Analiza sprzężeń u człowieka. Podstawy

Podobne dokumenty
Analiza sprzężeń u człowieka. Podstawy

Analiza sprzężeń u człowieka. Podstawy

Mapowanie genów cz owieka. podstawy

Analiza sprzężeń u człowieka. Podstawy

Mapowanie genów cz owieka i badania asocjacji. podstawy

Mapowanie genów człowieka i badania asocjacji. podstawy

Podstawy genetyki I. Podstawowe pojęcia i genetyka klasyczna

WSTĘP. Copyright 2011, Joanna Szyda

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Podstawy genetyki. Genetyka klasyczna, narzędzia badawcze genetyki

Podstawy genetyki I. Podstawowe pojęcia i genetyka klasyczna

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT

Dziedziczenie cech sprzężonych, crossing-over i mapy chromosomów

Plan wykładów z genetyki ogólnej

Biologia molekularna z genetyką

PODSTAWY GENETYKI. Prowadzący wykład: prof. dr hab. Jarosław Burczyk

Podstawy genetyki I. Podstawowe pojęcia i genetyka klasyczna

1. Analiza asocjacyjna. Cechy ciągłe. Cechy binarne. Analiza sprzężeń. Runs of homozygosity. Signatures of selection

Spokrewnienie prawdopodobieństwo, że dwa losowe geny od dwóch osobników są genami IBD. IBD = identical by descent, geny identycznego pochodzenia

Podstawy genetyki. ESPZiWP 2010

Ekologia molekularna. wykład 3

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT 1. RÓWNOWAGA GENETYCZNA POPULACJI. Prowadzący: dr Wioleta Drobik Katedra Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt

[ IMIĘ I NAZWISKO:. KLASA NR.. ] Zadania genetyczne

Składniki jądrowego genomu człowieka

Zmienność populacji cz owieka. Polimorfizmy i asocjacje

Człowiek mendlowski? Genetyka człowieka w XX i XXI w.

BLISKIE SPOTKANIA Z BIOLOGIĄ

Metody i strategie genetyki i genomiki

GENETYKA POPULACJI. Ćwiczenia 1 Biologia I MGR /

a) Zapisz genotyp tego mężczyzny... oraz zaznacz poniżej (A, B, C lub D), jaki procent gamet tego mężczyzny będzie miało genotyp ax b.

Konspekt do zajęć z przedmiotu Genetyka dla kierunku Położnictwo dr Anna Skorczyk-Werner Katedra i Zakład Genetyki Medycznej

Zmienność populacji człowieka. Polimorfizmy i asocjacje

Podstawy genetyki. Genetyka klasyczna, narzędzia badawcze genetyki

Napisz, który z przedstawionych schematycznie rodzajów replikacji (A, B czy C) ilustruje replikację semikonserwatywną. Wyjaśnij, na czym polega ten

Ćwiczenie 3/4. Prawa Mendla: zadania, analiza rodowodów Sprzężenia i odległość genetyczna. Kariotypy i chromosomopatie. Prof. dr hab.

GENETYCZNE PODSTAWY ZMIENNOŚCI ORGANIZMÓW ZASADY DZIEDZICZENIA CECH PODSTAWY GENETYKI POPULACYJNEJ

Genetyka człowieka II. Cechy wieloczynnikowe, polimorfizmy i asocjacje

Podstawy genetyki człowieka. Cechy wieloczynnikowe

Genetyka człowieka II. Cechy wieloczynnikowe, polimorfizmy i asocjacje

Selekcja, dobór hodowlany. ESPZiWP

GENETYKA POPULACJI. Ćwiczenia 4 Biologia I MGR

Bliskie Spotkanie z Biologią. Genetyka populacji

Ekologia molekularna. wykład 14. Genetyka ilościowa

BIOINFORMATYKA 8. Analiza asocjacyjna - teoria

6. Uzupełnij zdanie, wstawiajac w odpowiednie miejsce wyrażenie ujawni się lub nie ujawni się :

Zadania z genetyki. Jacek Grzebyta. 21.XII.2005 version Powered by Λ. L A TEX 4 Unicode

