Badania genetyczne

w chorobach

wieloczynnikowych

Wielogenowe/ Wieloczynnikowe

• interakcja wielu genów

• wiele czynników (w tym środowiskowych) +

podatność na te czynniki uwarunkowana genami

wielogenowe

AR

AD

Wpływ środowiska

Choroby wielogenowe

• Niektóre choroby będące efektem wielu

genów:

– Miażdżyca

– Nadciśnienie

– Cukrzyca

– Nowotwory

– Choroby neurodegeneracyjne (Alzheimer, …)

– Immunologiczne (RZS, SM, ...)

– … wiele, wiele innych.

Freq

1p32.2

PPAP2B

0,91

rs17114036

1,17

1q41

MIA3

0,72

rs17465637

1,14

2q33.1

WDR12

0,14

rs6725887

1,17

3q22.3

MRAS

0,15

rs9818870

1,15

6p21.31

ANKS1A

0,75

rs17609940

1,07

6p24.1

PHACTR1

0,65

rs12526453

1,12

6q23.2

TCF21

0,62

rs12190287

1,08

6q25.3

LPA

0,07

rs10455872

1,7

7q22.3

BCAP29

0,74

rs10953541

1,08

7q32.2

ZC3HC1

0,62

rs11556924

1,09

10q11.21

CXCL12

0,84

rs1746048

1,17

11q22.3

PDGFD

0,22

rs974819

1,07

13q34

COL4A1/2

0,44

rs4773144

1,07

14q32.2

HHIPL1

0,43

rs2895811

1,07

15q25.1

ADAMTS7

0,57

rs3825807

1,08

15q25.1

ADAMTS7

0,65

rs4380028

1,07

17p11.2

SMCR3

0,56

rs12936587

1,07

17q21.32

GIP

0,53

rs46522

1,06

19p13.2

LDLR

0,75

rs1122608

1,15

21q22.11

MRPS6

0,13

rs9982601

1,2

9p21.3

ANRIL

0,56

rs4977574

1,29

aortic/intracranial aneurysm

1p13.3

SORT1

0,81

rs646776

1,19

lipid traits

1p32.3

PCSK9

0,81

rs11206510

1,15

lipid traits

6p21.33

HLA-C

0,56

rs3869109

1,14

lipid traits

6q25.3

LPA

0,02

rs3798220

1,92

lipid traits

11q23.3

APOA5

0,13

rs964184

1,13

lipid traits

10p11.23

KIAA1462

0,43

rs2505083

1,08

non-alcoholic fatty liver disease

9q34.2

ABO

0,21

rs579459

1,1

fytosterol level, venous thromboembolism etc.

10q23.2

LIPA

0,37

rs1412444

1,1

blood pressure

10q24.32

CYP17A1

0,89

rs12413409

1,12

blood pressure, intracranial aneurysm

9p21.3

MTAPe

0,59

rs7865618

1,18

diabetes

17p13.3

SMG6

0,37

rs216172

1,07

diabetes

OR

Other associations inlc. those
with TRF

locus

Gene

SNP

Niezależne czynniki ryzyka

CHD zidentyfikowane przez

GWAS w populacji

kaukaskiej

(modified from Prins et al. Atherosclerosis

2012)

Single gene

vs.

Polygenic

(

multifactorial

) diseases

!!! Other methods of analysis are needed !!!

Jednogenowe

Wielogenowe

(wieloczynnikowe)

Rare

Frequent

Rare

Frequent variants

Single

Multiple loci

High (~1)

Very low penetrance
(ambiguosus net adverse
effect)

Multiplex families freq.

