Γενετική Επιδημιολογία Βαγγέλης Ευαγγέλου Εργαστήριο Υγιεινής και Επιδημιολογίας

Γενετική Επιδημιολογία Σχέση φαινότυπου-γονότυπου Η μελέτη της συμβολής του γενετικού υποστρώματος και της γενετικής ποικιλομορφίας στην ανθρώπινη νοσηρότητα Αίτια Πρόγνωση Ανταπόκριση στη θεραπεία …

Βασικές γνώσεις γενετικής Εύρος γονιδιώματος: 3,3 x 106 bp 3% κωδικοποιούμενες αλληλουχίες 30.000 – 40.000 γονίδια με πρωτεϊνικό προϊόν 99,9% του γονιδιώματος 2 μη-συγγενών ατόμων είναι πανομοιότυπο. Στοιχεία γενετικής ποικιλομορφίας Μονήρεις πολυμορφισμοί (SNPs) Συνώνυμοι Μη-συνώνυμοι (κωδικοποιούμενοι) Μικροδορυφορικοί δείκτες …

Γενετικοί πολυμορφισμοί Παραλλαγές ενός γονιδίου σε ένα πληθυσμό Οφείλονται κυριώς στην ύπαρξη σημειακών μεταλλάξεων (SNPs) σε μια ή περισσότερες θέσεις του γονιδίου AAGGTTA σε ATGGTTA

Πολυμορφισμοί (SNPs) Κοινοί Χαμηλής συχνότητας Σπάνιοι πολυμορφισμοί Συχνότητα ελάσσονος αλληλόμορφου: >5% ~7Μ στο ανθρώπινο γονιδίωμα Χαμηλής συχνότητας Συχνότητα ελάσσονος αλληλόμορφου:1-5% ~11Μ στο ανθρώπινο γονιδίωμα Σπάνιοι πολυμορφισμοί Συχνότητα ελάσσονος αλληλόμορφου: <1% ~>100Μ

Μεγάλες προσδοκίες… Εξατομικευμένη Διάγνωση Πρόγνωση Θεραπεία

Γενετική επιδημιολογία Η μελέτη της επίδρασης του γονιδιώματος και της ποικιλομορφίας του στην ανθρώπινη νοσηρότητα θα ήταν πολύ εύκολη αν ακολουθούσε τους νόμους του Mendel ... αλλά Η σύνθεση του γονιδιώματος είναι πολύ πιο πολύπλοκη και πολλά νοσήματα εμφανίζουν σύνθετη κληρονομικότητα

Γενετικά νοσήματα Μονογονιδιακά νοσήματα (Μεντελιανά) Μεσογειακή αναιμία Δρεπανοκυτταρική αναιμία Χρωμοσωμιακές ανωμαλίες Σύνδρομο Down, Turner, Kleinefelter Σύνθετα νοσήματα ΣΔ Στεφανιαία νόσος

Μεντελιανά χαρακτηριστικά Χαρακτηριστικά ή ασθένειες που υπόκεινται στους νόμους του Mendel μονογονιδιακά νοσήματα  ο τελικός φαινότυπος καθορίζεται από ένα ζεύγος γονιδίων ≠ ‘σύνθετα’ νοσήματα  ο τελικός φαινότυπος καθορίζεται από πολλά γονίδια

Νοσήματα σύνθετης κληρονομικότητας ΣΔ, ΣΝ, Alzheimer’s, Parkinson’s, οστεοαρθρίτιδα, … Ο τελικός φαινότυπος καθορίζεται από πολλά γονίδια. Η συμβολή κάθε γονιδίου είναι συνήθως μικρή (OR < 1.5)

Σχεδιασμοί μελετών γενετικής συσχέτισης Μελέτες ασθενών-μαρτύρων (case-control) Προοπτικές κοόρτες (prospective cohorts) Αναδρομικές κοόρτες (retrospective cohorts) Συγχρονικές μελέτες (cross-sectional) Εμφωλεασμένες μελέτες (nested)

Βασικός σχεδιασμός Μια ομάδα ασθενών με τις συχνότητες γονοτύπων και αλληλίων τους και Μια ομάδα ‘υγιών’ ατόμων με τις συχνότητες γονοτύπων και αλληλίων τους

Είδη συσχέτισης Αληθής συσχέτιση Έμμεση συσχέτιση λόγω ανισορροπίας σύνδεσης (linkage disequilibrium) Συσχέτιση λόγω τύχης Συσχέτιση λόγω συστηματικού σφάλματος Συσχέτιση λόγω τύχης και συστηματικού σφάλματος

Παλιά και νέα προβλήματα Μικρά μεγέθη δείγματος Μικρά μεγέθη σχέσης Μεγάλος αριθμός γενετικών δεικτών Αδυναμία επικύρωσης

