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Coortes de replicação em GWAS microbiano

Coortes de replicação em GWAS microbiano



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A replicação em uma coorte independente é, obviamente, o padrão ouro nos estudos GWAS, e muitos periódicos de alto perfil agora (com toda a razão) não aceitarão achados que indiquem uma associação de genótipo de fenótipo sem evidência de replicação.

No entanto, GWAS não é mais domínio apenas da genética humana e está sendo cada vez mais usado em espécies microbianas, patogênicas em humanos, animais e plantas. No entanto, depois de ler muitos desses estudos (principalmente em patologia de plantas), não consigo encontrar nenhuma discussão sobre as práticas de replicação técnica em seus métodos. Em minha própria pesquisa, pretendo conduzir GWA entre snps e genótipos de presença-ausência de genes coletados por sequenciamento de Illumina, e fenótipos de virulência (como uma variável quantitativa contínua) quando inoculados na planta hospedeira (que é o trigo), de uma grande população de um patógeno fúngico. inoculei 120 plantas com 120 isolados do patógeno e sou uma coorte de replicação adicional de 80 plantas e isolados.

Minha pergunta é: o que é necessário para tornar essas inoculações adicionais uma coorte "independente"?

A ideia de independência em réplicas técnicas é corrigir o viés sistemático presente na coorte de descoberta, provavelmente irei cultivar essas plantas em uma estufa separada, por exemplo (embora, uma vez que as diferentes combinações de isolados de hospedeiro sejam randomizadas dentro da estufa, mesmo isso pode não ser necessário); em um GWAS humano, diferentes métodos de genotipagem seriam ideais na coorte de replicação devido à possível introdução de viés no chip snp; em meu próprio estudo, não tenho certeza se isso seria necessário, pois as variantes em meus dados passarão por uma filtragem rigorosa antes de chamada de genótipo.

Se alguém pudesse me ajudar a apontar quais são minhas possíveis fontes de preconceitos sistemáticos, eu ficaria muito grato.


Avaliação da replicação de variantes NUS1 na doença de Parkinson

O gene NUS1 foi recentemente associado à doença de Parkinson (DP) na população chinesa. Aqui, como parte do Consórcio Internacional de Genômica da Doença de Parkinson, alavancamos coortes de caso-controle de DP em grande escala para avaliar de forma abrangente as variantes NUS1 prejudiciais em indivíduos de ascendência europeia. A análise de carga de variantes prejudiciais raras não sinônimas em indivíduos de caso-controle a partir de conjuntos de dados de exoma e genoma completo não encontrou evidências de associação de NUS1 com DP. No geral, os testes de variante única para variantes raras (frequência de alelo menor & lt0,01) e comuns (frequência de alelo menor & gt0,01), incluindo 15 coortes de PD-GWAS e estatísticas resumidas da maior meta-análise de PD GWAS até o momento, também não descobriram quaisquer associações. Nossos resultados indicam uma falta de evidência para um papel de variantes raras de NUS1 não sinônimas prejudiciais em DP em coortes de caso-controle não relacionadas de ascendência europeia, sugerindo que a associação observada anteriormente pode ser impulsionada por variantes específicas de população extremamente raras.

Palavras-chave: Doença de Parkinson NUS1 Carga de variante rara.


A correção estatística da maldição do vencedor explica a variabilidade da replicação em estudos de associação de genoma de características quantitativas