1 Podstawowe pojęcia z zakresu genetyki. 2 Podstawowy model dziedziczenia

GENETYKA. Genetyka. Dziedziczność przekazywanie cech rodziców potomstwu Zmienność występowanie różnic pomiędzy różnymi osobnikami tego samego gatunku

PORÓWNYWANIE POPULACJI POD WZGLĘDEM STRUKTURY

Wprowadzenie do genetyki medycznej i sądowej

2. Rozdział materiału genetycznego w czasie podziałów komórkowych - mitozy i mejozy

Program ćwiczeń z przedmiotu BIOLOGIA MOLEKULARNA I GENETYKA, część I dla kierunku Lekarskiego, rok I 2015/2016. Ćwiczenie nr 1 (

Genetyka populacji. Ćwiczenia 7

Podstawy biologii. Informacja, struktura i metabolizm.

Konkurs szkolny Mistrz genetyki etap II

PRAWO CZYSTOŚCI GAMET (I Prawo Mendla) RELACJE MIĘDZY ALLELAMI TEGO SAMEGO GENU

Zmienność. środa, 23 listopada 11

Biologia medyczna, lekarski Ćwiczenie ; Ćwiczenie 19

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT SPOKREWNIENIE INBRED

PODSTAWY BIOINFORMATYKI 11 BAZA DANYCH HAPMAP

Czego nie wiedzą genetycy. wyzwania biologii w XXI wieku

Temat 6: Genetyczne uwarunkowania płci. Cechy sprzężone z płcią.

Pamiętając o komplementarności zasad azotowych, dopisz sekwencję nukleotydów brakującej nici DNA. A C C G T G C C A A T C G A...

Dziedziczenie poligenowe

Podstawy genetyki populacji. Genetyka mendlowska i ewolucja. Dobór i dryf.

Podstawy genetyki populacji. Genetyka mendlowska i ewolucja. Dobór i dryf.

Ćwiczenie 16/17. Szacowanie częstości mutacji punktowych. Mutacje chromosomowe strukturalne. Mutacje chromosomowe liczbowe.

Genetyka populacyjna. Populacja

Badania asocjacyjne w skali genomu (GWAS)

GIMNAZJUM SPRAWDZIANY SUKCES W NAUCE

Genetyka Populacji

Zadania do cz. I. ggoralski.com. Autor: Grzegorz Góralski. środa, 9 listopada 11

Dziedziczenie wieloczynnikowe. Problem przewidywalności

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

a) lokalizacja DNA i RNA w komórkach stożka wzrostu korzenia Allium cepa prep. mikr. rys.

Podstawy genetyki. Dziedziczenie wieloczynnikowe na przykładzie człowieka. Asocjacje.

Podstawy genetyki 3. Dziedziczenie jednogenowe i wieloczynnikowe na przykładzie człowieka

Metabolizm i biochemia

Depresja inbredowa i heterozja

Imię i nazwisko...kl...

Podstawy genetyki. Podstawowe pojęcia, zarys historii, genetyka klasyczna

GENETYKA POPULACJI. Fot. W. Wołkow

Zmienność genetyczna człowieka

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Podstawy genetyki populacji. Populacje o skończonej liczebności. Dryf. Modele wielogenowe.

Tematyka zajęć z biologii

Genetyka populacyjna

Wstęp do genetyki człowieka Choroby rzadkie nie są takie rzadkie

Podstawy genetyki człowieka

Genetyka człowieka II. Cechy wieloczynnikowe, polimorfizmy i asocjacje

Dryf genetyczny i jego wpływ na rozkłady próbek z populacji - modele matematyczne. Adam Bobrowski, IM PAN Katowice

1 Genetykapopulacyjna

Biologia medyczna, materiały dla studentów

Anna Szewczyk. Wydział Geodezji Górniczej i InŜynierii środowiska AGH

Zmienność populacji człowieka. Zróżnicowane genetyczne człowieka współczesnego. Polimorfizmy i asocjacje

Dobór naturalny. Ewolucjonizm i eugenika

mikrosatelitarne, minisatelitarne i polimorfizm liczby kopii

weryfikacja hipotez dotyczących parametrów populacji (średnia, wariancja)

Większość genów E. coli ma w promotorach zgodne sekwencje -10 i -35 rozpoznawane przez σ 70 (o m.cz. 70 kda).

