CNV onemocnění sdružení
efekt CNVs na genovou expresi, a jejich potenciálně negativní účinky na genovou strukturu a funkci, to znamená, že jsou pravděpodobné, aby se značný přínos pro lidské nemoci. Vzhledem k relativně nedávnému objevu CNV a současným omezením technik s vysokou propustností však není úplný rozsah asociací onemocnění CNV dosud jasný. Nicméně, z rostoucího počtu případů, kdy byly tyto asociace prokázány, je pravděpodobné, že významně přispívají k lidské nemoci.
vzhledem k velkému počtu genů, které se překrývají CNV (Tabulka (Tabulka 1), 1), je pravděpodobné, že bude ovlivněna významná část biomedicínsky relevantních genů. V naší CNV objev studie, například, téměř polovina genů protínající varianty byly zastoupeny v OMIM databáze, včetně genů souvisejících s Mendelistická onemocnění, genomické poruchy a běžných onemocnění (de Smith et al., 2007). Mnoho změn počtu kopií genů skutečně přispívá přímo k monogenním onemocněním. U recesivních onemocnění by hemizygosita způsobená delecí genu nebo části genu mohla odhalit mutaci na druhé genové kopii. Naopak duplikace kopie zdravého genu na jednom chromozomu by teoreticky mohla maskovat účinky mutace způsobující onemocnění v genu na druhém chromozomu, čímž by se zachránil fenotyp. Ve skutečnosti bylo předpovězeno, že část proměnné penetrance prokázané mnoha dominantními genetickými poruchami by mohla být vysvětlena CNV(Beckmann et al ., 2007).
Autosomálně dominantní počátku-nástup Alzheimerovy choroby (ADEOAD) je známo, že být způsobeno tím, missense mutace v APP geny na chromozomu 21, ale zdvojování APLIKACE locus také bylo zjištěno, že u pacientů s touto poruchou (Rovelet-Lecrux et al., 2006). Předpokládá se, že tento zisk čísla kopie vede k množství amyloidních depozit v mozku. Podobně byla u pacientů s autozomálně dominantní Parkinsonovou chorobou spojena triplikace genu SNCA, která vede k hojnosti Lewyho těl (Singleton et al ., 2003). Ani jeden z těchto genů je známo, že být překrytý varianty u zdravých jedinců, a tyto kopie číslo zisky jsou, proto si myslel, že základem onemocnění: takové funkce se označují číslo kopie mutace (CNMs). Ztráta nebo zisk exonic materiál by mohl také vyústit v missense mutace nebo frameshifts: opravdu Duchennova svalová dystrofie (DMD) je obvykle způsobena de novo delecí a duplikací, což v frameshifts. Pokud by byly objeveny poprvé dnes, byly by známé jako CNM. Důležitější je, většina sekvenování strategie pro identifikaci mutace způsobující monogenní onemocnění by chybět takové varianty, které by mohly proto představují významný podíl „chybí“ mutace, a komplikovat genetické poradenství.
stejně jako monogenní onemocnění jsou rozdíly v počtu kopií velkých genomických oblastí základní příčinou mnoha genomických poruch a takové aberace mohou ovlivnit počet kopií více genů. V některých případech se předpokládá, že změny dávkování mnoha genů přispívají k fenotypu, například s ∼1.6-Mb delece na chromozomu 7q11. 23, která vede k Williamsovu-Beurenovu syndromu (Peoples et al., 2000). U jiných poruch, jako jsou CMT1A a SMS, se předpokládá, že změny dávkování pouze v jediném genu jsou základem onemocnění (Roa et al ., 1991; Slager et al., 2003). Interpretace údajů získaných z klinických zkoušek na základní příčinu podezření genomové poruchy často komplikuje přítomnost CNVs. Zatím nemáme plné uznání normální spektrum kopírování počet variací, a to zejména v non-HapMap (Mezinárodní HapMap Consortium, 2003) skupin obyvatelstva, a tak to může být velmi obtížné rozlišit mezi benigních CNVs a nemoc-působit variant. Další komplikace mohou být způsobeny CNV, které překrývají větší aberace, takže různé kombinace variant zmírňují nebo zhoršují fenotypy. To by mohlo pomoci vysvětlit například různé projevy fenotypů pozorovaných u pacientů s trizomií 21: například ∼40% pacientů má vrozené srdeční vady (Freeman et al ., 1998) a ∼1% vyvine leukémii (Zipursky et al., 1992).