Os estudos de associação do genoma (GWAS) identificaram centenas de SNPs responsáveis ​​pela variação nas características quantitativas humanas. No entanto, associações significativas em todo o genoma frequentemente falham em replicar em coortes independentes, em aparente inconsistência com seus efeitos fortes aparentes em coortes de descoberta. Este sucesso limitado de replicação levanta questões generalizadas sobre a utilidade do campo GWAS. Identificamos todos os 332 estudos de características quantitativas do banco de dados NHGRI-EBI GWAS com tentativa de replicação. Descobrimos que a maioria dos estudos fornece dados insuficientes para avaliar as taxas de replicação. Os papéis restantes replicam significativamente pior do que o esperado (p & lt 10-14), mesmo quando o ajuste para regressão à média do tamanho do efeito entre coortes de descoberta e replicação denominadas Maldição do Vencedor (p & lt 10-16). Mostramos que isso se deve em parte ao relato incorreto do tamanho do coorte de replicação como um número máximo, em vez de um por loco. Em 39 estudos relatando com precisão o tamanho da coorte por locus para a tentativa de replicação de 707 loci em amostras com ancestralidade semelhante, a taxa de replicação correspondeu à expectativa (previsto 458, observado 457, p = 0,94). Em contraste, diferenças de ancestralidade entre replicação e descoberta (13 estudos, 385 loci) fazem com que o decil de loci mais potente se replique pior do que o esperado, devido à diferença no desequilíbrio de ligação.

Declaração de conflito de interesse

Os autores declararam que não existem interesses conflitantes.

Bonecos

Fig 1. Taxa de replicação esperada e observada ...

Figura 1. Taxa de replicação esperada e observada por publicação, estratificada por periódico.

Fig 2. Taxas esperadas e observadas de ...

Fig 2. Taxas de replicação esperadas e observadas nos decis de replicação.


Coortes de replicação em GWAS microbiano - Biologia

Uma proporção das bactérias intestinais é hereditária.

O impacto da genética do hospedeiro no microbioma intestinal em humanos está sendo revelado por meio de estudos de associação do genoma.

O tamanho do efeito da genética do hospedeiro no microbioma parece ser modesto.

Várias associações são encontradas entre o microbioma e genes associados à dieta, imunidade inata, receptores de vitamina D e metabolismo.

Um sinal genético consistente vem de moléculas receptoras de reconhecimento de padrões, particularmente lectinas do tipo C.

O intestino dos mamíferos é colonizado por trilhões de microrganismos chamados coletivamente de microbioma. É cada vez mais claro que este microbioma desempenha um papel crítico em muitos aspectos da saúde, incluindo metabolismo e imunidade. Embora os fatores ambientais, como dieta e medicamentos, tenham demonstrado influência na composição do microbioma, o papel da genética do hospedeiro só emergiu recentemente em estudos humanos e modelos animais. Nesta revisão, resumimos o estado atual da pesquisa do microbioma com ênfase no efeito da genética do hospedeiro na composição do microbioma intestinal. Nós nos concentramos particularmente nos determinantes genéticos do sistema imunológico do hospedeiro que ajudam a moldar o microbioma intestinal e discutimos caminhos para pesquisas futuras.


Introdução

O diabetes afeta aproximadamente 200 milhões de pessoas em todo o mundo [1], sendo as doenças microvasculares e cardiovasculares as principais complicações. Aproximadamente 10% dos casos são portadores de diabetes tipo 1 (DM1), com aumento de ∼3% na incidência de DM1 globalmente por ano [2]. Espera-se que a incidência seja 40% maior em 2010 do que em 1998 [3].

T1D é um exemplo claro de uma característica complexa que resulta da interação entre fatores ambientais e genéticos. Existem muitas linhas de evidência de que existe um forte componente genético para o T1D, principalmente devido ao fato de que o T1D tem alta concordância entre gêmeos monozigóticos [4] e ocorre fortemente em famílias, juntamente com um alto risco de irmão [5].

Antes da era do GWAS, apenas cinco loci haviam sido totalmente estabelecidos para serem associados ao T1D. No entanto, a maioria das outras associações relatadas na era pré-GWAS [6] - [8] permanecem altamente duvidosas, onde um relatório inicial de associação não se sustenta em tentativas de replicação subsequentes por outros grupos investigativos. Este quadro nebuloso anterior da genética de T1D pode ser atribuído ao uso das únicas metodologias que estavam disponíveis na época e que eram muito mais limitadas do que GWAS, ou seja, a abordagem do gene candidato (onde as regiões genômicas foram estudadas com base no raciocínio biológico) e metodologias de vinculação baseadas na família. Descobertas inconsistentes também podem ser atribuídas a pequenos tamanhos de amostra, ou seja, quando a energia é baixa, a taxa de descoberta falsa tende a ser alta GWAS per se não melhorou a consistência, em vez disso, aproveitou tamanhos de amostra grandes e bem potenciados combinados com análises estatísticas sólidas.

