаком.

Предпосылки

Геномы двух любых людей имеют огромное число различий. Это могут быть как однонуклеотидные полиморфизмы, так и более крупные изменения: делеции, вставки и изменения копийности генов. Любое из этих различий может отвечать за отдельные характерные особенности индивидуума, например, цвет глаз, волос, или стать причиной заболевания. До появления методов для полногеномного поиска ассоциаций, исследования основывались на анализе сцепленного наследования в семьях. Этот подход оказался весьма эффективным для выявления генов, ответственных за заболевания с простым менделеевским наследованием, таких как муковисцидоз. Тем не менее, подобные генетические исследования оказались малоэффективными для выявления причин более сложных заболеваний. В качестве альтернативы для этого метода был предложен полногеномный поиск ассоциаций. Этот тип исследований основан на анализе частоты аллелей различных генов у среди индивидуумов. Если при сравнении те или иные аллели генов встречаются у людей с исследуемым фенотипом (например, у носителей болезни) значимо чаще, чем в других, то есть основания предполагать, что именно эти аллели ответственны за проявление этого фенотипа.

Методы

В основе поиска полногеномных ассоциаций как правило лежит сравнение геномов двух групп людей: носителей исследуемого фенотипа (заболевания) и контрольной группы. Для всех индивидуумов производится генотипирование для большинства известных однонуклеотидных полиморфизмов (SNP). Далее, для каждого SNP проверяется, насколько значимы различия в распределении частот аллелей между исследуемой и контрольной группой.

Альтернативой делению на две группы в полногеномных исследованиях является количественный анализ фенотипа, например, рост, концентрация биомаркера или экспрессия гена. Кроме того, могут быть использованы данные о пенетрантности исследуемых аллелей.

Полногеномный анализ ассоциаций часто учитывает несколько переменных сразу. Это может как исказить, так и прояснить результаты, т.к. эти переменные могут быть связаны сами по себе, без влияния исследуемого феномена. Такими переменными являются, например, возраст и пол. Более того, многие вариации генома связаны с ареалом и историей распространения изначальной мутации, поэтому участники таких исследований всегда заполняют данные об этнический принадлежности и истории миграций своей семьи.

Такие исследования часто графически представляют в виде "манхеттенского графика"

Результаты

Предпринимаются попытки создать всеобъемлющие каталоги однонуклеотидных полиморфизмов, связанных с различными признаками. На 2009 год, более тысячи SNP ассоциировано с заболеваниями.

В первом исследовании по полногеномному поиску ассоциаций, проведенном в 2005 году, исследовалась возрастная макулярная дегенерация. В исследовании приняло участие 96 больных и 50 здоровых людей. Было обнаружено два однонуклеотидных полиморфизма со значимым различием частот в двух группах. Эти полиморфизмы были расположены в гене фактора H системы комплемента. Это исследование подстегнуло дальнейшие терапевтические исследования, направленное на этот белок.

В исследовании генетических вариантов, обуславливающих приспособленность тибетцев к высокогорным условиям, было выявлено два белка EPAS1 и EGLN1, связанных с транскрипционным фактором HIF-α, индуцируемым гипоксией. Исследование было проведено на 46 тибетцах и 92 ханьцах.

Один из двух белков, обнаруженных в этом исследовании, мог быть открыт раньше, если бы авторы той работы аккуратно провели статистическую обработку. Правильный анализ и интерпретация данных - одна из главных проблем полногеномного поиска ассоциаций.

Ограничения

Существуют некоторые проблемы и ограничения, связанные с полногеномным поиском ассоциаций, и используемые в связи с этим методы контроля качества и дизайна исследований. Отсутствие четко определенных тестовой и контрольной выборок, недостаточный объем выборки, необходимость контроля на множественные испытания и контроля стратификации населения являются основными сложностями. В связи с этим было отмечено, что "подход полногеномного поиска ассоциаций может быть проблематичным, потому что огромное количество статистических тестов дают беспрецедентную возможность ложно-положительных результатов ".