Aday gen - Candidate gene
Aday gen iletken yaklaşım genetik bağlantı çalışmaları arasındaki ilişkileri odaklanan Genetik varyasyon ilgi önceden belirlenmiş genleri içinde ve fenotipleri ya da hastalık durumları. Bu, tüm genomu ortak genetik varyasyon için tarayan genom çapında ilişkilendirme çalışmalarının (GWAS) aksine . Aday genler çoğunlukla , genin söz konusu özellik veya hastalık üzerindeki biyolojik işlevsel etkisine ilişkin önsel bilgiye dayalı olarak çalışma için seçilir . Genomun spesifik, biyolojik olarak ilgili bölgelerindeki alelik varyasyona odaklanmanın arkasındaki mantık, belirli mutasyonların söz konusu genin işlevini doğrudan etkilemesi ve araştırılan fenotip veya hastalık durumuna yol açmasıdır. Bu yaklaşım genellikle , "Bir aday genin bir aleli, hastalığı olan kişilerde, hastalığı olmayanlara göre daha mı sık görülür?" sorusunu yanıtlamaya çalışmak için vaka-kontrol çalışması tasarımını kullanır. Karmaşık özelliklerle ilişkili olduğu varsayılan aday genler , genellikle sonraki GWAS'lar tarafından çoğaltılmamıştır. Aday gen çalışmalarının, bu tür özelliklerin altında yatan belirli genlere ışık tutamaması, yetersiz istatistiksel güce bağlanıyor .
seçim
Uygun aday genler genellikle, söz konusu hastalıkla bilinen biyolojik, fizyolojik veya fonksiyonel ilişkiye dayalı olarak seçilir. Bu yaklaşım, hastalığın bilinen veya teorik biyolojisi hakkında mevcut bilgilere dayanması ile sınırlıdır. Bununla birlikte, moleküler araçlar, hastalık mekanizmaları hakkında bilgi sahibi olmayı ve genomdaki potansiyel ilgi alanlarını belirlemeyi sağlıyor. Genom çapında ilişkilendirme çalışmaları (GWAS) ve nicel özellik lokusu (QTL) haritalaması, tüm genomdaki ortak varyasyonu inceler ve bu nedenle potansiyel bir aday genin içinde veya yakınında bulunan yeni bir ilgi bölgesini tespit edebilir. Mikrodizi verileri, araştırmacıların vakalar ve kontroller arasındaki farklı gen ekspresyonunu incelemesine olanak tanır ve yeni potansiyel ilgi genlerini belirlemeye yardımcı olabilir.
Organizmalar arasındaki büyük değişkenlik bazen tek nükleotid polimorfizmlerindeki (SNP) normal varyasyonu hastalıkla ilişkili varyasyona sahip bir aday genden ayırt etmeyi zorlaştırabilir . Büyük miktarda veriyi analiz ederken, en olası değişkene yol açmaya yardımcı olabilecek birkaç başka faktör vardır. Bu faktörler, SNP'lerdeki öncelikleri, genlerdeki göreceli fonksiyonel değişiklik riskini ve SNP'ler arasındaki bağlantı dengesizliğini içerir .
Ek olarak, çevrimiçi veri tabanları aracılığıyla genetik bilginin mevcudiyeti, araştırmacıların yeni aday gen hedefleri için mevcut verileri ve web tabanlı kaynakları çıkarmasına olanak tanır. Türler arasındaki genleri araştırmak için birçok çevrimiçi veri tabanı mevcuttur.
- Gen, türler arasında birçok genin fenotipleri, yolları ve varyasyonları hakkında bilgiye erişim sağlayan böyle bir veri tabanıdır.
- Yollardaki genler arasındaki işlevselliği incelerken, Gen Ontoloji Konsorsiyumu bu ilişkilerin haritasını çıkarmaya yardımcı olabilir. GO Projesi, gen ürünlerini türden bağımsız bir şekilde üç farklı şekilde tanımlar: biyolojik süreçler, hücresel bileşenler ve moleküler işlevler. Bu bilgiyi kullanmak, bir yol hakkında a priori bilgi sağlayabilir ve böylece dahil olan en olası aday genin seçilmesine yardımcı olabilir.
- Topp Gene, kullanıcıların işlevsel açıklamalar veya ağ analizi kullanarak aday genlere öncelik vermelerini sağlayan başka bir kullanışlı veri tabanıdır. ToppGene, araştırmacılara, büyük olasılıkla yüksek verimli genom teknolojileri yoluyla keşfedilen daha büyük aday gen kümelerinden olası aday genlerin bir alt kümesini seçmede yardımcı olur.
