Genotip öncelikli yaklaşım - Genotype-first approach

Şekil 1. Genotip öncelikli yaklaşımın şematik gösterimi

Genotip yaklaşım -Birinci belirgin klinik ilişkilendirmek belirli genotiplere genetik epidemiyolojik çalışmalarda kullanılan stratejinin türüdür fenotipleri kompleks hastalığı ya da özelliğin. Şimdiye kadar genom çapında ilişkilendirme çalışmalarına (GWAS) rehberlik eden geleneksel strateji olan “önce fenotip”in aksine , bu yaklaşım, bireyleri ilk olarak klinik fenotipik sınıflandırmadan önce moleküler testlere dayanan istatistiksel olarak ortak bir genotip ile karakterize eder. Bu gruplandırma yöntemi, şüpheli tanılarına bakılmaksızın, gözlenen fenotipler için ortak bir genetik etiyolojiye dayalı hasta değerlendirmelerine yol açar. Böylece, bu yaklaşım başlangıçtaki fenotipik yanlılığı önleyebilir ve hastalık etiyolojisine önemli katkı sağlayan genlerin tanımlanmasına izin verebilir .

Bu yaklaşım fenotipik heterojenlikten, eksik penetrasyondan ve ifade düzeylerinden etkilenmez . Bu nedenle, otizm spektrum bozukluğu ve zihinsel engelli gibi örtüşen karmaşık hastalıklarda , hastalıkların ayırt edilmesini sağlayan ve genomik içeriğe dayalı olarak hastalığın spesifik alt tiplerinin belirlenmesi yararlıdır .

Şu anda, genotip öncelikli yaklaşım öncelikle araştırma amaçları için kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bu çalışmalardan elde edilen çıkarımlar, aynı genetik etiyolojiye sahip bireyler için geliştirilmiş tanı, danışmanlık ve destek grupları dahil olmak üzere değerli klinik uygulamalara sahip olabilir.

Arka plan

Başlangıçta bireylerin genotipini ve daha sonra bunlarla ilişkili fenotip(ler)i belirleme fikri ilk olarak erken sitogenetik çalışmalarda kullanılmıştır. 1960 civarında Trizomi 21'in keşfi, genetiğin fenotip(ler)i tahmin etmek için kullanılabileceğinin anlaşılmasına yol açtı. 1960'lardan 1990'lara kadar kromozom bantlama ve floresan in situ hibridizasyon (FISH) gibi sitogenetik teknikler , kromozomal anormallikleri olan hastaları tanımlamak ve fenotipik olarak karakterize etmek için kullanıldı.

Karmaşık hastalıklar ve özellikler, çok faktörlü hastalıklar olmaları nedeniyle epidemiyolojik çalışmalar için birçok zorluk oluşturmaktadır. Birden fazla gen , karmaşık bir hastalığın altında yatabilir ve genellikle monogenik hastalıklarda ( Mendel hastalıkları ) gözlenenden daha küçük bir etkiye katkıda bulunur . Ek olarak, bu karmaşık hastalıkların çoğu, çeşitli fenotiplerin yanı sıra geniş bir ifade ve penetrasyon yelpazesi sergiler. Genler ayrıca , görünüşte farklı birçok klinik fenotipi hesaba katan pleiotropik olabilir . Bu özellikler, hem araştırmaların hem de klinik çalışmaların , gözlemlenen fenotiplere nedensel genleri veya varyantları belirleme ve bozuklukları sınıflandırma yeteneğini sınırlar .

