snp關聯分析與復雜疾病

1、SNP關聯分析與復雜疾病,口腔病理研究室Department of Oral PathologySchool of StomatologyPeking University,SNP association study and complex diseases,2,1865: crossbreeding experiments1900 Mendel’s discovery recognized,1944: DNA as the m

2、aterial basis of genetic information(Avery, MacLeod, McCarty),3,,1953: DNA structure (Watson and Crick),4,人類基因組計劃（human genome project，HGP）3 billion （1mm: 3000km ）20,000 genes國際人類基因組單體型圖計劃 International HapMap Projec

3、t2003,5,人類致病基因,6,,7,遺傳變異→表型差異疾病易感性、疾病的預后及不同的治療反應個體化醫(yī)療,8,單基因遺傳病家系連鎖分析定位克隆,9,復雜性疾病,又稱多基因遺傳病由多個微效基因的累加效應結合環(huán)境因素共同作用所導致的疾病多個致病基因、每個作用都不大環(huán)境因素包括大多數人類常見疾病,10,家系連鎖分析-復雜疾病,只能檢出對表型或疾病影響很強的基因檢驗低效基因的效能差：成百上千的家系？發(fā)病晚，外顯率低極少

4、的干擾因素癥狀的嚴重程度和發(fā)病年齡差異大，診斷不確定其發(fā)病機制可能不同，涉及不同的生物學通路確定合適的研究表型、合適的人群：難,11,關聯分析（association study）,比較無血緣關系的病例組和對照組之間遺傳標記的出現頻率發(fā)現與該標記呈連鎖不平衡的致病基因,12,連鎖不平衡（linkage disequilibrium，LD）指相鄰基因位點上等位基因的非隨機性相關某一位點上的特定等位基因與同一條染色體另一基因位點

5、上的某等位基因同時出現的幾率大于人群中因隨機分布而使兩等位基因同時出現的幾率,13,多態(tài)性（polymorphism)A locus with more than one allele, each of which occurs with at least 1% frequency單核苷酸多態(tài)性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）在基因組水平上由于單個核苷酸的改變而產生的一種DNA序列多態(tài)性，其

6、中構成多態(tài)性的每個等位基因在人群中出現的頻率都不小于1%,14,兩個隨機個體間基因組DNA的差異：0.1%其中90%表現為SNP,15,SNP,雙等位基因標記主要等位基因（major allele）：在一般人群中較多見的等位基因次要等位基因（minor allele）四種可能的形式一種轉換（C>T或G>A) ：2/3三種顛換（C>A或G>T，C>G或G>C，T>A或A>T）,1

7、6,17,SNP作為遺傳標記的優(yōu)勢,第一代：限制性片段長度多態(tài)性（restriction fragment length polymorphism, RFLP）第二代：微衛(wèi)星多態(tài)性（microsatellite ）第三代：SNP變異程度不如微衛(wèi)星數量巨大，分布密度高更穩(wěn)定的遺傳特性基因分型簡單：快速、大批量、自動化,18,SNP概念界定,基因組DNA的差異cDNA中發(fā)現的：可能是RNA編輯的結果？單堿基的插入和缺失 ？

8、疾病易感等位基因？ 隱性作用、低外顯率、數量性狀…在正常人（無病個體）中可出現,19,基因突變（點突變） mutation通常與某一有害表型相關，是一種罕見的有高外顯率的變異區(qū)別突變與SNP: 1%需要檢測有代表性的大范圍的人群判定一個DNA變異是突變而不是SNP，需要說明其所處的確切人群和共檢測了多少染色體,20,SNP的數量,人類基因組每1000個堿基：1個常見SNP整個基因組:至少300萬少見SNP、特殊人群SN

9、P…,21,SNP的分布及分類,在全基因組范圍內的密度分布很不一致多數：并不位于基因編碼區(qū)，甚至不在基因區(qū)，穩(wěn)定而無害編碼區(qū)SNP（coding SNP，cSNP）非同義SNP（non synonymous SNP）：引起氨基酸的改變，1/3同義SNP（synonymous SNP）啟動區(qū)SNP：基因表達？鄰近外顯子區(qū)的內含子SNP：mRNA剪切？,22,SNP的形成及演化,發(fā)源于點突變選擇性地傳遞決定頻率的因素突變發(fā)

10、生的時間選擇壓力隨機遺傳漂變瓶頸效應85%以上的SNP為全體人類所共有,23,SNP與疾病的關聯研究,單個SNP功能有限，信息量少用1個或數個SNP來分析評價候選基因的作用?檢測病例組和對照組的全部SNP？檢測技術、統(tǒng)計能力…,24,單體型（haplotype）,同一條染色體上的多個相鄰的等位基因組合成一個整體，稱為單體型，一起遺傳給下一代,,Genomic DNA,,,,,Locus 1,Locus 2,Allele

11、1a,Allele 2a,Allele 1b,Allele 2b,One individual,Allele 1b,Allele 2a,Genotype of locus 1,Allele 1a,Allele 2b,,,Genotype of locus 2,,,,,Haplotype (chr.),Haplotype (chr.),25,26,單體型與復雜疾病關聯研究,單體型可體現多個位點的聯合作用產生兩條多肽鏈，不同氨基酸殘基之間

12、的相互作用大多數染色體區(qū)域只有少數幾個常見的單體型（>5%）如：55%+30%+8%+…代表了一個群體中人與人之間的大部分多態(tài)性使用標簽SNP（tagSNP）：簡化,27,28,29,國際人類基因組單體型圖計劃（Hapmap),在全基因組規(guī)模進行高密度的SNP檢測確定數百萬SNP位點的不同基因型在不同種族和人群中的分布頻率建立能代表染色體某一區(qū)域多態(tài)性的標簽SNP（tag-SNPs）http://hapmap.ncbi

13、.nlm.nih.gov/,30,單體型的構建,一般基因檢測方法：基因型某一個等位基因位于哪一條染色體（父方還是母方）？家系資料加基因分型分子方法等位基因特異性PCR（allele specific PCR，AS-PCR）體細胞雜交統(tǒng)計推導：如PHASE2.0,31,候選基因關聯研究或候選通路研究（ candidate gene/pathway approach）全基因組關聯研究（ Genome-Wide Analysis

14、 ）費用統(tǒng)計能力多次獨立檢驗造成犯Ⅰ類錯誤（假陽性）的可能性增加,32,候選基因關聯研究的基本過程,選擇候選基因基于對疾病本身和相關基因或生物學通路的了解模式生物、微陣列表達分析連鎖分析相關的單基因遺傳病,33,評估候選基因在對照人群中的連鎖不平衡狀態(tài)及單體型結構參考公共SNP數據庫中相同人群的資料,34,SNP數據庫,35,選擇要檢測的SNP位點更可能有功能意義的位點，如非同義SNP、啟動區(qū)SNP、剪切區(qū)SNP等考

15、慮SNP的頻率“常見疾病/常見變異”理論選擇在人群中的出現頻率與疾病的發(fā)病率相應的SNPrare variants–common disease (RV-CD),36,檢測病例組和對照組中各SNP位點的基因型相關分析表型和SNP基因型、等位基因及單體型χ2檢驗，logistic 回歸,37,如果發(fā)現相關：確定真正的致病位點功能分析研究其它緊密連鎖的相鄰位點與疾病的關聯大量的流行病學調查,38,候選基因關聯研究目前存在