- Lynx, kullanıcıların hem işlevsel açıklamaları hem de gen ikili ilişki ağlarını kullanarak aday genlere öncelik vermelerini sağlayan entegre bir sistem biyolojisi platformudur. Lynx, kullanıcıların belirli bir hastalığa veya fenotipe katkıda bulunan bilinen genlerin bir listesi olabilen veya bir sonrakinden diferansiyel olarak eksprese edilmiş genlerin bir listesi olabilen giriş gen listesiyle alaka düzeyine dayalı olarak tüm genomdan aday genleri seçmelerine yardımcı olmak için Cheetoh ve PINTA olmak üzere iki karmaşık önceliklendirme aracı sağlar. -nesil RNA dizileme teknolojisi.
Aday gen yaklaşımından önce
Aday gen yaklaşımı tamamen geliştirilmeden önce, hastalık durumlarıyla bağlantılı genleri tanımlamak için çeşitli başka yöntemler kullanıldı. Bu yöntemler , genetik bir tarama kullanarak genetik bağlantı ve konumsal klonlama üzerinde çalıştı ve Mendel hastalıklarında göreceli risk genlerini belirlemede etkiliydi . Bununla birlikte, bu yöntemler, çeşitli nedenlerle karmaşık hastalıkları incelerken o kadar faydalı değildir:
- Karmaşık hastalıklar, hem başlangıç yaşı hem de şiddeti açısından değişiklik gösterme eğilimindedir. Bu, penetrasyon ve ifadedeki farklılıklardan kaynaklanabilir . Çoğu insan hastalığı için, hastalık fenotipinin değişken ifadesi normdur. Bu, belirli bir yaş grubu veya fenotipik belirteç seçimini çalışma için seçmeyi daha zor hale getirir.
- Karmaşık hastalığın kökenleri, bazıları hastalık fenotipleri arasında farklılık gösterebilen birçok biyolojik yolu içerir.
- En önemlisi, karmaşık hastalıklar genellikle genetik heterojenliği gösterir - etkileşime giren ve bir hastalık durumu oluşturan birden fazla gen bulunabilir. Çoğu zaman, her bir gen, üretilen fenotipten ve bozukluk için genel riskten kısmen sorumludur.
Bağlantı analizi çalışmalarının dezavantajlarına rağmen, yine de hastalıkla bağlantılı genleri izole etmek için ön çalışmalarda faydalıdırlar.
eleştiriler
Aday genlerle ilgili bir çalışma, yanlış pozitif veya negatif sonuçlar yaratma şansını en aza indirmeye çalışırken, veri kullanımını dengelemeye çalışır. Bu denge genellikle zor olabileceğinden, aday gen yaklaşımına ilişkin, böyle bir çalışmaya başlamadan önce anlaşılması önemli olan birkaç eleştiri vardır. Örneğin, aday-gen yaklaşımının yüksek oranda yanlış pozitif ürettiği gösterilmiştir, bu da tekli genetik bağlantıların bulgularının büyük bir dikkatle ele alınmasını gerektirir.
Eleştirilerden biri, aday-gen çalışmaları içindeki bağlantı bulgularının takip çalışmalarında kolayca tekrarlanamamasıdır. Örneğin, depresyon için iyi çalışılmış 18 aday gen üzerinde (her biri 10 yayın veya daha fazla) yakın zamanda yapılan bir araştırma, orijinal yayınlardan daha büyük örnekler kullanılmasına rağmen, depresyonla anlamlı bir ilişki tespit edemedi. İstatistiksel konulara ek olarak (örneğin, yetersiz çalışmalar), bu tutarsızlıktan genellikle nüfus sınıflandırması sorumlu tutulmuştur; bu nedenle, tasarım çalışmasındaki diğer varyasyonların yanı sıra belirli bir fenotipi hangi kriterlerin tanımladığı konusunda da dikkatli olunmalıdır.
Ek olarak, bu çalışmalar a priori bilgiyi içerdiğinden , bazı eleştirmenler bilgimizin tahmin yapmak için yeterli olmadığını iddia etmektedir. Bu nedenle, bu 'hipoteze dayalı' yaklaşımlardan elde edilen sonuçlar, anonim bir yaklaşım kullanmak yerine genomdan makul adayları seçme yeteneğine bağlıdır. Karmaşık hastalıklara ilişkin sınırlı bilgi, farklı türler arasında karşılaştırmalı genomik ile üstesinden gelinebilecek 'bilgi darboğazı' ile sonuçlanabilir . Bu yanlılık, fenotipte en çok hangi faktörlerin rol oynadığına bağlı olarak dikkatlice genlerin seçilmesiyle de aşılabilir.
