Estrategias para demostrar susceptibilidad genética a enfermedades comunes

Transcripción

1 Clase 2

2 Estrategias para demostrar susceptibilidad genética a enfermedades comunes Estudios de poblaciones/migración Estudios familiares Estudios con gemelos Estudios de adopción Ligamiento Asociación Estudios bioquímicos/ pruebas funcionales Modelos animales

3 Estudios de poblaciones/migración Diferencias en incidencia en diferentes grupos poblacionales sugieren importancia de factores genéticos. Pero cuesta separar el ambiente Estudios de grupos que migran de una población con baja incidencia de la enfermedad a una con alta incidencia. Ver si la incidencia en el grupo migratorio se mantiene o sube.

4 Estudios de poblaciones/migración Ej: japoneses que migraron a EEUU. Características como grupo sanguíneo, estatura se mantienen similares (alto componente genético). Características como lípidos, peso, presión varían fuertemente entre grupos que migraron y grupos que se quedaron en el país de origen.

5 Problemas con estudios de migración Sólo sirven cuando el riesgo de alguna condición es significativamente diferente entre las dos poblaciones Calidad de los datos puede diferir entre regiones o países Sesgo de selección: grupo migratorio puede no ser representativo de la población total original. Entonces el supuesto de composición genética similar entre los dos grupos (el que migra y la población total que no migra) no se cumple. Población que migra puede tener mejor o peor estado de salud que la población general

6 Estudios familiares Mayor frecuencia de la enfermedad en familiares de una persona afectada que en la población general (agregación familiar) La proporción de parientes afectados para un grado de relación (primer grado, etc) puede ser usado para calcular riesgos empíricos y puede dar evidencia de contribución genética

7 Estudios familiares Agregación familiar no implica necesariamente base genética Por qué? Fenocopias, penetrancia incompleta complican los análisis familiares (definición más adelante)

8 Estudios familiares Agregación familiar no implica necesariamente base genética Por qué? Fenocopias, penetrancia incompleta complican los análisis familiares (definición más adelante)

9 Riesgo relativo Agregación familiar se puede medir comparando la frecuencia de la enfermedad en familiares de un afectado con la frecuencia (prevalencia) en la población general Riesgo relativo (λr) se define como: λr = prevalencia enfermedad en pariente r de una persona afectada prevalencia de la enfermedad en la población λr = 1 indica que un familiar del afectado tiene el mismo riesgo de desarrollar la enfermedad que cualquier individuo de la población

10 Algunos riesgos relativos Mujeres con familiar en primer grado con cáncer de mama: RR es 2,3 Mujeres con mamá y hermana afectada: RR es 14 Familiares en primer grado de persona con enfermedad bipolar: RR es 7 Familiares en primer grado de persona con glaucoma: RR es 2-4

11 Más riesgos relativos Relationship λr Schizophrenia MZ twins Siblings Autism MZ twins Siblings Manic-depressive (bipolar) disorder MZ twins Siblings 60 7 Type I diabetes mellitus MZ twins Siblings Crohn s disease MZ twins Siblings Multiple sclerosis MZ twins Siblings Disease

12 Riesgo empírico relativo para labio leporino con/sin paladar hendido en familiares de individuos afectados Población afectada Población general 1er grado 2o grado 3er grado Incidencia labio leporino λrelativo

13 Estudios con gemelos Si gemelos son idénticos y ambos están afectados: podría deberse a factores genéticos o ambientales Se compara concordancia entre gemelos dicigóticos y monocigóticos Enfermedad genética: mayor concordancia en gemelos monocigóticos que en dicigóticos Enfermedad ambiental: igual tasa concordancia

14 Monocigótico/ Dicigótico 50% 100%

15 Grado de relación y alelos en común Relación con el probando Gemelos monocigóticos Proporción de alelos en común 1 Gemelos dicigóticos 1/2 Familiar en primer grado 1/2 Familiar en segundo grado 1/4 Familiar en tercer grado 1/8

16 Estudios con gemelos Gemelos monocigóticos comparten aún más el ambiente que los dicigóticos: complica análisis Estudios con parejas de gemelos MZ criados por aparte Mismos genes, diferente ambiente Rasgo 100% genético, ambiente no jugaría papel Situación poco común Ej: gemelos criados aparte con estatura similar, pero diferencia grande en peso

17

18 Concordancia MZ/DZ

19 Gemelos MZ discordantes Si gemelos MZ criados en mismo ambiente son discordantes: La diferencia puede ser a nivel de expresión de genes (posiblemente por señales epigenéticas) Casos de gemelos MZ con fenotipo variable: Inactivación del X Transmisión asimétrica de mitocondrias Mutaciones somáticas Diferentes señales epigenéticas

20 Heredabilidad Heredabilidad (h2) desarrollada para cuantificar el papel de diferencias genéticas en la determinación de la variabilidad en rasgos cuantitativos Definida como la fracción de la varianza fenotípica total de un rasgo cuantitativo que se puede atribuir a la variación genética entre individuos Entre mayor sea la heredabilidad, mayor es la contribución de las diferencias genéticas en las personas en causar la variabilidad del rasgo A menudo mal interpretado