Há muito tempo está estabelecido que aproximadamente metade do risco genético para T1D é conferido pela região genômica que abriga os genes HLA de classe II (principalmente HLA-DRB1, -DQA1 e -DQB1 genes), que codificam as proteínas apresentadoras de antígenos altamente polimórficas. Outros loci estabelecidos antes da aplicação de GWAS são os genes que codificam a insulina (INS) [9] - [12], proteína 4 associada a linfócitos T citotóxicos (CTLA4) [13] - [16], proteína tirosina fosfatase, não receptor tipo 22 (PTPN22) gene [17], [18], receptor alfa da interleucina 2 (IL2RA) [19] - [21] e proteína A associada a ubiquitina e contendo domínio SH3 (UBASH3A) [22].

A aplicação de estudos de associação ampla do genoma (GWAS) revelou de forma robusta dezenas de contribuintes genéticos para T1D [23] - [29], cujos resultados foram amplamente replicados de forma independente [30] - [36]. A meta-análise relatada mais recentemente desse traço identificou mais de quarenta loci [29], incluindo 18 novas regiões mais a confirmação de um número de loci descobertos por meio de comparações de doenças cruzadas [34] - [36]. Como tal, os riscos conferidos por esses loci adicionais são relativamente modestos em comparação com os "frutos mais fáceis" descritos nos primeiros estudos e só puderam ser finalmente descobertos quando tamanhos de amostra maiores foram utilizados.

Procuramos expandir ainda mais este modo de análise combinando nossa coorte com todos os conjuntos de dados SNP do genoma divulgados publicamente para identificar loci adicionais que contribuem para a etiologia de T1D. Infelizmente, há uma relativa escassez de dados de genótipos de controle nessas fontes disponíveis publicamente. Para contornar esse problema, combinamos dados de nível individual de cada coorte disponível e, em seguida, comparamos os casos com controles de duas fontes. Em seguida, separamos todos os dados de nível individual em dois grupos, caracterizados pelo tipo de plataforma de genotipagem que foi usada para genotipar as amostras, que seriam posteriormente recombinadas usando meta-análise de variância inversa. Os 6.523 casos genotipados em um Illumina BeadChip incluíram indivíduos da Universidade McGill, do Hospital Infantil da Filadélfia (CHOP), do Estudo de Controle e Complicações de Diabetes - Epidemiologia de Intervenções e Complicações do Diabetes (DCCT-EDIC) e do Consórcio Genético de Diabetes Tipo 1 (T1DGC), que por sua vez foram comparados com 6.648 controles genotipados de forma semelhante recrutados no CHOP. Os 3.411 casos genotipados em matrizes de Affymetrix incluíram indivíduos do Estudo de Genética de Rins em Diabetes (GoKinD) e do Consórcio de Controle de Casos de Confiança Wellcome (WTCCC) que foram comparados com 10.308 controles genotipados de forma semelhante, incluindo sendo derivados de casos relacionados a doenças não autoimunes do WTCCC, bem como do British 1958 Birth Cohort e do UK National Blood Service [24].


4. Tecnologias de genotipagem

Os estudos de associação de todo o genoma foram possíveis devido à disponibilidade de tecnologia de microarray baseada em chip para testar um milhão ou mais de SNPs. Duas plataformas primárias foram usadas para a maioria dos GWAS. Isso inclui produtos da Illumina (San Diego, CA) e da Affymetrix (Santa Clara, CA). Essas duas tecnologias concorrentes foram revisadas recentemente [20] e oferecem diferentes abordagens para medir a variação do SNP. Por exemplo, a plataforma Affymetrix imprime sequências curtas de DNA como um ponto no chip que reconhece um alelo SNP específico. Os alelos (isto é, nucleotídeos) são detectados por hibridização diferencial da amostra de DNA. A Illumina, por outro lado, usa uma tecnologia baseada em esferas com sequências de DNA ligeiramente mais longas para detectar alelos. Os chips Illumina são mais caros de fabricar, mas fornecem melhor especificidade.