situace s ohledem na komplexní onemocnění je ještě méně přímočará. Nedávné pokroky v komplexní onemocnění, analýzy, pomocí celogenomových SNP asociace přístupy, ukázaly nové geny a potenciální patogenní drah (Frayling et al., 2007; sládek a kol., 2007), ale nalezené markery SNP stále nezohledňují odhadovanou dědičnost těchto poruch. Je proto pravděpodobné, že další genetické faktory přispívají k běžným komplexním poruchám, včetně vzácných variant, epigenetických modifikací a variace počtu kopií. Ačkoli CNV překrývají mnoho biologicky důležitých genů, z nichž několik bylo již spojeno s onemocněním, není to samo o sobě důkazem toho, že hrají roli v nemoci. Proto nyní probíhají studie k identifikaci specifických CNV spojených s onemocněním. To již vedlo k hlášeným asociacím onemocnění s variantami, které jsou relativně běžné u zjevně zdravých populací. Podstatná část těchto asociací byla nalezena u genů zapojených do imunitního systému a při obraně proti nemocem. Prvním příkladem toho bylo zjištění, že nízký počet kopií časté CNV včetně genu FCGR3B je spojen s glomerulonefritidou u potkanů a lidí (Aitman et al., 2006). Tento gen hraje klíčovou úlohu v regulaci zánětlivých a imunitních reakcí, a to zejména v uvazování neutrofilů imunitní komplexy, a clearance z těchto komplexů, a od té doby je spojena se systémovým lupus erythematodes (SLE) a jiných systémových autoimunitních poruch, jako je ANCA-associated vasculitis (Fanciulli et al., 2007).
jak bylo popsáno výše, změny počtu kopií jiného genu, komplementové složky C4, byly dlouho spojeny se SLE. Tento gen také hraje roli při clearance imunitních komplexů, stejně jako při aktivaci cest komplementu, které působí proti napadajícím mikrobům, a při snižování prahu pro aktivaci B lymfocytů. Nedávno bylo potvrzeno, že nízké počty kopií C4 zvýšit riziko SLE, zatímco vysoké počty kopií tohoto genu mají ochrannou roli proti onemocnění (Yang et al., 2007).
dalším genem zapojeným do obrany proti onemocnění je CCL3L1, který je také začleněn do extrémně běžného a vysoce polymorfního CNV. Tento gen se podílí náchylnost k a progrese onemocnění u HIV, protože CCL3L1 je nejvíce účinný ligand pro CC chemokinový receptor 5 (CCR5), který je hlavním HIV co-receptor, proto je důležité HIV-supresivní chemokinový (Menten et al., 2002). Držení nízkého počtu kopií CCL3L1 je hlavním rizikovým faktorem pro HIV, spojené s vyšší virovou zátěží a zvýšenou následnou ztrátou T-buněk (Gonzalez et al ., 2005).
Možná nejvíce zajímavé z nemocí, spojených se CNV, který překrývá genů související s imunitní systém je, že beta defensin geny, které jsou kandidáty na změnu v citlivosti na autoimunitní a zánětlivé poruchy, vzhledem k jejich anti-mikrobiální a pro-zánětlivé role. Tyto geny se velmi liší v počtu kopií jak u lidí (Armor et al ., 2007) a také makaků, což naznačuje, že se jedná o starodávný hotspot pro variaci počtu kopií (Lee et al ., 2008). Velká opakovací jednotka na chromozomu 8p23.1, včetně DEFB4, SPAG11, DEFB103, DEFB104 a DEFB105 mimo jiné, je velmi variabilní v počtu kopií, s jednotlivci nesoucí mezi 2 a 12 kopií za diploidní genom. Vysoké kopírovat čísla této jednotky zvýšit náchylnost k časté zánětlivé kožní onemocnění, psoriáza, v souladu s přehnanou imunitní reakci vedoucí k zánětlivé onemocnění (Hollox et al., 2008). Naopak, nízké kopírovat čísla z DEFB4 genu byla spojena s tlustého střeva, Crohnova nemoc, což je myšlenka být kvůli oslabení antibakteriální bariéru ve střevní sliznici, vzhledem k relativní nedostatek beta-defensiny (Fellermann et al., 2006). Toto je první příklad společné CNV, že v nízkých počtech kopií může vést k onemocnění, a ve vysokém počtu kopií, může vést k další fenotypově odlišné onemocnění.