Klinisyenler, genomik hastalıkları ortak bir fenotip yerine ortak bir genotipe göre sınıflandırma ihtiyacını ve genotip öncelikli yaklaşımın bu amaca nasıl fayda sağlayabileceğini anlamaya başlıyor.

yöntemler

Genotip öncelikli yaklaşımla birkaç yöntem kullanılabilir, ancak genellikle aşağıdaki adımlar dahil edilir:

  1. Bir çalışma popülasyonunun oluşturulması ve genotipleme
  2. Çalışma popülasyonunda bulunan ilgili genomik varyantların analizi
  3. Çalışma popülasyonları genotipe göre toplanır
  4. Genotipin ilgili grup içindeki fenotip(ler) ile ilişkisi

Genotipleme, yeni nesil dizileme teknolojileri ( tüm genom dizilimi ve ekzom dizilimi dahil ) ve mikrodizi analizleri kullanılarak oluşturulur. Ham veriler daha sonra değişkenlerin popülasyona dayalı sıklığı için istatistiksel olarak analiz edilir. Yaygın varyantlar filtrelenir ve patojenite, tahmin edilen genetik çıkarımlara rağmen belirlenir. Bu adımlar, yüksek oranda nüfuz ettiği varsayılan varyantların ve bunların spesifik lokuslarının tanımlanmasına izin verir . Seçilen varyantlar genellikle doğrulama için yeniden sıralanır (hedeflenen Sanger sıralaması ile ). Doğrulanmış genomik varyantlar daha sonra, kohort içindeki etkilenen bireyler arasında nüksler için analiz edilebilir. Bir genomik varyantın patojenitesi, istatistiksel olarak, yalnızca varyantın zararlılığına değil, etkilenmemiş bireylere kıyasla etkilenenlerde önemli ölçüde bol varlığına dayanır. Aday bir varyant daha sonra, aynı fenotiple aynı varyantı gösteren daha fazla hasta tanımlandıkça, daha güçlü bir ilişki kurulabileceği aspirasyonu ile paylaşılan bir fenotip ile ilişkilendirilebilir. Son olarak, ilişkili klinik fenotiplere özgü bir varyant arasında tanımlama yapılır [Şekil 1].

Klinik Etkiler ve Örnekler

Genotip öncelikli yaklaşım, nadir hastalıkları olan hastaları teşhis etmek, yeni hastalık genotip-fenotip ilişkilerini tanımlamak ve hastanın genotipine dayalı olarak yaygın olmayan veya heterojen hastalıkları karakterize etmek için kullanılmıştır. 2014 yılında, Fin popülasyonundaki nadir ve düşük frekanslı varyantları değerlendirmek için genotip öncelikli yaklaşım kullanıldı. Fin nüfusu izole olduğundan ve son zamanlarda diğer ülkelere göre bir nüfus darboğazından geçtiğinden, genotip öncelikli çalışmalar için iki ana fayda sunmaktadır. Darboğazlı kurucu popülasyonlarda daha küçük bir nadir varyant yelpazesi içinde daha yüksek frekanslarda zararlı varyantlar bulunur. Fin popülasyonunda tam ekzom dizilimi (WES) kullanılarak bulunan varyantlar, Finli olmayan Avrupalılardan oluşan bir kontrol grubundan WES ile karşılaştırıldığında, fonksiyon kaybı (LOF) varyantları Fin popülasyonunda daha yüksek bir sıklıkta görüldü. Bu LOF varyantlarına sahip Finli bireylerin fenotipleri daha sonra yeni genotip-fenotip ilişkilerini belirlemek için analiz edildi. Tespit edilen bu ilişkiler, embriyonik ölümcül olabilecek, fenotip öncelikli bir yaklaşım kullanılarak yapılan araştırmalarda keşfedilmemiş olabilecek bilgileri içeriyordu. Buna ek olarak, araştırmacılar ayrıca LPA geninde apolipoprotein A seviyelerini azaltan ve kardiyovasküler hastalığa karşı koruyucu bir fenotip sunan yeni ek varyantları keşfettiler.