GENETYKA POPULACJI. Ćwiczenia 5 Biologia I MGR

Transkrypt:

Analiza sprzężeń u człowieka Podstawy

Geny i chromosomy Allele genów zlokalizowanych na różnych chromosomach segregują niezależnie (II prawo Mendla) Dla 2 genów: 4 równoliczne klasy gamet W. S Klug, M.R Cummings Concepts of Genetics 8th edition, Prentice Hall, 2005

Sprzężenie Allele genów leżących na tym samym chromosomie dziedziczą się razem - sprzężenie Dla 2 genów i pełnego sprzężenia 2 równoliczne klasy gamet rodzicielskich W. S Klug, M.R Cummings Concepts of Genetics 8th edition, Prentice Hall, 2005

Sprzężenie Crossing-over (rekombinacja chromatyd niesiostrzanych w mejozie) Dla 2 genów: 2 równoliczne klasy gamet rodzicielskich 2 równoliczne klasy gamet rekombinowanych Klasy rekombinowane mniej liczne od rodzicielskich W. S Klug, M.R Cummings Concepts of Genetics 8th edition, Prentice Hall, 2005

Mapowanie genetyczne Aby powstały rekombionowane gamety, crossing-over musi zajść pomiędzy genami (loci) powstają gamety rodzicielskie powstają gamety rekombinowane W. S Klug, M.R Cummings Concepts of Genetics 8th edition, Prentice Hall, 2005

Mapowanie genów Prawdopodobieństwo crossing-over pomiędzy genami jest proporcjonalne do odległości między nimi na chromosomie Liczebność klas zrekombinowanych w potomstwie jest miarą odległości genetycznej U Drosophila najlepiej mapować za pomocą heterozygotycznej samicy i samca recesywnego A u człowieka?

Asocjacje a sprzężenie Sprzężenie - wspólna segregacja alleli genów leżących blisko siebie na chromosomie dotyczy loci, nie konkretnych alleli proste podłoże biologiczne (chromosomy, rekombinacja) badana w rodowodach i/lub parach krewnych Dotyczy cech mendlowskich - wysoka odziedziczalność, mutacje sprawcze pojedynczych genów

Asocjacje a sprzężenie Asocjacja - korelacja występowania konkretnych alleli genów w populacji dotyczy konkretnych alleli często złożone i/lub niejasne podłoże biologiczne - zjawisko statystyczne, niekiedy bez związku przyczynowego dotyczy populacji lub grupy, ale bez wymogu pokrewieństwa może niekiedy być związana ze sprzężeniem (nierównowaga sprzężeń) dotyczy cech wieloczynnikowych

Asocjacja a sprzężenie Nieprzypadkowe współwystępowanie czynników (alleli i fenotypów) na poziomie populacji (korelacja) Osoby z allelem a jakiegoś genu mają większe prawdopodobieństwo fenotypu X Czy zawsze asocjacja oznacza zależność przyczynową? Czy każda asocjacja ma wartość diagnostyczną? Czy asocjacja odkrywa gen na...? Czy zawsze czynnik ryzyka? Odpowiedzi na te i inne pytania - wykład

Nierównowaga sprzężeń Allel genu d w pobliżu markera A zmutował dając związany z chorobą allel D wiele pokoleń temu - efekt założyciela mutacja A1 d A1 D Jeżeli odległość A do d jest niewielka, wówczas większość chromosomów w populacji niosących D niesie też A1 Ale nie odwrotnie! Nierównowaga sprzężeń (linkage disequilibrium) nieprzypadkowe skojarzenie alleli w sprzężonych loci efekt założycielski. Maleje z czasem.