ukázalo se také, že varianty překrývají geny relevantní pro rakovinu, například deleční oblast 630 kb na chromozomu 3p21.3 bylo zjištěno, že delece u karcinomu plic, zahrnující tři tumor supresorové geny TUSC2, TUSC4 a NAT6, překrývá relativně běžnou deleční CNV u zdánlivě zdravé populace (Wong et al ., 2007). Mnoho dalších onkogenů a tumor-supresorové jsou ovlivněny počtem kopií variace, včetně LPP, MLLT3, MŮŽI1, APC, VAV2, TNFRSF25, BCAS1 a HIC2 (Conrad et al., 2006; de Smith a kol., 2007; Wong et al., 2007). Probíhají studie k určení jejich důsledků pro náchylnost k rakovině, ale již máme alespoň jeden příklad významné asociace. Varianta delece UGT2B17, nalezená u přibližně 11-12% zdravých subjektů, vykazuje významnou souvislost s rizikem rakoviny prostaty u bělochů. Zvýšené hladiny sérového testosteronu a jiných androgenů jsou rizikovým faktorem pro rakovinu prostaty, a to je si myslel, že delece tohoto genu, který se podílí na metabolismus androgenů, může vést ke zvýšení sérové hladiny androgenů (Park et al., 2006). Jednu zajímavou otázku, která má ještě být vyšetřován, je, zda existuje nějaký vztah mezi zdědil CNVs u rakoviny příslušné genomové regiony a výskyt různých genomických ztráty a zisky, které se vyskytují v průběhu progrese rakoviny. Protože tyto změny mají značný prognostický význam, může mít takový vztah důležité důsledky pro včasná rozhodnutí o terapeutickém řízení.
jak je popsáno, geny podílející se na vývoji mozku jsou obohaceny o CNV (de Smith et al., 2007) a část těchto variant proto může přispět k náchylnosti k neurologickým a psychiatrickým poruchám, jako je bipolární porucha (BD) a schizofrenie. Některé z nejdůležitějších kandidátských genů BD a schizofrenie, jako jsou PDE4ß, CHRNA7 a DISC1, se překrývají známými variantami. V kohortě BD pacientů, například, významný nárůst byl zjištěn v přítomnosti známé CNV překrývající GSK3ßgene ve srovnání se zdravými kontrolami (Lachman et al., 2007). To je věrohodný kandidát gen pro BD, jak to se podílí na neuronální vývoj buněk a transgenní myší s GSK3ßoverexpression bylo prokázáno, že se chová klinických mania, se zvýšenou pohybovou aktivitu a akustické úlekové reakce (Prickaerts et al., 2006). Gsk3ßvariant byl dosud dokumentován pouze ve dvou zdravých kontrolních vzorcích, takže by mohl být popsán jako vzácný CNV. Některé studie zaměřené na identifikaci varianty spojené s konkrétní nemocí, však odhalili gene copy number variants, které jsou přítomny pouze u pacientů s těmito nemocemi, a ne v obecné populaci. Tyto varianty by proto měla být správně označována počet kopií mutace (CNMs), protože nejsou přítomny na výrazné frekvence (>1%) v obecné populaci a může být přímou příčinou onemocnění, spíše než jako náchylnost loci.
kromě běžných CNV, které hrají roli při neurologických poruchách, byla s těmito chorobami spojena také řada de novo CNM. Varianty zahrnující tři mozek-vyjádřil geny zapojené do signalizace glutamátu, GLUR7, AKAP5 a CACNG2, byly nalezeny pouze u pacientů se schizofrenií v jedné studii (Wilson et al., 2006). To je spekuloval, že tyto geny jsou rozdílně vyjádřené v rané lidské embryonální vývoj, a to vývoj normální centrální nervový systém, závisí na komplexní regulace těchto genů (Wilson et al., 2006). Nedávná studie také naznačuje, že vzácné de novo varianty s vysokou penetrací mohou být v některých případech základem schizofrenie. Sü et al. (2008) zjistila 10% frekvenci nových variant u pacientů se sporadickou schizofrenií, která byla osmkrát vyšší než u kontrol. Počet genů překrývajících se těmito variantami byl relativně malý, ale GO analýza ukázala, že nejvíce obohacené kategorie jsou cesty spojené s vývojem neuronů (Xu et al ., 2008). Tyto výsledky jsou zrcadleny další nedávnou zprávou o spojení se vzácnými variantami ovlivňujícími neurodevelopmentální geny v případech schizofrenie (Walsh et al ., 2008).
