Pristup kandidatnog gena u provođenju studija genetičke asocijacije fokusira se na asocijacije između genetičke varijacije unutar unaprijed određenih gena od interesa i fenotipova ili bolesnih stanja. Ovo je u suprotnosti sa studijama asocijacije na nivou cijelog genoma (GWAS), što je pristup bez hipoteza koji skenira cijeli genom u potrazi za asocijacijama između uobičajenih genetskih varijanti (obično SNP-ova) i osobina od interesa. Geni kandidati se najčešće biraju za proučavanje na osnovu a priori znanja o biološkom funkcionalnom utjecaju gena na dotičnu osobinu ili bolest.. Razlog fokusiranja na alelne varijacije u specifičnim, biološki relevantnim regijama genoma je taj što određeni aleli unutar gena mogu direktno utjecati na funkciju dotičnog gena i dovesti do varijacija u fenotipu ili bolesnom stanju koje se istražuje. Ovaj pristup često koristi dizajn studija slučaj-kontrola kako bi pokušao odgovoriti na pitanje: "Da li se jedan alel kandidatskog gena češće viđa kod osoba s bolešću nego kod osoba bez bolesti?" Candidate genes hypothesized to be associated with complex traits have generally not been replicated by subsequent GWASs ili pokušaje replikacije s velikom snagom. Neuspjeh studija kandidatskih gena da rasvijetle specifične gene koji leže u osnovi takvih osobina pripisan je nedovoljnoj statističkoj snazi, niskoj apriornoj vjerovatnoći da naučnici mogu ispravno pogoditi specifični alel unutar određenog gena koji je povezan sa osobinom, lošim metodološkim praksama i pretraživanju podataka. Selekcija Odgovarajući kandidatski geni se uglavnom biraju na osnovu poznate biološke, fiziološke ili funkcionalne relevantnosti za dotičnu bolest. Ovaj pristup je ograničen oslanjanjem na postojeće znanje o poznatoj ili teorijskoj biologiji bolesti. Međutim, molekularni alati omogućavaju uvid u mehanizme bolesti i precizno određivanje potencijalnih regija od interesa u genomu. Mapiranje Studije asocijacije na nivou cijelog genoma (GWAS) i lokus kvantitativne osobine (QTL) ispituje uobičajene varijacije u cijelom genomu i kao takvo može otkriti novu regiju od interesa koja se nalazi u ili blizu potencijalnog kandidatskog gena. Podaci mikročipova omogućavaju istraživačima da ispitaju diferencijalnu ekspresiju gena između slučajeva i kontrola i mogu pomoći u preciznom određivanju novih potencijalnih gena od interesa.
Velika varijabilnost između organizama ponekad može otežati razlikovanje normalnih varijacija u jednonukleotidnim polimorfizmima (SNP) od kandidatskog gena s varijacijama povezanim s bolešću. Prilikom analize velikih količina podataka, postoji nekoliko drugih faktora koji mogu pomoći u određivanju najvjerovatnije varijante. Ovi faktori uključuju prioritete u SNP-ovima, relativni rizik od funkcionalnih promjena u genima i neravnotežu povezanosti među SNP-ovima.
Osim toga, dostupnost genetićkih informacija putem online baza podataka omogućava istraživačima da istraže postojeće podatke i web resurse za nove kandidatske ciljne gene. Mnoge online baze podataka dostupne su za istraživanje gena među vrstama. Gene je jedna takva baza podataka koja omogućava pristup informacijama o fenotipovima, putevima i varijacijama mnogih gena među vrstama. Prilikom ispitivanja funkcionalnosti između gena u putevima, Konzorcij genske onkologije može pomoći u mapiranju ovih odnosa. GO Projekt opisuje genske proizvode na tri različita načina putem načina koji nije vezan za vrstu: biološki procesi, ćelijske komponente i molekularne funkcije. Korištenje ovih informacija može unaprijediti a priori znanje o putu i tako pomoći u odabiru najvjerovatnijeg kandidatskog gena. Topp Gene je još jedna korisna baza podataka koja omogućava korisnicima da odrede prioritet kandidatskih gena koristeći funkcionalne anotacije ili analizu mreža. ToppGene pomaže istraživačima u odabiru podskupa vjerojatnih kandidatskih gena iz većih skupova kandidatskih gena, vjerovatno otkrivenih putem visokopropusnih genomskih tehnologija. Lynx je integrirana platforma za sistemsku biologiju koja korisnicima omogućava da odrede prioritet kandidatskih gena koristeći i funkcionalne anotacije i mreže parnih asocijacija gena. Lynx pruža dva sofisticirana alata za određivanje prioriteta, Cheetoh i PINTA, kako bi se pomoglo korisnicima da odaberu kandidatske gene iz cijelog genoma na osnovu relevantnosti za ulaznu listu gena, koja može biti lista poznatih gena koji doprinose određenoj bolesti ili fenotipu, ili različito eksprimirani gen iz tehnologije sljedeće generacije sekvenciranja RNK.
Prije pristupa kandidatskih gena Prije nego što je pristup kandidatskih gena u potpunosti razvijen, korištene su razni drugi metodi za identifikaciju gena povezanih s bolesnim stanjima. Ovi metodi proučavali su genetićku povezanost i pozicijsko kloniranje putem upotrebe genetičkog skrininga i bile su efikasne u identifikaciji gena relativnog rizika kod Mendelovih bolesti. Međutim, ovi metodi nisu toliko korisne pri proučavanju složenih bolesti iz nekoliko razloga:
Složene bolesti imaju tendenciju da variraju i u dobi početka i u težini. To može biti zbog varijacija u penetabilnosti i ekspresivnosti. Za većinu ljudskih bolesti, varijabilna ekspresivnost fenotipa bolesti je norma. Zbog toga je odabir jedne specifične starosne grupe ili fenotipskog markera teži za proučavanje. Porijeklo kompleksnih bolesti uključuje mnoge biološke puteve, od kojih se neki mogu razlikovati između fenotipova bolesti. Najvažnije je da kompleksne bolesti često ilustruju genetIčku heterogenost – mogu se pronaći višestruki geni koji međusobno djeluju i proizvode jedno bolesno stanje. Često je svaki pojedinačni gen djelimično odgovoran za proizvedeni fenotip i ukupni rizik za poremećaj.
