Непараметрический анализ связи признаков (болезней) в генетике
Один из типов непараметрического анализа — метод больных сибсов. При этом анализируют сибсов, конкордатных по болезни, тем самым устраняя проблему определения непенетрантного носительства патологических аллелей. Нет необходимости делать предположения о количестве локусов, участвующих в развитии признака или типе его наследования.
Взамен сибсов анализируют, чтобы определить, имеются ли в пораженных парах сибсов аллели, встречающиеся чаще, чем ожидаемые 50%. При использовании метода больных сибсов их ДНК систематически анализируют с использованием сотен полиморфных маркеров для всего генома (так называемое геномное сканирование) для поиска регионов, которые встречаются у сибсов значительно чаще, чем ожидается.
Когда обнаруживается повышенная частота сцепления с полиморфным маркером, предполагают, что локус, участвующий в развитии болезни, расположен близко к этому маркеру. Случайно ли отклоняется степень сцепления аллелей от ожидаемых 50%, можно оценить с помощью отношения шансов в форме максимального правдоподобия, рассчитав NPL-оценку повышения сцепления аллелей, подобно тому, как модельный анализ сцепления использует LOD-оценку частоты рекомбинации между двумя локусами, если она менее 50%.
Чем больше анализируется полиморфных локусов в геноме при повышенной частоте общих аллелей, тем более вероятно, что какой-то локус чисто случайно окажется похожим на значимо повышенное сцепление аллелей. Чтобы понять, почему так происходит, рассмотрим пример с подбрасыванием монеты.
Маловероятно, чтобы единственный эксперимент из пяти попыток дал пять выпадений орла, но такое весьма вероятно, если эксперимент повторять сотни раз. При типичном геномном сканировании с использованием около 400 маркеров непараметрические пороги оценки LOD для определения значимости повышенной частоты общих аллелей предполагают уменьшение риска неправильно определенной значимости за счет случайных отклонений от ожидаемых уровней.
При этой установке оценка LOD больше, чем приблизительно 3,6, вероятность случайного совпадения аллелей в локусе будет менее чем 1 из 20; оценка LOD больше, чем 5,4 — менее чем в 1из 1000 исследований.
Хотя метод больных сибсов не требует каких-либо, возможно ошибочных, предположений о числе задействованных локусов и взаимодействии в них аллелей, это достигается ценой низкой чувствительности и точности метода. Низкая чувствительность проявляется в том, что необходимо множество пар сибсов для обнаружения значимого отклонения от ожидаемой частоты в 50%. Предположим, аллель в локусе болезни имеет частоту 10% в популяции и увеличивает риск болезни в 4 раза у гетерозигот и в 16 раз у гомозигот.
В этой ситуации при наилучших обстоятельствах, чтобы обнаружить повышение частоты общих аллелей примерно на 60%, потребуется 185 пар сибсов. Если локус сравнительно редкий или вызывает значительно меньшее увеличение риска болезни, чем 4-х кратное у гетерозигот, повышение частоты общих аллелей будет пропорционально меньше. В этом случае для обнаружения локуса потребуется значительно больше пар сибсов, тысячи или десятки тысяч.
Таким образом, фактически, метод больных сибсов вряд ли применим для идентификации локусов с небольшим числом редких аллелей или аллелем, делающим только незначительный вклад в развитие болезни.
Кроме этого, метод отличается низкой точностью. Поскольку не предполагается, что задействован единственный ген или конкретный тип наследования, невозможно точно определить факт рекомбинации между локусом-кандидатом и фенотипом болезни. При модельном методе анализа сцепления для точного картирования моногенной болезни используют ближайшие маркеры с любой стороны гена болезни, рекомбинирующие с геном болезни, по крайней мере, один раз, определяя тем самым границы узкого критического интервала, в котором должен находиться ген болезни.
В противоположность свободные от модели методы могут идентифицировать только широкие регионы повышения частоты общих аллелей, а не узкий критический регион, ограничивающий позицию гена, способствующего появлению сложного признака. Тем не менее после использования непараметрического метода анализа сцепления для выделения областей интереса поиск вариантов в данных областях, находящихся в неравновесном сцеплении с геном болезни, может быть использован эффективно. Комбинированный подход имел определенный успех в обнаружении аллелей при таких комплексных болезнях, как воспалительная болезнь кишечника и возрастная дегенерация макулы (ВМД).
Непараметрический анализ сцепления количественных признаков
Методы анализа сцепления без модели, основанные на общих аллелях, также могут использоваться для поиска локусов, задействованных в формировании количественных многофакторных признаков. Хотя доступно множество методов, один интересный пример — метод высокодискордантных пар сибсов. Здесь также нет необходимости делать предположения о количестве локусов или типе наследования.
Выбирают пары сибсов с величинами физиологического показателя, находящимися в противоположных концах нормальной кривой распределения и считают их рассогласованными по данному количественному признаку. Можно считать весьма маловероятным наличие общих аллелей в локусах, содействующих развитию признака.
Затем ДНК дискордантных сибсов подвергают систематическому анализу с использованием полиморфных маркеров по всему геному для поиска регионов, которые реже встречаются у сибсов по сравнению с ожидаемым случайным распределением. Если обнаруживается снижение числа общих аллелей полиморфного маркера, это указывает, что маркер связан с локусом, аллели которого содействуют изучаемому физиологическому показателю.