zjištění z těchto studií schizofrenie má paralely v nedávné vyšetřování genetika autismu, jako sdružení de novo varianty byly také stanoveny s tímto neurodevelopmental disorder (Šebat et al., 2007; Marshall a kol., 2008). Sebat et al. (2007) například zjistili, četnost spontánní mutace až 10%, v ojedinělých případech autismu, ve srovnání s pouze 1% v neovlivněné kontroly, a řada genů, včetně SHANK3, NLGN4 a NRXN1, byli zapletení v etiologii autismu prostřednictvím studia počet kopií variace. Interpretace těchto údajů je poněkud komplikované, nicméně, tím, že obtíže, spočívající v (a) prokazující, že konkrétní počet kopií změna je vlastně de novo (většina současných metodik trpí vysokým falešně negativní, stejně jako falešně pozitivní výsledky) a (b), kterým „normální“ míra generace de novo počtu kopií změny.
rozdíl mezi běžnými variantami genových kopií a vzácnými CNM není vždy jasný. Konkrétním příkladem jsou společné počtu kopií zisky a ztráty z regionu na chromozomu 7, který obsahuje PRSS1 a PRSS2 geny, missense mutace, které způsobují dědičná pankreatitida. To je autodigestive onemocnění, přičemž aktivace kaskády pankreatické trávicí enzymy je způsobena předčasnou aktivací trypsinu (Le Maréchal et al., 2006). CNV překrývající se dva geny byly nalezeny u zdravých jedinců, ale triplikace této oblasti je spojena s onemocněním. Předpokládá se, že zvýšená dávka triplicovaných genů PRSS1 a PRSS2 může narušit rovnováhu mezi aktivací a inhibicí trypsinu v pankreatu (Le Marechal et al ., 2006), což naznačuje, že duplikace stejného lokusu na obou chromozomech by mohla mít stejný účinek. Trojnásobná oblast je tedy mutací kopírovacího čísla, která je základem onemocnění, zatímco zisk jedné kopie na jednom chromozomu (tj. duplikace CNV) by mohl být popsán jako premutační CNV pro nepříznivý fenotyp. Situace je dále komplikovaná, nicméně, nedávné identifikaci zdvojení tohoto lokusu u čtyř pacientů s hereditární pankreatitidou, která nebyla nalezena v ovládání (Masson et al., 2008b): je proto možné, že duplikace tohoto místa může u některých jedinců způsobit onemocnění, ale u jiných působí jako benigní CNV.
stejné onemocnění bylo také nedávno prokázáno, že je výsledkem jiného genetického mechanismu. Jak již bylo zmíněno, Masson et al. (2008a) identifikovali hybridní Gen PRSS2/PRSS1, který popisují jako účinek „dvojitého zisku funkce“ s kvalitativními i kvantitativními důsledky ve francouzské rodině s dědičnou pankreatitidou. Tento fúzní gen v podstatě se skládá z zdvojování polovinu každého genu, čímž působí jako „kvantitativní“ CNM, kromě „kvalitativní“ missense mutace, což má za následek vysoce kapilární fenotyp v rodině. Zdá se, že jde o nový vztah genotyp-fenotyp.
Velmi málo šetření, dosud nebyly provedeny zkoumat dvojí účinky CNVs a Snp. Jedním příkladem je však analýza genu komplementového faktoru H a membránového kofaktoru (CFH), který obsahuje aminokyselinovou variantu, která predisponuje k makulární degeneraci související s věkem (Klein et al ., 2005). Tento gen je obsažen v oblasti CNV; je tedy možné, že změny počtu kopií tohoto genu nebo jeho okolní genomové oblasti by mohly změnit riziko onemocnění. Na podporu tohoto bylo prokázáno, že haplotyp nesoucí delece blízkých genů CFHR1 a CFHR3 chrání před onemocněním (Hughes et al., 2006). Tento příklad zdůrazňuje potřebu vyhodnotit přínos obou typů variant ke komplexním fenotypům a nemocem, protože takové případy mohou být pouze špičkou ledovce (Masson et al ., 2008a).
je proto pravděpodobné, že variace počtu kopií genů hrají důležitou roli v lidském zdraví, přičemž některé běžné genové CNV zvyšují náchylnost k určitým komplexním onemocněním, zatímco tzv. Současné odhady naznačují, že varianty počtu kopií překrývají více lidského genomu než SNP (současné odhady ∼29% bp cf. 0.4% (http://projects.tcag.ca/variation)); nicméně, to zbývá být prokázáno, zda CNVs jsou hlavním zdrojem inter-individuální rozdíly ve fyziologických fenotyp, stejně jako celkovou kondici a náchylnosti k onemocnění. Interakce mezi funkčně relevantními SNP a CNV přidává další úroveň složitosti vyšetřování.