Δύο διαφορετικές προσεγγίσεις Μελέτες σάρωσης γονιδιώματος Μελέτες υποψήφιων γονιδίων Χρήση τεχνολογίας αιχμής για τη για τη γονοτύπιση των SNPs Αγνωστικιστική προσέγγιση Εκατομμύρια πολυμορφισμοί ελέγχονται ταυτόχρονα Προσαρμογή για πολλαπλούς ελέγχους Επίπεδο σημαντικότητας: 5x10-8 Επικύρωση των σημαντικότερων ευρημάτων Έρευνα βασισμένη σε προηγούμενα ευρήματα Βιολογικό-παθοφυσιολογικό υπόβαθρο Εκ των υστέρων ανάλυση δημοσιεύμενων αποτελεσμάτων Επικύρωση των ευρημάτων

Οι εκτιμούμενοι κίνδυνοι στη γενετική επιδημιολογία είναι μικροί

Αδυναμία επικύρωσης

Όχι πάντα…

Σχέση απόδειξης και επιβεβαίωσης Πρώιμα στάδια Γενετικής Επιδημιολογίας Nature 1994 TNFA associates with cerebral malaria >1000 εώς σήμερα

Στρέφοντας την προσοχή στην επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων

Παραδείγματα διεθνών συνασπισμών Συνασπισμός Νόσημα Ομάδες Συμμετέχοντες GEFOS Οστεοπόρωση 40 133000 TREATOA Οστεοαρθρίτιδα 20 30000 GEOPD Parkinson’s 12000 DIAGRAM Σ. Διαβήτης 30 100000 GIANT Ύψος, βάρος 80 250000

Περισσότερα παλιά προβλήματα Υπερβολικά μεγάλος αριθμός γονιδίων Μοντέλα κληρονομικότητας Αλληλεπιδράσεις γονιδίων Αλληλεπιδράσεις γονιδίων - περιβάλλοντος Επιδράσεις που εξαρτώνται από το χρόνο Σφάλματα καταγραφής του γονοτύπου ή του φαινοτύπου Συστηματικά σφάλματα

Έλεγχοι σχέσεων MACH-IMPUTE ~2.5M SNPs (HapMap)-~15-50M 1KG Project

Ψύλλοι στα άχυρα;

Μετα-ανάλυση

Η μετα-ανάλυση δεν αποτελεί πανάκεια Evangelou et al, Ann Rheum Dis, 2010

Μέγα-αναλυση

Ορισμός του φαινοτύπου HIV GWAs Διαφορές στον ορισμό του φαινότυπου μπορεί να προκαλέσει μεταβολές του μεγέθους της επιδράσης Η εκτίμηση της αποτελέσματος ήταν μεγαλύτερη σε ασθενείς με γνωστη ορομετατροπή σε σύγκριση με οροθετικούς ασθενείς Εφαρμογές στο σχεδιασμό της μελέτης Evangelou et al. AJE, 2011

Φυλετικές διαφορές Εμπειρικές μελέτες έχουν δείξει πως αν και οι συχνοτητες των αλληλλίων διαφέρουν πολύ στο 58% των σχέσεων γονιδίων-ασθενειών, οι διαφορές στα μεγέθη των σχέσεων διαφέρουν μόνο στο 14% των περιπτώσεων Δεν εντοπίζονται διαφορές όταν το μέγεθος δείγματος ξεπεράσει τα 10000 άτομα Ioannidis et al, Nature Genetics

Ιεράρχηση τεκμηρίων: τα κριτήρια της Βενετίας (IJE, 2008) 1ο γράμμα = ποσότητα 2ο γράμμα = επικύρωση 3ο γράμμα = προστασία από συστηματικό σφάλμα

Ιεράρχηση τεκμηρίων: τα κριτήρια της Βενετίας (IJE, 2008)

Αλληλεπίδραση γονιδίων Απαιτείται πολύ μεγάλο δείγμα για να υπάρξουν σαφή τεκμήρια

Αλληλεπίδραση γονιδίων-περιβάλλοντος Αλληλεπίδραση γνωστών γονιδίων και επίδρασης περιβαλλοντικών παραγόντων

Χρήσιμες βάσεις EntrezSNP (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/snp) EntrezGene (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene) HapMap (http://www.hapmap.org) 1000G (http://www.1000genomes.org) GWA catalog (http://www.ebi.ac.uk/gwas/)

Αλληλούχιση εξονίων και πλήρης αλληλούχιση βάσεων

Στο άμεσο μέλλον Exome sequencing-Whole genome sequencing Δραματική μείωση του κόστους Personal Genome Εξατομικευμένη ιατρική

Σπάνιοι πολυμορφισμοί με μεγάλους κινδύνους Σπάνιοι πολυμορφισμοί με μεγάλο κίνδυνο MAF=0.2%, OR=50.6