Além da tecnologia, outra consideração importante são os SNPs que cada plataforma selecionou para ensaio. Isso pode ser importante dependendo da população humana específica que está sendo estudada. Por exemplo, é importante usar um chip que tenha mais SNPs com melhor cobertura genômica geral para um estudo de africanos do que europeus. Isso ocorre porque os genomas africanos tiveram mais tempo para se recombinar e, portanto, têm menos LD entre alelos em diferentes SNPs. Mais SNPs são necessários para capturar a variação no genoma africano.

É importante observar que a tecnologia para medir a variação genômica está mudando rapidamente. As plataformas de genotipagem baseadas em chip, como as brevemente mencionadas acima, provavelmente serão substituídas nos próximos anos por novas tecnologias de baixo custo para o sequenciamento de todo o genoma. Esses métodos de sequenciamento de próxima geração fornecerão toda a variação da sequência de DNA no genoma. É hora de se reorganizar para esse novo ataque de dados.


DISCUSSÃO

Nós relatamos os resultados do maior GWAS para a cor do olho humano até hoje. Além de confirmar a associação de SNPs em 11 genes da cor dos olhos previamente conhecidos (11, 13, 14, 17, 28), a identificação de 50 novos loci genéticos associados à cor dos olhos ajuda a explicar a herdabilidade anteriormente ausente da variabilidade da cor dos olhos nas populações europeias. Além disso, devido ao desenho multiétnico de nosso estudo, demonstramos que vários dos loci genéticos descobertos em europeus também têm um efeito na cor dos olhos em asiáticos.

Oito dos genes em ou próximos aos loci recentemente associados à cor dos olhos em nosso estudo foram relatados anteriormente para associações genéticas com outras características de pigmentação, como cabelo e cor da pele, por exemplo, TPCN2, MITF, e DCT (27, 30, 32, 45) A semelhança das variantes de DNA associadas entre as três características de pigmentação ajuda a explicar por que as diferentes características de pigmentação freqüentemente (mas não completamente) se intercorrelam nas populações europeias. Embora muitas associações genéticas significativas sejam compartilhadas entre a cor da íris e outras características de pigmentação, também existem diferenças notáveis. Embora as variantes de DNA dentro do MC1R gene estão fortemente associados à pele clara e cor de cabelo ruivo (27), nenhuma associação detectável com a cor dos olhos foi encontrada em nosso grande GWAS, em linha com GWASs anteriores, embora menores, de poder estatístico mais limitado (11, 12, 14) Da mesma forma, outras variantes de DNA fortemente associadas à cor da pele e do cabelo dentro dos genes, como SILV, UM GOLE, e POMC (30), não mostrou nenhum efeito estatisticamente significativo na cor dos olhos neste estudo, nem em estudos anteriores. Além disso, também identificamos 34 loci genéticos que estavam significativamente associados à cor dos olhos, mas para os quais não há relato de associação significativa com a cor do cabelo e / ou pele. Isso é notável como o poder estatístico dos GWASs recentes sobre a cor do cabelo (31, 46) e sensibilidade ao sol (32) eram semelhantes aos de nossa cor de olhos atual GWAS. Associações significativas para SNPs em / perto de genes envolvidos na estrutura da íris, como TRAF3IP1 e SEMA3A, sugerem que eles exercem seus efeitos com mudanças no espalhamento de Tyndall, ao invés de através de alterações no metabolismo da melanina. No geral, isso demonstra que, embora muitos genes se sobreponham entre olhos, cabelos e cor da pele, as diferentes características de pigmentação humana não são completamente determinadas pelos mesmos genes que mostramos.

