CNV-betegség asszociációk
a CNV-k génexpresszióra gyakorolt hatása, valamint a génszerkezetre és funkcióra gyakorolt potenciálisan zavaró hatásuk arra utal, hogy valószínűleg jelentős mértékben hozzájárulnak az emberi betegségekhez. A CNV-k viszonylag friss felfedezése miatt, azonban, valamint a nagy áteresztőképességű technikák jelenlegi korlátai, a CNV betegség asszociációinak teljes mértéke még nem egyértelmű. Mindazonáltal, az egyre növekvő számú olyan esetből, amikor ilyen összefüggéseket bizonyítottak, valószínű, hogy jelentősen hozzájárulnak az emberi betegségekhez.
tekintettel a CNV-k által átfedésben lévő gének nagy számára (táblázat (1.táblázat),1), A biomedikailag releváns gének jelentős része valószínűleg érintett. A CNV discovery tanulmányunkban például az omim adatbázisában az egymást keresztező gének majdnem fele képviseltette magát, beleértve a mendeli betegségekhez, genomiális rendellenességekhez és gyakori betegségekhez kapcsolódó géneket (de Smith et al., 2007). Valójában sok génmásolat-változás közvetlenül hozzájárul a monogénes betegségekhez. Recesszív betegségek esetén a gén vagy egy gén egy részének deléciója miatti hemizigozitás felfedheti a mutációt a másik génmásolaton. Ezzel szemben az egészséges génmásolás megkettőzése az egyik kromoszómán elméletileg elfedheti a betegséget okozó mutáció hatásait a génben a másik kromoszómán, ezáltal megmentve a fenotípust. Valójában azt jósolták, hogy a sok domináns genetikai rendellenesség által mutatott változó penetrancia egy része CNV-kkel magyarázható (Beckmann et al., 2007).
autoszomális domináns korai kezdetű Alzheimer-kór (ADEOAD) ismert, hogy a 21.kromoszómán lévő APP gének missense mutációi okozzák, de az APP lokusz duplikációját is megtalálták ebben a rendellenességben szenvedő betegeknél (Rovelet-Lecrux et al., 2006). Úgy gondolják, hogy ez a példányszám-növekedés rengeteg amiloid lerakódáshoz vezet az agyban. Hasonlóképpen, az SNCA gén triplikációja, amely a Lewy testek bőségéhez vezet, autoszomális domináns Parkinson-kórban szenvedő betegeknél (Singleton et al., 2003). Ezen gének egyike sem ismert, hogy átfedésben vannak az egészséges egyének variánsaival, ezért úgy gondolják, hogy ezek a kópiaszám-nyereségek képezik a betegség alapját: ezeket a jellemzőket kópiaszám-mutációknak (CNMs) nevezik. Az exonikus anyag elvesztése vagy nyeresége missense mutációkat vagy kereteltolódásokat is eredményezhet: valójában a Duchenne izomdisztrófiát (DMD) általában a De novo deléciók és duplikációk okozzák, amelyek kereteltolódásokat eredményeznek. Ha ezeket ma fedezték volna fel először, akkor CNMs-ként ismernék őket. Fontos, hogy a monogénes betegséget okozó mutációk azonosítására szolgáló szekvenálási stratégiák többsége hiányozna az ilyen variánsokból, amelyek ezért a hiányzó mutációk jelentős részét tehetik ki, és megnehezítik a genetikai tanácsadást.
a monogénes betegségek mellett a nagy genomiális régiók kópiaszám-változása számos genomiális rendellenesség kiváltó oka, és az ilyen rendellenességek több gén kópiaszám-változását is befolyásolhatják. Egyes esetekben, úgy gondolják, hogy sok gén dózisváltozása hozzájárul a fenotípushoz,például a 6.6-Mb deléció a 7q11. 23 kromoszómán, amely Williams-Beuren szindrómához vezet (Peoples et al., 2000). Más rendellenességekben, mint például a CMT1A és az SMS, úgy gondolják, hogy csak egyetlen gén dózisváltozása áll a betegség hátterében (Roa et al., 1991; Slager et al., 2003). A feltételezett genomiális rendellenességek kiváltó okának klinikai vizsgálataiból származó adatok értelmezését gyakran bonyolítja a CNV-k jelenléte. Még nem ismerjük teljes mértékben a kópiaszám-variáció normál spektrumát, különösen a nem hapmap (The International Hapmap Consortium, 2003) populációs csoportokban, ezért nagyon nehéz lehet megkülönböztetni a jóindulatú CNV-ket és a betegséget okozó variánsokat. További szövődményeket okozhatnak a nagyobb aberrációkat átfedő CNV-k, így a variánsok különböző kombinációi enyhítik vagy rontják a fenotípusokat. Ez segíthet megmagyarázni például a 21. triszómiában szenvedő betegeknél megfigyelt fenotípusok különböző megnyilvánulásait: például, a betegek 40% – ának veleszületett szívhibái vannak (Freeman et al., 1998) és 1% – uknál alakul ki leukémia (Zipursky et al., 1992).