Genotip-ilk değerlendirme, karmaşık heterojen hastalıkların klinik teşhisi için standart yaklaşım haline geliyor. Mikroduplikasyon ve mikrodelesyon sendromları, zeka geriliği ve gelişimsel gecikme dahil olmak üzere , ciddiyeti değişen ve bu sendromlara sahip hastaların teşhis edilmesini çok zorlaştıran bir dizi özelliğe sahiptir . Yeni nesil dizileme teknolojilerinin geliştirilmesinden bu yana, klinisyenler bu hastaları mikrodelesyonlarına veya duplikasyonlarına göre gruplandırmak ve bu gruplarda bulunan hastalık özelliklerini belgelemek için genotip öncelikli bir yaklaşım kullanabildiler. Özellikle kromozomal mikrodizi analizi, mikrodelesyon ve mikroduplikasyon sendromları olan hastaların teşhisine yardımcı olmak için klinik olarak kullanılmaktadır. Hastaları fenotipe göre hastalık alt tip gruplarına ayırmanın zor olduğu Otizm spektrum bozukluğu (ASD) gibi hastalıklarda, genotip öncelikli çalışmalar, hastaların genetiklerine dayalı olarak alt tiplere sınıflandırılmasına izin verir. Bu da OSB'nin genetik nedenlerinin daha iyi anlaşılmasını sağlayacak ve gelecekte teşhis edilecek hastalar için OSB'nin spesifik alt tiplerini tanımlayabilecektir.

Yeni hastalıklarla ilişkili genlerin tanımlanması yoluyla genotip öncelikli araştırma, ilaç şirketlerine ve ilaç geliştirmeye de fayda sağlayabilir. Karmaşık hastalıklar için, fenotip ilk gen ilişkisini kullanarak, bir hastalığa katkıda bulunan birden fazla gen nedeniyle terapötikler geliştirmek genellikle başarısız olur. Genotip öncelikli ilişkilerde, önce potansiyel terapötik hedef belirlenir.

Avantajlar ve Sınırlamalar

Avantajlar

  • Bireyleri klinik sunum yerine ortak bir genotip ile karakterize etmeye yönelik bir değişim, dizileme daha ucuz, daha hızlı ve daha verimli hale geldikçe yeni sendromların sınıflandırılmasına ve belirli hastalık alt tiplerinin genetik sınıflandırılmasına olanak sağlayacaktır.
  • Sağlıklı bir ebeveynden bir genomik varyantın kalıtımı, varyant analizinden dışlanmasıyla sonuçlanmaz, böylece değiştiricilerin fenotipik sonuç üzerindeki rolünü hesaba katar.
  • Bu yaklaşım fenotipik heterojenlikten, eksik penetrasyondan ve dışavurumdan etkilenmez.
  • Bu yaklaşım, hem ekspresyon, hem de pleiotropi ve sporadik mutasyonların incelenmesine katkıda bulunur.
  • Bu yaklaşım, genetik arka plandan bağımsız olarak hastalıkla ilişkili yüksek oranda nüfuz eden mutasyonları inceler.
  • Ortak genetik etiyolojiye sahip az sayıda hastada bile kapsamlı ve ayrıntılı fenotipleme mümkündür.
  • Bu yaklaşım, tanısal olarak kullanıldığında hastalığın atipik sunumlarını belirleyebilir.

sınırlamalar

  • Fenotip zamanla değişebilir (örneğin daha şiddetli hale gelir, fiziksel lokasyonda değişiklik olur), bu da genotip öncelikli çalışmaları, varyantın belirli bir zaman noktasında hastalık tezahüründeki rolü hakkında bir varsayım haline getirir. Bu nedenle, genotip-fenotip ilişkisinin zamanla değerlendirilmesi ve hastalığın prognozunun incelenmesi için boylamsal takip önemlidir.
  • Hafif bir fenotipe veya fenotip aralığına katkıda bulunabilecek tanımlanmış varyantlar, tanı ve prognostiği belirlemede faydalı olmayacaktır. Ancak gelecekte, daha fazla hastalık alt tipi sınıflandırıldıkça, hafif fenotiplerin daha fazla önemi olabilir.
  • Genotip-fenotip ilişkisi, klinik olarak tanınabilir fenotiplerin sunumuna dayanır.
  • Diğer genom ilişkilendirme çalışmalarında görüldüğü gibi, bu yaklaşım , özellikle tanısal olarak kullanıldığında, önemi bilinmeyen varyantlar üretebilir .

Ayrıca bakınız

Referanslar