Genética de doenças complexas e estudos de associação

do genoma inteiro

Leandro LimaDoutorando em Bioinformática-USP

Orientadora: Helena BrentaniCo-orientador: Ronaldo Hashimoto

(28/11/2013)

Doenças Mendelianas (ou de herança Mendeliana)

- Raras

- Causadas por um só gene

- Variações com alta penetrância

Doenças multifatoriais

- São doenças poligênicas e com influência do meio. São mais comuns que as doenças Mendelianas.

- Como saber a composição genética de uma doença desse tipo?

Herdabilidade: é a porcentagem da variação fenotípica causada pela variação genotípica

Ex: altura (dado que a variação em uma população é de 50cm, quanto dessa variação é causado pelo ambiente e quanto é causado pela variação genética?)

Figura: Bush and Moore (2012)

Exemplo dos planetas

Planeta dos clones

Suponha a existência de um planeta em que todos os moradores tem o mesmo material genético. A variação fenotípica (ex: altura ou peso) é determinada só pela influência do ambiente

Planeta com ambiente totalmente constante

Agora suponha um planeta em que todos os seres tenham o material genético diferente, mas o ambiente seja igual em todos os lugares. A variação fenotípica é determinada somente pela componente genética (variação genotípica)

Estudos com gêmeos(irmãos gerados na mesma gestação)

Gêmeos monozigóticos (MZ)

- são gerados a partir do mesmo zigoto (óvulo+espermatozóide)

- tem o mesmo material genético ao nascerem

Gêmeos dizigóticos (DZ)

- podem ser gerados a partir de mais de um zigoto

- têm cerca de 50% do material genético igual (mesma porcentagem que dois irmãos nascidos em gestações diferentes)

Estudos com filhos adotivos

Dada a existência de filhos adotivos com uma doença...

- há na família original outros casos da doença (indicando influência genética)?

- e na família adotiva (indicando influência do ambiente)?

Ou ainda...

- verificar se filhos de pais afetados que foram adotados por outra família desenvolveram a doença (indicando influência genotípica) ou não (indicando influência do ambiente).

Concordância

- Dado que um dos gêmeos tem um traço/doença, a concordância é a porcentagem das vezes em que o outro irmão também terá o traço/doença

Ex: dados 100 pares de gêmeos MZ em que pelo menos um tinha esquizofrenia, em 60 pares o outro irmão também tinha.

Logo, cmz = 60%.

Cálculo da herdabilidade

h² = (Cmz - Cdz)/(1 – Cdz),

em que h² é a herdabilidade (que mede a

fração da variação em razão dos genes); Cmz é

a taxa de concordância entre co-gêmeos MZ e

Cdz entre co-gêmeos DZ (Otto et al., 2004).

Estudos de ligação

- São estudos que têm o objetivo de encontrar partes do DNA que são herdadas juntas

- São usados para relacionar regiões (loci) a um traço ou doença

Figura: http://www.phgfoundation.org/tutorials/variantsDisease/2.html

Estudos de ligação

Ehlers-Danlos disease Teare and Barrett (2005)

Figura: Bush and Moore (2012)

Figura: Bush and Moore (2012)

Problemas em estudos de ligação

- Muitas doenças não são causadas por um gene (variação) específico

- Dessa forma, identificar os marcadores fica bem mais difícil

Estudos de associação

- Relacionam variações a doenças

Resultados positivos de associação podem ser relacionados a:

1. associação ao acaso (falso positivo)

2. desequilíbrio de ligação (associação indireta)

3. viés amostral (ou estratificação populacional)

4. associação real

Fonte: http://www.phgfoundation.org/tutorials/variantsDisease/4.html

Associação indireta

Figura: Bush and Moore (2012)

Projeto HapMap e 1000 genomas

- Têm o objetivo de encontrar as principais variações comuns presentes em diferentes populações (ex: africana, européia e asiática)

- Usando amostras de mais de 1000 pessoas, foram reportadas cerca de 300.000 a 600.000 SNPs.

Processo do Projeto HapMap

Figura adaptada do site do HapMap (http://hapmap.ncbi.nlm.nih.gov/whatishapmap.html)

Desequilíbrio de ligação

Figura: http://www.molvis.org/molvis/v14/a205/images/mv-v14-1727-f2.jpg

Desequilíbrio de ligação

Figura: Bush and Moore (2012)

Estudos de associação em genoma inteiro (ou GWAS, genome-wide

association studies)

Figura: Wikipedia (GWAS)

- Nas plataformas padrão só há variantes comuns

- Como capturar interações gênicas?- Arquitetura de doenças complexas é diferente

Possíveis soluções: > Vias metabólicas > Levar em conta dados de região promotora,

fatores de transcrição, ilhas de metilação, (e/m)QTL, microRNA, interação proteína-proteína

Problemas do GWAS

Hipótese doença comum/variação comum (DCVC)

- Doenças mais comuns seriam causadas por variações mais comuns na população

Problema: GWASs têm conseguido explicar somente uma pequena parte da variação genética

- Possíveis causas:

1. Muitas variantes comuns de pequeno efeito

(solução: usar muito mais amostras)

2. Muitas variantes raras de grande efeito

(solução: incluir variantes raras nas plataformas)

3. Alguma combinação de fatores genotípicos, do meio e interações epigenéticas

(solução: estudar interações gênicas)

Uso de interações proteína-proteína

Referências

Bush WS, Moore JH (2012) Chapter 11: Genome-Wide Association Studies. PLoS Comput Biol 8(12): e1002822.

Otto PG, Otto PA, Frota-Pessoa O. Genética Humana e Clínica. Editora Roca, 2ª edição, 2004.

Teare MD, Barrett JH (2005). Genetic linkage studies. Genetic Epidemiology 2. Lancet 2005; 366: 1036–44

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