Deneysel yaklaşımları incelenirken bu eleştirilerin hatırlanması önemlidir. Diğer herhangi bir bilimsel yöntemle, aday gen yaklaşımının kendisi eleştiriye tabidir, ancak yine de karmaşık özelliklerin genetik yapısını incelemek için güçlü bir şekilde etkili bir araç olduğu kanıtlanmıştır .
Araştırma çalışmalarında kullanın
Aday gen yaklaşımı, özellikle sınırlamalarının geniş bir tamamlayıcı yaklaşımla aşılması durumunda, karmaşık hastalıkları incelemek için güçlü bir araçtır. Bu alandaki en eski başarılardan biri, APOC3'ün (apolipoprotein C3 geni) kodlamayan bölgesinde , daha yüksek hipertrigliseridemi ve ateroskleroz riskleriyle ilişkili tek bir baz mutasyonu bulmaktı . Kim ve arkadaşlarının yaptığı bir çalışmada, karşılaştırmalı genomik ve kromozomal kalıtsallık kullanılarak hem domuzlarda hem de insanlarda obezite özelliği ile bağlantılı genler keşfedildi . Bu iki yöntemi kullanarak, araştırmacılar, aday gen çalışmalarının yalnızca ön bilgilere odaklandığı eleştirisinin üstesinden gelebildiler. Karşılaştırmalı genomik, hem insan hem de domuz kantitatif özellik lokuslarının genom çapında karmaşık özellik analizi (GCTA) olarak bilinen bir yöntemle incelenmesiyle tamamlandı ; bu, araştırmacıların daha sonra genetik varyansı belirli kromozomlara eşlemelerine izin verdi. Bu, kalıtsallık parametresinin, belirli kromozomal bölgelerde fenotipik varyasyonun nerede olduğunun anlaşılmasını sağlamasına izin verdi, böylece bu bölgelerdeki aday belirteçlere ve genlere uzandı. Tiffin ve diğerleri tarafından yapılan bir çalışmada olduğu gibi, diğer çalışmalar da aday genleri yaygın ve tamamlayıcı bir şekilde bulmak için hesaplama yöntemlerini kullanabilir. tip 2 diyabetle bağlantılı genleri incelemek .
Birçok çalışma, benzer şekilde, bir özelliği veya fenotipi incelemek için çok disiplinli bir yaklaşımın parçası olarak aday genleri kullanmıştır. Aday genleri manipüle etmenin bir örneği, Martin E. Feder tarafından ısı şoku proteinleri ve bunların Drosophila melanogaster'daki işlevleri üzerine yapılan bir çalışmada görülebilir . Feder , bir organizmanın strese nasıl uyum sağladığında rol oynadığı varsayılan bir aday gen olan Hsp70'i incelemek için bütünsel bir yaklaşım tasarladı . D. melanogaster , bir aday geni incelemek için çeşitli sayıda genetik yaklaşımı destekleyebilmesinden dolayı, bu özelliği incelemek için oldukça faydalı bir model organizmadır. Bu çalışmanın aldığı farklı yaklaşımlar, hem aday geni genetik olarak modifiye etmeyi (siteye özgü homolog rekombinasyon ve çeşitli proteinlerin ekspresyonunu kullanarak ) hem de Hsp70'in doğal varyasyonunu incelemeyi içeriyordu . Bu çalışmaların sonuçlarının Hsp70'in çok yönlü bir görünümünü verdiği sonucuna varmıştır . Aday genlerin manipülasyonu, Caspar C. Chater'in bir yosun olan Physcomitrella patens'teki stomaların kökeni ve işlevi hakkındaki çalışmasında da görülmektedir . PpSMF1 , PpSMF2 ve PpSCRM1 , stoma gelişimindeki herhangi bir değişikliği görmek için homolog rekombinasyon ile yıkılan üç aday gendi . Nakavt deneyi ile Chater, PpSMF1 ve PpSCRM1'in P. patens'teki stoma gelişiminden sorumlu olduğunu gözlemledi . Bu aday genleri mühendislik ve modifiye ederek, bu genin bir değişim fenotipine bağlanma yollarını doğrulayabildiler. Doğal genom yapısını inceleyerek bu fenotiplerin faaliyet gösterdiği doğal ve tarihsel bağlamı anlamak bunu tamamladı.