Анализ сцепления и фазы сцепления генов по родословным
При анализе сцепления важна информация о его фазе. Рисунок показывает две родословные семей с аутосомно-доминантным нейрофиброматозом, тип I (NF1).
В трех поколениях семьи слева, больная мать, II-2, гетерозиготна как по локусу NF1 (D/d), так и по маркерному локусу (М/т), но у нас нет информации о генотипах ее родителей.
Ее здоровый муж, II-1, гомозиготен по нормальному аллелю d в локусе NF1, и так случилось, что он оказался гомозиготным по аллелю М в маркерном локусе. Он может передавать своему потомству только хромосому с нормальным аллелем (d) и аллелем М. Благодаря этому мы сможем сделать вывод, какие аллели у каждого ребенка происходят от матери.
Два больных ребенка унаследовали аллель т вместе с аллелем болезни D, а один здоровый получил аллель М вместе с нормальным d аллелем. Без знания фазы сцепления этих аллелей у матери можно предположить, что все три ребенка рекомбинантные или все три нерекомбинантные.
Какая из двух возможностей правильная? Способа точно узнать ответ нет, поэтому мы должны сравнить вероятности двух возможных результатов. Если II-2 — М/т гетерозигота, предположим, что фаза сцепления в ее двух хромосомах — D-m и d-M в одной и D-M и d-m в другой (позже мы обсудим, почему это предположение — безопасное).
Если фаза аллеля болезни — D-m, все трое детей унаследовали хромосому, в которой не происходила рекомбинация между локусом NF1 и локусом маркера. Если вероятность рекомбинации между NF1 и маркером существует, вероятность отсутствия рекомбинации равна (1-Q), а вероятность иметь ноль рекомбинантных и отсутствие рекомбинации в трех хромосомах — Q°(1-Q)3. Вклад в общую вероятность при предположении, что эта фаза верна в половине случаев, равен 1/20°(1-Q)3.
Во второй половине случаев правильная фаза — D-М и d-m, что делает каждого из этих трех детей рекомбинантными; вероятность, что эта фаза верна в половине случаев, равна 1/2Q3(1-Q)°. Чтобы вычислить общую вероятность этой родословной, мы добавляем вероятность, вычисленную для одной фазы матери к вероятности для другой фазы. Таким образом, общая вероятность равна 1/2(1-Q)3+1/2(Q3).
С другой стороны, если сцепления между локу-сами нет, можно ожидать независимую рекомбинацию двух локусов, и вероятности рекомбинантного и нерекомбинантного генотипа в потомстве равны 1/2. Вероятность иметь трех детей с такими генотипами при предположении отсутствия сцепления равна (1/2)3 или 1/8. Тогда относительные шансы для родословной: 1/2(1 - Q)3 + 1/2(Q3)/1/8.
Если оценить относительные шансы для значений от 0 до 0,5, максимальная величина оценки LOD, Zmax, будет равна log10(4)=0,602 при Q=0,0. Поскольку значение весьма далеко до оценки LOD большей, чем 3, необходимо, по крайней мере, пять таких семей, чтобы установить связь (при 0=0,0) между этим маркерным локусом и NF1.
С чуть более сложными вычислениями (сделавшимися значительно легче при использовании компьютерных программ, специально написанных для облегчения анализа сцепления) можно рассчитывать оценки LOD для других величин Q.
Почему две фазы индивида II-2 в родословной, показанной на рисунке эквивалентны? Во-первых, если маркерный локус и локус NF1 не настолько близко расположены, чтобы вызвать неравновесное сцепление между аллелями в этих локусах, мы должны ожидать, что они будут в равновесном сцеплении.
Во-вторых существенную долю всех аллелей при аутосомно-доминантных болезнях со сниженной приспособляемостью, как например NF1, представляют новые мутации. Если новые мутации происходят независимо и многократно, аллели, которые случайно присутствовали в локусах, граничащих с локусом, в котором произошла новая мутация в гене NF1, затем окажутся аллелями, сцепленными с этой новой мутацией.
Группа неродственных семей, вероятно, имеет много различных мутантных аллелей, каждый из которых будет связан с каким-то аллелем полиморфного маркера. Таким образом, было бы безопасно предположить, что в родословной с неизвестной фазой сцепления на рисунке, А, фаза аллелей у индивида II-2 более вероятно будет D-M и d-tn, чем D-m и d-M.
Теперь предположим, что дополнительная информация о генотипе, показанная на рисунке Б, становится доступной для семьи на рисунке А. После проверки стало ясно, что дед по матери, 1-1, по-видимому, передал своей дочери как аллель NF1 (D) так и аллель М. Этот факт не требует предположений о том, происходил ли кроссинговер в половых клетках деда; это означает, что мы можем быть уверенными, что хромосома отцовского происхождения у члена родословной II-2, по-видимому, была D-M, а материнская хромосома была d-m. Доступность генотипов в первом поколении делает известной фазу сцепления в этой родословной.
Трое детей теперь могут быть расценены окончательно как нерекомбинантные, и мы не должны рассматривать противоположную фазу. Вероятность иметь трех детей с наблюдаемыми генотипами теперь (1-Q)3. Как и при неизвестной фазе, вероятность данных наблюдений, если сцепление между локусами отсутствует равна (1/2)3=1/8. В целом, относительные шансы для этой родословной = (1-Q)3:1/8 в пользу связи, и максимальная оценка LOD Z при Q=0,0 равна 0,903 или 8 к 1. Таким образом, степень подтверждения, поддерживающего связь (8 к 1) в ситуации известной фазы в два раза больше, по сравнению с неизвестной (4 к 1).
Определение фазы сцепления генов из родословных
Как показано на родословной на рисунке Б, знание генотипов дедушек и бабушек может оказаться полезным в установлении фазы, передающейся следующему поколению. Тем не менее в зависимости от генотипов фаза не всегда может быть определена окончательно. Например, если бабушка, 1-2, была бы М/т гетерозиготой, это не позволило бы определить фазу сцепления больной матери, II-2. Для анализа связи в родословных с Х-сцепленными заболеваниями генотип отца матери особенно важен, поскольку это обеспечивает прямую информацию о фазе сцепления матери.
Поскольку не может быть никакой рекомбинации между Х-сцепленными генами у мужчин и поскольку дочь всегда получает от отца только Х-хромосому, любой Х-сцепленный маркер в ее генотипе, отсутствующий у отца, по-видимому, унаследован от матери. Знание фазы, такое важное для генетического консультирования, может таким образом быть легко установлено при обследовании подходящих мужчин-членов Х-сцепленной родословной, если они доступны для анализа.