Os principais pontos fortes de nosso estudo em comparação com GWASs de cor dos olhos anteriores surgem do maior tamanho da amostra, que se traduziu em maior poder estatístico e também na capacidade de diminuir o limiar de MAF para o qual poder suficiente para detectar associação está disponível. SNPs raros são frequentemente uma fonte de variação fenotípica considerável (47) Por exemplo, sete (6%) dos SNPs independentemente associados identificados por análise condicional na coorte de descoberta tinham um MAF entre 0,1 e 1%. Apesar de sua baixa frequência, no entanto, cinco (71%) desses SNPs raros estavam na mesma região que outros SNPs condicionais mais comuns que se replicaram. Os dois loci restantes (DAB2 e uma região intrônica no cromossomo 4) que não foi replicada formalmente deve, portanto, ser considerada apenas como forte candidata no que diz respeito à sua associação com a cor dos olhos, dependendo da validação independente em estudos futuros.

Outro ponto forte deste trabalho é a inclusão de populações europeias e não europeias. Populações não europeias estão sub-representadas na literatura GWAS em geral, incluindo em GWASs de pigmentação, mas seu estudo é importante para a compreensão da base genética dos fenótipos humanos (48) Embora a variação da cor dos olhos seja tipicamente atribuída a indivíduos de descendência européia (pelo menos parcial), ou aqueles originários de áreas próximas à Europa, uma variação mais sutil em olhos castanhos também é observada em populações asiáticas sem mistura europeia (9) Nossos resultados das coortes asiáticas mostraram notável consistência na arquitetura genética da cor dos olhos entre indivíduos de diferentes linhagens continentais com replicação asiática para os dois principais genes europeus. OCA2 e HERC2. Além disso, nossos resultados também sugerem que, embora uma única variante regulatória em HERC2 é responsável pela maioria das variações de azul / marrom nos europeus (16), muitas variantes adicionais de DNA em ambos OCA2 e HERC2 parecem ter efeitos independentes. Esta hipótese é ainda apoiada por nossa análise condicional na coorte de descoberta europeia, identificando associações independentes que abrangem

14 mbp em ambos os genes, em vez de um cluster concentrado centrado em HERC2 rs1129038. Isso é notável, dada a grande variação da cor dos olhos do azul mais claro ao marrom mais escuro nos europeus, em comparação com a variação mais limitada da cor dos olhos castanhos nos asiáticos.

Em conclusão, nosso trabalho identificou vários novos loci genéticos associados à cor do olho humano em europeus, dos quais um subconjunto também mostra efeitos em asiáticos, apesar de sua variação fenotípica da cor dos olhos em grande parte reduzida em comparação com os europeus. Os loci genéticos que identificamos explicam a maioria (53,2%) da variação fenotípica da cor dos olhos (classificada usando uma escala de três categorias) em europeus e uma grande proporção da herdabilidade ausente da cor dos olhos previamente observada. Nossas descobertas demonstram claramente que a cor dos olhos é uma característica humana geneticamente altamente complexa, semelhante ao cabelo (31) e cor da pele (32), conforme destacado recentemente em grandes GWASs europeus. O grande número de novos loci genéticos associados à cor dos olhos identificados aqui fornecem um recurso valioso para estudos funcionais futuros, com o objetivo de compreender os mecanismos moleculares que explicam a associação da cor dos olhos, e para futuros estudos de predição genética, com o objetivo de melhorar a cor dos olhos com base no DNA previsão em aplicações antropológicas e forenses.


