Полиморфизм и гаплотип. Анализ сцепления генов и анализ ассоциаций
Полиморфизмы — это довольно распространенные вариации, которые встречаются чаще, чем у 1% популяции. Одиночные нуклеотидные замены SNP (single nucleotide polymorphisms), или снипы, представляют собой нуклеотидные замены, не влияющие на структуру белка. Снипы служат хорошими маркерами при картировании генов в хромосомных локусах. Снипы могут быть маркером подверженности индивидуума к заболеванию (т.е. ассоциация снипа с заболеванием может быть обусловлена либо его прямым эффектом па развитие патологии, либо его сцеплением с соседним локусом восприимчивости к этому заболеванию).
По оценкам, в геноме человека содержится 1,4 млн снинов. Характеристики как предполагаемых, так и установленных снипов можно найти в различных общественных базах данных, например dbSNP (базе данных, созданной National Center for Biotechnology в США).
Гаплотип — набор однонуклеотидных замен, расположенных в смежных участках гена и наследуемых в данной популяции в виде единого блока. Ассоциация гаплотипа с каким-либо заболеванием может быть реальной, а может быть кажущейся, что обусловлено влиянием других факторов. Если снип ассоциируется с заболеванием, то весьма вероятно, что он наследуется как часть гаплотипа, где другие снипы также статистически значимо ассоциируются с этим заболеванием.
Такие неслучайные ассоциации аллелей называют неравновесным сцеплением. Неравновесное сцепление происходит в том случае, когда аллели, расположенные в двух различных участках генома наследуются чаще, чем можно было ожидать. Поскольку снип можно рассматривать скорее как маркер, чем как причину предрасположенности к заболеванию, для доказательства причинности требуется демонстрация измененной функции гена.
В международном исследовании удалось идентифицировать все снипы на всех 22 соматических хромосомах у 300 чел. различных этнических групп из Азии, Африки, Европы, Северной и Южной Америки. Этот проект, названный Haplotype Map (НарМар, гаплоидное картирование), стартовал в 2002 г. и имел целью создать карту кластеров снипов в пределах генома человека, используя образцы ДНК представителей различных популяций; в 2005 г. были опубликованы результаты полного гаплоидного картирования.
Результаты проекта НарМар могут служить «дорожной картой» использования снипов для анализа сцепления генов, изучения различных ассоциаций и оценки вклада снип-партнеров в патогенез того или иного заболевания. Таким образом, анализ снипов позволяет понять генетические основы заболеваний: роль SNP как непосредственной причины измененной функции гена; роль снипов как маркеров заболевания, независимо от его причины; роль снипов как универсальных маркеров, необходимых для генетических исследований в связи с их широким распространением в пределах всего генома.
Анализ сцепления генов и анализ ассоциаций
Для изучения наследуемости признаков используют два подхода: анализ сцепления генов и анализ ассоциаций. Сцепление генов изучают в семейных исследованиях, где прослеживают совместное наследование 2 признаков, передающихся от родителя к ребенку. Для этого анализируют снипы, поскольку эти маркеры позволяют выявить совместное наследование 2 признаков или аллелей, расположенных близко друг к другу в хромосомных локусах. Гены, кодирующие 2 признака, обычно локализуются в непосредственной близости друг от друга, следовательно, их аллели сцеплены.
Количественно силу сцепления генов оценивают по так называемой шкале LOD (logarithm of the odds), которая представляет собой отношение логарифма вероятностей сцепления маркеров на определенном расстоянии и их сцепления при 50% совместном наследовании (т.е. когда они не сцеплены). Анализ сцепления генов обычно используют для идентификации и исследования признаков, наследуемых согласно законам Менделя. Методы анализа аллельного вложения применяют и при сравнении их подобия у близких родственников-носителей этих аллелей, например в парах близнецов.
Исследования ассоциаций на популяциях крайне важны с точки зрения изучения распространенных заболеваний, наследуемость которых не всегда строго соответствует законам Менделя. В этих исследованиях часто применяют метод «случай-контроль», когда сравнивают экспериментальную и контрольную группы. Для того чтобы па основании анализа ассоциаций сделать обоснованные выводы о функционировании генов, необходим тщательный анализ наиболее адекватных контрольных популяций. Для достижения статистической значимости различий в исследованиях по методу «случай-контроль» необходимы достаточно большие выборки.
В таких случаях для анализа известных снипов в генах-кандидатах в качестве переменных используют аллельные варианты данного снипа, а затем проводят поиск ассоциаций с наличием или отсутствием заболевания или его специфического проявления. Если спин в гене-кандидате неизвестен, такой ген непосредственно секвенируют в подгруппе лиц, включенных в исследование, и в контрольных популяциях, чтобы выяснить, какие снипы по-разному представлены в обеих популяциях. Используя метод ПЦР, проверяют наличие снипа в остальной популяции. Для подтверждения полученных результатов требуется тестирование обнаруженной ассоциации па независимой когорте. Ограничением этого подхода является неустранимое смещение в выборе генов кандидатов.
Действительно, для анализа обычно выбирают либо известные гены, либо представляющие особый интерес. Напротив, идентификация генов с помощью позиционного клонирования часто приводит к неожиданным открытиям.