Asocjacja a sprzężenie Asocjacja Sprzężenie Dotyczy alleli Dotyczy genów (loci) Na poziomie populacji W rodzinie Dziedziczenie wieloczynnikowe Dziedziczenie mendlowskie - mutacje sprawcze

Metody Sprzężenie: analiza sprzężeń (mapowanie) metody parametryczne metody nieparametyczne Asocjacje - badanie korelacji (testy statystyczne)

Analiza sprzężeń u człowieka Geny człowieka są rozdzielone długimi obszarami międzygenowymi Sprzężenie pomiędzy genami, których allele dają obserwowalne fenotypy jest bardzo rzadkie Wykorzystuje się markery molekularne (RFLP, VNTR, etc.) mapy genetyczne człowieka (np. CEPH) poszukiwanie markera sprzężonego z locus choroby

Sprzężenie markera i genu choroby Asocjacja w obrębie rodziny Z reguły brak asocjacji w populacji Niezależne od struktury populacji Asocjacja populacyjna dla rzadkiego allelu i bardzo bliskiego sprzężenia nierównowaga sprzężeń

Metody mapowania Parametryczne (oparte na modelach dziedziczenia) - analiza lod dwupunktowa wielopunktowa Nieparametryczna analiza sprzężeń współwystępowanie (korelacje) alleli u spokrewnionych osób IBD (identity by descent) vs. IBS (identity by state)

Analiza nieparametrczna Dwa allele są identyczne przez pochodzenie (IBD) jeżeli są kopiami tego samego allelu rodzicielskiego A1A1 A1A2 A1A2 A1A2 IBD

Metody nieparametryczne Korelacja względnego podobieństwa u par mapowanej cechy z podobieństwem markera Badania bliźniąt Badania chorego rodzeństwa (affected siblings method) Badania rodzin (2-3 pokoleniowe) Analiza chorych krewniaków: czy w parach chorych krewnych allele markera (nieważne które) są wspólne częściej, niż w reszcie populacji?

Analiza parametryczna U Drosophila najprościej skrzyżować samicę podwójną heterozygotę z samcem podwójnie recesywnym i policzyć klasy w potomstwie. A u człowieka?

Miarą odległości jest częstość rekombinacji Częstość rekombinacji θ = prawdopodobieństwo przekazania rekombinowanej gamety Loci na różnych chromosomach segregują niezależnie => θ = 0,5 Loci blisko sprzężone segregują razem => θ = 0 Zatem θ<0,5 sprzężenie θ=0,5 brak sprzężenia

Mapowanie Jednostka: cm (centymorgan) = 1% rekombinacji Zależność nie jest liniowa Podwójny crossing-over gamety typu rodzicielskiego Interferencja crossing-over w danym miejscu zmienia prawdopodobieństwo zajścia kolejnego w pobliżu

Podwójny c-o złożony obraz Średnio 50% rekombinantów. Podobnie dla potrójnego c-o, itp. W. S Klug, M.R Cummings Concepts of Genetics 8th edition, Prentice Hall, 2005

Funkcja mapowa Zależność odległości genetycznej od częstości rekombinacji Funkcja mapowa Haldane a wielokrotne c-o, bez interferencji d = ln(1 2θ) 2 Funkcja Kosambi ego uwzględnia też interferencję, szeroko stosowana Dla małych θ: d θ d = 1+ 2θ ln( 1 2θ ) 4

Funkcja mapowa Wraz ze wzrostem odległości częstość c-o dąży do 0,5 Dla genów niesprzężonych rekombinantów jest 50%, podobnie jak dla genów leżących w dużej odległości

Płeć a częstość rekombinacji Całkowita mapa mężczyzny = 2851cM (autosomy) Całkowita mapa kobiety = 4296 cm (autosomy) Dla ~3000Mb genomu autosomów 1 cm u mężczyzn 1,05 Mb 1 cm u kobiet 0,7 Mb średnia 1 cm 0,88 Mb stosunek różny w różnych obszarach genomu

Wiarygodność (likelihood) Wiarygodność: prawdopodobieństwo uzyskania zaobserwowanych danych przy założeniach modelu i jego określonych parametrach

Wiarygodność (likelihood) W rodowodzie w pełni informatywnym dane: R=liczba rekombinantów; NR=liczba genotypów rodzicielskich parametr: częstość (prawdopodobieństwo) rekombinacji θ Hipoteza zerowa brak sprzężenia (θ=0,5) Stosunek wiarygodności dla danej wartości θ: L(θ)/L(θ=0,5) lod score (Z) = logarithm of odds logarytm dziesiętny stosunku wiarygodności