Kriticizam Studija kandidatskih gena nastoji uravnotežiti korištenje podataka, a istovremeno pokušati smanjiti mogućnost stvaranja lažno pozitivnih ili negativnih rezultata. Budući da ova ravnoteža često može biti teška, postoji nekoliko kritika pristupa kandidatskog gena, koje je važno razumjeti prije početka takve studije. Naprimjer, pokazalo se da pristup kandidatskog gena daje visoku stopu lažno pozitivnih rezultata, što zahtijeva da se nalazi pojedinačnih genetićkih asocijacija tretiraju s velikim oprezom.
Jedna od kritika je da nalazi o povezanosti unutar studija o kandidatskim genima nisu lahko replicirani u studijama praćenja. Naprimjer, nedavno istraživanje 18 dobro proučenih kandidatskih gena za depresiju (10 ili više publikacija po osobi) nije uspjelo identificirati nikakvu značajnu povezanost s depresijom, uprkos korištenju uzoraka redova veličine većih od onih iz originalnih publikacija. Pored statističkih problema (npr. studije s nedovoljnom statističkom snagom), stratifikacija populacije se često krivi za ovu nedosljednost; stoga se mora biti oprezan i u pogledu kriterija koji definiraju određeni fenotip, kao i drugih varijacija u dizajnu studije.
Dodatno, budući da ove studije uključuju a priori znanje, neki kritičari tvrde da naše znanje nije dovoljno za valjana predviđanja. Stoga, rezultati dobiveni ovim 'hipotezama vođenim' pristupima ovise o sposobnosti odabira vjerojatnih kandidata iz genoma, umjesto korištenja pristupa bez hipoteze.
Upotreba u istraživačkim studijama Jedan od najranijih uspjeha korištenja pristupa kandidatskog gena bio je pronalazak mutacije jedne baze u nekodirajućoj regiji APOC3 (gen za apolipoprotein C3) koja je povezana s većim rizikom od hipertrigliceridemije i ateroskleroze. U studiji koju su proveli Kim i saradnici, geni povezani s osobinom gojaznosti i kod svinja i kod ljudi otkriveni su korištenjem komparativne genomike i hromosomske heritabilnosti. Korištenjem ove dvije metode, istraživači su uspjeli prevladati kritike da su studije kandidatskih gena isključivo fokusirane na prethodna znanja. Komparativna genomika je završena ispitivanjem lokusa kvantitativnih osobina i kod ljudi i kod svinja putem metoda poznatog kao analiza kompleksnih osobina cijelog genoma (GCTA), koja je istraživačima omogućila da zatim mapiraju genetičku varijansu na specifične hromosome. Ovo je omogućilo da parametar heritabilnosti pruži razumijevanje gdje se fenotipska varijacija nalazi na specifičnim hromosomskim regijama, proširujući se tako na kandidatske markere i gene unutar tih regija. Ostle studije mogu također koristiti računarske metode za pronalaženje kandidatskih gena na široko rasprostranjen, komplementaran način, kao što je jedna studija Tiffina i saradnika koja proučava gene povezane sa dijabetesom tipa 2.
Mnoge studije su slično koristile kandidatske gene kao dio multidisciplinarnog pristupa ispitivanju osobine ili fenotipa. Jedan primjer manipulisanja kandidatskim genima može se vidjeti u studiji koju je završio Martin E. Feder o proteini toplotnog šoka i njihovoj funkciji kod Drosophila melanogaster. Feder je osmislio holistički pristup proučavanju Hsp70, kandidatskog gena za koji se pretpostavljalo da igra ulogu u načinu na koji se organizam prilagođava stresu. D. melanogaster je vrlo koristan modelni organizam za proučavanje ove osobine zbog načina na koji može podržati raznolik broj genetskih pristupa za proučavanje kandidatskog gena. Različiti pristupi koje je ova studija koristila uključivali su i genetsko modificiranje kandidatskog gena (korištenjem homologne rekombinacije specifične za mjesto i ekspresije različitih proteina), kao i ispitivanje prirodne varijacije Hsp70. Zaključio je da rezultati ovih studija daju višestruki pogled na Hsp70. Manipulacija kandidatskim genima također se vidi u studiji Caspara C. Chatera o porijeklu i funkciji stoma u mahovini Physcomitrella patens. PpSMF1, PpSMF2 i PpSCRM1 bila su tri kandidatska gena koja su eliminirana homolognom rekombinacijom, kako bi se vidjele bilo kakve promjene u razvoju stoma. Kroz eksperiment eliminacije, Chater je primijetio da su PpSMF1 i PpSCRM1 odgovorni za razvoj stoma kod P. patens. Inženjerstvom i modifikacijom ovih kandidatskih gena, uspjeli su potvrditi načine na koje je ovaj gen povezan s promjenom fenotipa. Razumijevanje prirodnog i historijskog konteksta u kojem ovi fenotipovi djeluju ispitivanjem prirodne strukture genoma dopunilo je ovo.
Reference
Vnjski linkovi Gene Gene Ontology Consortium Topp Gene Lynx Platform
Kategorija:Kvantitativna genetika Kategorija:Klasična genetika