21 Estimación de Heredabilidad varianza en gemelos DC - varianza en gemelos MC h2 = varianza en gemelos DC Con estudios de gemelos

22 Estudios de adopción Comparar frecuencia de la enfermedad en individuos que permanecen con los padres biológicos con la frecuencia en individuos adoptados Si el rasgo tiene componente genético importante habrá mayor concordancia con la familia biológica que con la familia adoptiva

23 Más evidencia a favor de componente genético de la enfermedad Patrones de herencia mendelianos

24 Símbolos usados en árboles genealógicos

25 Autosómica dominante Persona afectada por lo general tiene por lo menos un papá afectado Afecta cualquier sexo Transmitido por cualquier sexo El hijo de una unión afectado-no afectado tiene un 50% de probabilidad de ser afectado (asume que afectado es heterocigota)

26 Autosómica recesiva Padres no afectados con hijos afectados Padres de los afectados son usualmente portadores asintomáticos Aumento en la incidencia de consanguinidad Afecta cualquier sexo 25% de probabilidad de tener un hijo afectado

27 Ligada al X recesiva Afecta principalmente hombres Hombres afectados tienen usualmente padres no afectados.la mamá es una portadora asintomática y puede tener parientes hombres afectados Mujeres afectadas si el papá es afectado y la mamá portadora o por inactivación del X no al azar

28 Ligada al X dominante A primera vista: AD Afecta ambos sexos, pero más mujeres que hombres Mujeres a menudo con fenotipo más leve y con más variación que los hombres El hijo de una mujer afectada (no importa el sexo) tiene 50% de probabilidad de estar afectado Para un hombre afectado: todas sus hijas y ninguno de sus hijos están afectados

29 Inactivación del cromosoma X Método usado en los mamíferos para compensar por el número desigual de cromosomas X en machos y hembras En cada célula somática todos los cromosomas X menos 1 son inactivados En machos XY el único cromosoma X permance activo En hembras XX: un cromosoma X se inactiva en cada célula

30 Inactivación del cromosoma X Cromosoma inactivo se observa al microscopio como cuerpo de Barr XX XXX XY XXXX Cúal se inactiva: al azar Ocurre temprano en desarrollo embrionario. Una vez que se escoge cual se inactiva: escogencia se transmite clonalmente a todas las células hijas

31 En cada mujer hay un patrón diferente: manifesting heterozygote Epigenética En qué proporción de las células se inactiva el mutado y en qué proporción el sano es al azar. Variación en expresión.

32 Displasia ectodérmica anhidrótica Rasgo se hereda El patrón no. Patrón varía de generación en generación

33 Mosaicos en daltonismo, displasia ectodérmica Daltonismo: 8% de los hombres y 0,4% de las mujeres en caucásicos. Retina de las mujeres portadoras de la mutación es un mosaico de clones que expresan el gen normal o el mutado. Depende proporción sano:mutado así el fenotipo. El 0,4% son manifesting heterozygotes.

34 Ligada X recesiva/dominante Términos deben usarse con cuidado Hay mucha variación en las mujeres: no es claramente dominante o recesiva. Depende de la proporción en la inactivación al azar.

35 Posibles complicaciones en el análisis de patrones de herencia Penetrancia incompleta, expresión variable, fenocopias Improntas Heterogeneidad genética Enfermedad multifactorial

36 Penetrancia La probabilidad de estar afectado por una enfermedad x, dado un genotipo g P(x/g) Asumimos un locus con dos alelos: Alelo normal N Alelo causante de enfermedad D La probabilidad de cada genotipo de estar afectado es: f0= P(afectado/NN), f1= P(afectado/DN), f2= P(afectado/DD) f0 es la probabilidad de fenocopias (más adelante)

37 Penetrancias en patrones mendelianos simples Genotipo NN DN DD Modelo genético General Recesivo Dominante f0 0 0 f1 0 1 f2 1 1

38 Penetrancia incompleta Evidencia herencia AD: Tres generaciones Herencia padre-hijo (no es ligada al X) Hombres y mujeres afectados con probabilidad parecida

39 Penetrancia Penetrancia: la proporción de individuos con una variante de un gen (genotipo) que expresan un rasgo particular (fenotipo). Penetrancia incompleta: menos del 100% Si de 200 personas con una variante en el ADN, 180 tienen una enfermedad: la penetrancia de la enfermedad es 90%

40 Penetrancia dependiente edad En enfermedades de inicio tardío

41 Algunas Definiciones Heterocigota compuesto: individuo con dos alelos mutantes en el mismo gen, uno en cada cromosoma del par W57X / + E387K/ + W57X / E387K CYP1B1 Glaucoma congénito

42 Heterogeneidad Heterogeneidad genética: mutaciones diferentes causan la enfermedad en diferentes familias o sugrupos: de locus:mutaciones en diferente loci causan el mismo genotipo. Ej: BRCA1 y BRCA2 alélica: hay diferentes alelos causantes de enfermedad en el mismo locus. Ej: Fibrosis quística, 1400 mutaciones diferentes