Proste przykłady obliczeń lod Dla danego rodowodu (i), lod dla danego θ wynosi: L(rodowód /θ) Z i (θ) = log 10 L(rodowód /θ = 0,5) Dla danej wartości θ, sumuje się lod-score z różnych rodowodów (F): F Z(θ) = i=1 Z i (θ)

Analiza dwupunktowa znaczące (Z>3, Z>2 dla sprzężonych z płcią) wykluczone Tabela θ = 0.01, 0.10, 0.20, 0.30, 0.35, 0.40, 0.45, 0.50 lod= -5.0, -2.0, 1.0, 3.3, 4.0, 3.0, 1.0, 0.0

Markery w analizie sprzężeń u człowieka Sprzężenie dwóch genów o obserwowalnym fenotypie praktycznie niespotykane wyjątek zespół paznokciowo-rzepkowy (NPS Nail Patella Syndrome) i grupy krwi AB0 Loci w obrębie kompleksów MHC Markery molekularne PCR, RFLP

Markery

Lokalizowanie genu z mutacją sprawczą I etap zgrubne (markery co 8-20 cm) ustalenie chromosomu, stwierdzenie czy we wszystkich rodzinach ten sam locus itp. II etap dokładne (markery co 1-4 cm) The Cooperative Human Linkage Center, www.chlc.org

Sprzężenia w epoce genomu Techniki sekwencjonowania całogenomowego są obecnie coraz bardziej dostępne Czy badanie sprzężeń ma jeszcze sens?

Sprzężenia w epoce genomu Między dwiema osobami możemy spodziewać się nawet 4 milionów różnic na poziomie sekwencji U bliskich krewnych mniej, ale nadal sporo Stwierdzenie, które z tych różnic odpowiadają za fenotyp nie zawsze jest ewidentne Łatwiej w obszarach kodujących Sekwencjonowanie stosowane w rzadkich chorobach, gdzie nie ma dostatecznie dużo rodowodów

Ćwiczenie

1,1 1,2 1,2 2,2 1,2 2,2 2,2 1,2 1,2

1,1 1,2 1,2 2,2 * 1,2 2,2 2,2 1,2 1,2 1 rekombinant (R); 4 rodzicielskie (NR) Przy braku sprzężenia (θ=0,5) prawdopodobieństwo uzyskania R i NR jest jednakowe i wynosi ½ L(θ=0,5)= (½) 5

1,1 1,2 1,2 2,2 * 1,2 2,2 2,2 1,2 1,2 1 rekombinant (R); 4 rodzicielskie (NR) Dla danej wartości θ prawdopodobieństwo uzyskania R wynosi θ (z definicji), prawdopodobieństwo uzyskania NR wynosi zatem 1- θ L(θ)= θ (1- θ) 4 1R 4NR

1,1 1,2 1,2 2,2 * 1,2 2,2 2,2 1,2 1,2 1 rekombinant (R); 4 rodzicielskie (NR) L(θ=0,5)= (½) 5 L(θ)= θ (1 - θ) 4 Dla θ=0,1 L(θ=0,1) = 0,1 (0,9) 4 " 0,1 0,9 4 Z(θ = 0,1) = log $ 10 # 0,5 5 % ' 0,32 &

1,1 1,2 1,2 2,2 1,2 2,2 2,2 1,2 1,2 0 0,02 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 - -0,23 0,32 0,42 0,36 0,22 0

0 0,02 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 - -0,23 0,32 0,42 0,36 0,22 0

Nieznana faza markera u ojca 1,2 2,2 1,2 2,2 2,2 1,2 1,2

1,2 2,2 1,2 2,2 2,2 1,2 1,2 1 + 2-1R 4NR albo 2 + 1-1NR 4R L(θ = 0,2) = $ 0,2 0,84 & % 2 ' $ ) L(θ = 0,2) = 0,24 0,8 + & ( % 2 ' ) ( $ 0,2 0,8 & Z(θ = 0,2) = log & 2 10 & 4 + 0,24 0,8 2 0,5 5 ' ) ) ) 0,12 % (

Nail-patella syndrome