Very rare

Clearly

Not so clearly pathogenic

Idealne badanie wpływu genu

na występowanie choroby

• W populacji każdy jest typowany i klasyfikowany

jako posiadający dany genotyp lub nie

• Występowanie choroby jest monitorowane

przez długi czas (najlepiej całe życie)

• Częstość choroby jest porównywana w obu

grupach

Genotyp (+)

Genotyp (-)

Idealne badanie -

przykład

Porównanie ryzyka (R) wśród osób

z danym genotypem i bez niego

•

Różnica

• Iloraz (

ryzyko względne, RR)

• Przykład: jeśli choroba wystąpiła u 26% z badanym

genotypem, a w pozostałej grupie wśród 15%

–

Różnica ryzyka = 26% - 15% = 11%

– Iloraz ryzyka (RR) = 26/15 = 1,7

Co lepsze: różnica czy iloraz?

•

Różnica - bezwzględna miara roli genotypu
w patogenezie choroby

– Jest to przydatne w ocenie np. liczby osób, które

chorują ,,z powodu” genotypu, może być istotne

w planowaniu działań zapobiegawczych.

• Iloraz –

względna miara roli genotypu

w patogenezie choroby

– Lepiej oddaje silę efektu genotypu na rozwój

choroby, bardziej przydatna w badaniach
podstawowych nt. etiopatogenezy

Jeśli choroba jest rzadka

różnica ryzyka

(miara bezwzględna) może być

mała, ale

iloraz

(RR, miara względna) może być

duży

•

Przykład:

Wśród osób z genotypem ryzyko = 1,5%, wśród

pozostałych = 0,3%

–Iloraz (RR) = 1,5/0,3 = 5,0
–Różnica = 1,5 – 0,3 = 1,2%

Chorzy

a

c

d

(a + b)

(c + d)

Genotyp (-)

b

obserwacja

Względne ryzyko =

proporcja częstości choroby wśród osób z genotypem

do częstości choroby wśród osób bez genotypu

Zdrowi

Chorzy

Zdrowi

Tab

ela podsumowująca

powiązanie genotypu i choroby

Choroba

Tak

Nie

Tak

Nie

a

b

c

d

a + b

c + d

c

a

RR =

Względne ryzyko (RR)

wśród osób z genotypem

(względem osób bez genotypu)

Szanse (odds)

Szanse (Odds):

szczególny przypadek

ilorazu prawdopodobieństw

(Likelihood ratio)

bardzo popularnego

w genetyce i statystyce

Prawdopodobieństwo vs. szanse

• Prawdopodobieństwo (P) liczba z przedziału 0-1

określająca częstość pewnego zdarzenia przy

nieskończonej liczbie powtórzeń

• Szanse (odds) - opisują prawdopodobieństwo jako

iloraz:

Szanse = p / (1

− p)

Szanse są zawsze >P (P dzieli się przez liczbę <1)

• Na przykład: jeśli

prawdopodobieństwo

zachorowania wynosi

1/5 to szanse zachorowania

wynoszą: (1/5) / (4/5) = 1/4

Iloraz szans (OR, odds ratio) dla

wystąpienia choroby w obecności

danego genotypu

• Szanse = p / (1−p), zatem:

• szanse choroby wśród osób z genotypem to:

(częstość choroby wśród osób z genotypem) /

(1 -

częstość choroby wśród osób z genotypem)

• Podobnie, szanse choroby wśród osób bez genotypu

to:

(częstość choroby wśród osób bez genotypu) /

(1 -

częstość choroby wśród osób bez genotypu)

Iloraz tych szans to tzw.

iloraz szans (odds ratio, OR)

Iloraz szans (OR) dla choroby

wśród osób

z genotypem

względem osób bez genotypu

Choroba

Tak

Nie

Tak

Nie

a

b

c

d

a + b

c + d

c

a

OR =

a

a + b

1

−

c

c + d

1 −

Jeśli choroba jest rzadka

zarówno wśród osób z genotypem,

jak i wśród osób bez genotypu,

RR i OR

są bardzo podobne

Przykład: występowanie RZS

wśród osób z HLA-DR4 = 0,018,

a wśród pozostałych = 0,003

RR = 0,018/0,003 = 6,0

OR = 0,01833/0,00301 = 6,09

,,Rzadka” w praktyce oznacza ok. <10%

Jeśli choroba jest względnie częsta,

RR i OR

są różne

Przykład:

Ryzyko przy obecności genotypu = 0,6

i ryzyko przy braku genotypu = 0,1

to:

RR = 0,6/0,1 = 6,0

OR = (0,6/0,4) / (0,1/0,9) = 13,5

,,Rzadka” w praktyce oznacza <10%

,,Częsta” w praktyce oznacza >10%

Formalnie

OR = RR x (1

−

częstość gen(-)

) / (1

−

częstość gen(+)

)

Jeśli

częstość gen(-)

i

częstość gen(+)

<< 1,

ich iloraz : ~1/1=1

W praktyce za wartość graniczną przyjmuje się 10%

Przykładowe badanie

Genotyp (+)

Genotyp (-)

7

493

4

496

Choroba

Na przykładzie poniżej dla oceny RR

choroby kluczowa jest proporcja 7/4

(

obarczona znacznym błędem)

7

493

4

496

Choroba
+ -

RR=(7/500) / (4/500)
RR=7/4

W praktyce błąd można zmniejszyć

zwiększając grupę chorych

7

493

4

496

Choroba
+ -

+

700

493

400 496

Choroba
+

707

493

404

496

Choroba
+ -

=

RR=1,76

OR=1,75

RR=1,31

OR=1,75

RR zmienia się istotnie

ale

OR pozostaje bez zmian

!

Ustalenie OR jest zwykle

łatwiejsze

Ogólnie:

OR dla choroby = OR dla genotypu

a + b

c + d

c

a

OR

chor.

=

a

a + b

1 -

c

c + d

1 -

=

a

a + b
b
a + b
c
c + d
d
c + d

a
b
c
d

=

=

ad
bc

Iloraz szans (OR) obliczony

dla

występowania choroby

wśród osób z i bez genotypu

Iloraz szans (OR) obliczony

dla

występowania genotypu

wśród chorych i zdrowych

Choroba

Tak

Nie

Tak

Nie

a

b

c

d

a + c

b + d

b

a

OR

gen.

=

a

a + c

1 -

b

b + d

1 -

Iloraz szans (OR) obliczony

dla

występowania genotypu

wśród chorych i zdrowych c. d.

a + c

b + d

b

a

OR

gen.

=

a

a + c

1 -

b

b + d

1 -

=

a

a + c
c
a + c
b
b + d
d
b + d

a
c
b
d

=

=

ad
bc

Podsumowanie

• Względne ryzyko (RR) jest preferowaną miarą

siły powiązania genotypu i choroby istotną w
ocenie ryzyka u pacjenta

• W praktyce łatwiej jest ustalić iloraz szans (OR)

• Iloraz szans (OR) stanowi dobre przybliżenie

względnego ryzyka jeśli choroba występuje
stosunkowo rzadko (<10%) zarówno u osób
z genotypem jak i bez.

Problemy z grupą kontrolną

• Wykorzystanie rodziców (TDT –

transmission disequilibrium test,
test nierównowagi transmisji)

• Wykorzystanie odstępstw od prawa

Hardy’ego-Weinberga

2.) HWE mapping

34

1.)

Association

Dziękuje za uwagę !

OR dla choroby = OR dla genotypu

a + c

b + d

b

a

OR

gen.

=

a

a + c

1 -

b

b + d

1 -

=

a

a + c
c
a + c
b
b + d
d
b + d

a
c
b
d

=

=

ad
bc

Co ważne !

Iloraz szans (OR) dla choroby

wśród osób z

genotypem względem osób bez genotypu cd.

a + b

c + d

c

a

OR

chor.

=

a

a + b

1 -

c

c + d

1 -

=

a

a + b
b
a + b
c
c + d
d
c + d

a
b
c
d

=

=

ad
bc