43 Expresión (expresividad) variable Grado de expresión del fenotipo varía entre individuos Ej: síndrome de Marfan. Síntomas incluyen anomalías esqueléticas, ópticas y cardiovasculares. Pueden presentar aracnodactilia, escoliosis, anomalías de esternón, dislocación del lente, problemas cardíacos. El grado de severidad en el afectado no influencia la severidad en la siguiente generación. Padre con síntomas leves puede tener hijo con síntomas leves o severamente afectado. No hay correlación genotipo-fenotipo

44 Expresión variable Epilepsia

45 Penetrancia/Expresión variable En cada fila, todos los individuos tienen el mismo alelo

46 Fenocopia Fenotipo inducido por el ambiente que imita un fenotipo relacionado con un genotipo específico Se le da sales de plata fenocopia Mutante yellow

47 Improntas Imprinted gene catalogue:

48 Rasgos poligénicos Enfermedad se debe a diferentes variantes genéticas en un número grande de loci

49 Enfermedades complejas Muchos genes y ambiente Genotipos para muchas diferentes variantes generan susceptibilidad

50 Tamaño del efecto en enfermedades multifactoriales Efecto grande de un único gen: fácil de detectar Efecto pequeño de muchos genes: difícil de detectar. Puede implicar que el tamaño de muestra tenga que ser muy grande Detección de un gen depende de poder del estudio que depende de la frecuencia de la variante causante de enfermedad en la población

51 Marcadores moleculares Características ideales: Herencia mendeliana Baja tasa de mutación Codominante Está en equilibrio Hardy-Weinberg Fácil de genotipar con precisión Polimórfico

52 Microsatélites

53 Microsatélites 1-6pb repetidos en tandem Aprox. 3% del genoma humano Entre los dinucleotídicos: AT/TA, GT/CA los más frecuentes Tetranucleotídicos: predominan los ricos en A/T Trinucleotídicos: mucho menos abundantes Casi siempre en regiones no codificantes Altamente informativos

54 Ejemplo microsatélite dinucleotídico

55 Informatividad Marcador es informativo si se puede determinar qué alelo le pasó cada padre al hijo Buena medida de informatividad: heterocigosis (no siempre meiosis heterocigotas son informativas) N.l. N.l. l l Informativa: si puedo determinar cuál de los dos alelos cada padre le pasó al hijo

56 Informatividad -Heterocigosis -Número de alelos -PIC

57 PIC La probabilidad de conocer el origen parental de cada uno de los alelos del hijo. Toma en cuenta que hay parejas heterocigotas para los mismo alelos. La mitad de las meiosis resultan en hijos heterocigotos, son no informativas Es un valor un poco menor que la heterocigosis

58 Mutación microsatélites Mutación de novo en línea germinal es por lo general ganancia o pérdida de una unidad Alelos cortos tienden a ganar unidades Alelos muy largos tienden a perderlas Mutaciones de punto ocasionales interrumpen los arreglos

59 Mutación microsatélites Ocurren por apareamiento erróneo por slipped strand En recombinación Por error de polimerasa al copiar el ADN.

60 Mutación en microsatélites

61 PCR-fluorescencia Un imprimador marcado con fluorescencia Diferentes colores: FAM (azul) TET (verde) HEX (negro) 5 (CAG)n 5

62 Análisis de varios al mismo tiempo PCR multiplex O se corren multiplex (haciendo un pool ) Saber rangos de cada uno, definir colores

63

64 Tartamudeo microsatélites Tetranucleotídico: más claro

65 Optimización del PCR

66 Para encontrar microsatélites

67 Marshfield

68 SNPs

69 SNPs Variación en un nucleótido que ocupa un sitio determinado en el ADN ADN codificante: 1SNP/ bp ADN no codificante: 1SNP/ bp Menos informativos. Por qué? Tasa mutación más baja Ej: AATGCGCCGTA AATGCGGCGTA

70

71 Genotipado de SNPs Enzimas de restricción Secuenciar TaqMan Chips

72 Mutaciones missense por secuenciación R368H D374N Wildtype Mutation

73 Mutaciones missense G61E E229K Wildtype Mutation

74 Chips/Microarrays Chip: vidrio o silicon Tiene miles de puntos microscópicos con oligonucleótidos de ADN Pedazo corto de un gen u otro elemento Se hibrida con la muestra de ADN o ARN Basado en complementaridad Hibridación entre ADN del chip y la muestra se detecta y mide por fluorescencia

75 Microarreglos Affymetrix: 10K, 100K, 500K SNPs

76 Diferente intensidad de la señal

77 Chip 6.0

78 Detección SNPs con TaqMan

79

80 Microsatélites vs SNPs Microsatélites SNPs Menor cantidad Mapa menos denso Más informativos Más alta tasa de mutación Genotipado más lento Mayor cantidad Mapa más denso Menos informativos Baja tasa de mutación Posibilidad de genotipado high throughput SNP Microsatélite

81 Artículo estudios gemelos Repartir exposiciones