Reconhecimentos

Agradecemos aos participantes de todas as coortes por concordarem em se juntar ao estudo e à equipe de campo por suas contribuições na coleta de amostras e no trabalho comunitário. A ajuda do Dr. Seema Bhaskar, K Radha Mani e Inder Deo Mali, CSIR-Center for Cellular and Molecular Biology, Hyderabad no isolamento do DNA genômico de amostras de sangue e no gerenciamento das amostras de DNA é sinceramente reconhecida. Agradecemos as principais contribuições de S Rao, S Hirve, P Gupta, DS Bhat, H Lubree, S Rege, P Yajnik e o inestimável trabalho comunitário contribuído por T Deokar, S Chaugule, A Bhalerao e V Solat do KEM Hospital Research Center, Pune. Somos gratos ao Professor Oluf Pedersen, Professor Niels Grarup e colaboradores, Centro da Fundação Novo Nordisk para Pesquisa Metabólica Básica, Faculdade de Saúde e Ciências Médicas da Universidade de Copenhagen, Dinamarca, por fornecer dados anônimos de genótipos para nosso estudo de replicação. Agradecemos também ao Prof T Tanaka, Seção de Gerontologia Translacional, NIA no Harbor Hospital, Baltimore, EUA e reconhecemos a contribuição dos dados de três estudos, Sardinia, BLSA e InCHIANTI.

Declaração de conflito de interesse. Nenhum declarado.

Financiamento

Conselho de Pesquisa Científica e Industrial (CSIR), Ministério da Ciência e Tecnologia, Governo da Índia, Índia (XII Plano Quinquenal intitulado “CARDIOMED”). Wellcome Trust, Londres, Reino Unido, Conselho de Pesquisa Médica, Londres, Reino Unido e Departamento para o Desenvolvimento Internacional, Reino Unido. Parthenon Trust, Suíça e ICICI Bank, Grupo de Iniciativas Sociais. O financiamento para pagar as taxas de publicação de acesso aberto para este artigo foi fornecido pelo Conselho de Pesquisa Científica e Industrial (CSIR), Ministério da Ciência e Tecnologia, Governo da Índia, Índia.


Coortes de replicação em GWAS microbiano - Biologia

Compreender as interações hospedeiro-micróbio permanece crítico, pois a crescente resistência aos antibióticos, novos surtos e patógenos reemergentes colocam vidas em risco.

Microbiologistas e pesquisadores de doenças infecciosas alavancaram e avançaram os avanços tecnológicos genômicos da última década.

Avanços na edição do genoma mediada por repetições palindrômicas curtas regularmente interespaçadas (CRISPR / Cas9) e custos de sequenciamento reduzidos tornaram as telas CRISPR a plataforma de triagem de perda de função e ganho de função dominante.

Avanços no sequenciamento, tecnologias de alto rendimento e recursos para organismos modelo e humanos melhoraram drasticamente as telas de diversidade natural. Esses recursos incluem consórcios com repositórios para registros médicos eletrônicos e linhas de células humanas e painéis de diversidade de organismos-modelo.

Integrar a diversidade de patógenos em telas de resistência do hospedeiro ajuda a definir ainda mais a paisagem genética das interações hospedeiro-patógeno.

A luta contínua da humanidade com doenças infecciosas novas, reemergentes e endêmicas serve como um lembrete frequente da necessidade de compreender as interações patógeno-hospedeiro. Avanços recentes em genômica aumentaram drasticamente nossa compreensão de como a genética contribui para a resistência ou suscetibilidade do hospedeiro à infecção bacteriana. Aqui, discutimos as tendências atuais na definição de interações hospedeiro-bactéria no nível de todo o genoma, incluindo telas que aproveitam a edição do genoma CRISPR / Cas9, variação genética natural, proteômica e transcriptômica. Relatamos os méritos, limitações e descobertas dessas telas inovadoras e discutimos sua natureza complementar. Finalmente, especulamos sobre inovações futuras à medida que continuamos a progredir na era pós-genômica e em direção a uma visão mecanicista mais profunda e aplicações clínicas.


Declarações de ética

Aprovação ética e consentimento para participar

A aprovação do estudo foi concedida pelo Comitê de Ética em Pesquisa em Saúde do Hospital Universitário de Lagos, Lagos, Nigéria (ADM / DCST / HREC / APP / 1669). O consentimento informado por escrito foi obtido dos pais ou responsável legal dos participantes do estudo.

Consentimento para publicação

Interesses competitivos

Os autores declaram não ter interesses conflitantes quanto à autoria e / ou publicação deste artigo.


Assista o vídeo: Mendelian Randomization: How it Works, and What it Reveals about Vitamin D (Agosto 2022).