a komplex betegséggel kapcsolatos helyzet még kevésbé egyértelmű. A komplex betegségelemzés legújabb fejleményei, a genom egészére kiterjedő SNP asszociációs megközelítések alkalmazásával, új géneket és potenciális patogén útvonalakat mutattak ki (Frayling et al., 2007; Sladek et al., 2007), de a talált SNP markerek még mindig nem veszik figyelembe e rendellenességek becsült öröklődését. Ezért valószínű, hogy más genetikai tényezők is hozzájárulnak a gyakori komplex rendellenességekhez, beleértve a ritka variánsokat, az epigenetikai módosításokat és a másolatok számának változását. Bár a CNV-k számos biológiailag fontos gént átfednek, amelyek közül több már társult a betegséggel, ez önmagában nem bizonyíték arra, hogy szerepet játszanak a betegségben. Ezért most tanulmányok folynak a specifikus betegséggel összefüggő CNV-k azonosítására. Ez már jelentett betegség-társulásokhoz vezetett olyan variánsokkal, amelyek viszonylag gyakoriak a látszólag egészséges populációkban. Ezen asszociációk jelentős részét az immunrendszerben és a betegségek elleni védekezésben részt vevő génekkel találták meg. Az első példa erre az volt a felfedezés, hogy a gyakori CNV alacsony kópiaszáma, beleértve az FCGR3B gént, összefüggésbe hozható a glomerulonephritisszel patkányokban és emberekben (Aitman et al., 2006). Ez a gén kulcsszerepet játszik a gyulladásos és immunválaszok szabályozásában, különösen a neutrofilek immunkomplexekhez való kötésében és ezeknek a komplexeknek a clearance-ében, és azóta szisztémás lupus erythematosussal (SLE) és más szisztémás autoimmun rendellenességekkel, például ANCA-asszociált vasculitissel (Fanciulli et al., 2007).
amint azt korábban leírtuk, egy másik gén, a C4 KOMPLEMENT komponens kópiaszám variációi már régóta összefüggenek az SLE-vel. Ez a gén szerepet játszik az immunkomplexek clearance-ében, valamint a behatoló mikrobák ellen ható KOMPLEMENT utak aktiválásában, valamint a B-limfocita aktiváció küszöbének csökkentésében. Nemrégiben megerősítették, hogy a C4 alacsony példányszáma növeli az SLE kockázatát, míg ennek a génnek a magas példányszáma védő szerepet játszik a betegség ellen (Yang et al., 2007).
a betegségek elleni védekezésben részt vevő másik gén a CCL3L1, amely szintén beépül egy rendkívül gyakori és erősen polimorf CNV-be. Ez a gén szerepet játszik a HIV-re való hajlamban és a betegség progressziójában, mivel a CCL3L1 a leghatékonyabb ligandum a CC kemokin receptor 5 (CCR5) számára, amely a fő HIV-társreceptor, ezért fontos HIV-szuppresszív kemokin (Menten et al., 2002). Az alacsony ccl3l1 kópiaszám birtoklása a HIV egyik fő kockázati tényezője, amely magasabb vírusterheléssel és a T-sejtek későbbi elvesztésével jár (Gonzalez et al., 2005).
valószínűleg a betegséggel összefüggő CNV legérdekesebb példája, amely átfedi az immunrendszerhez kapcsolódó géneket, a béta-defenzin géneké, amelyek anti-mikrobiális és gyulladásgátló szerepük miatt az autoimmun és gyulladásos rendellenességekre való érzékenység variációjára utalnak. Ezek a gének nagymértékben különböznek a másolatok számában mind az emberekben (Armour et al., 2007), valamint a makákók, ami azt sugallja, hogy ez egy ősi hotspot a másolatszám-változáshoz (Lee et al., 2008). Egy nagy ismétlődő egység a 8p23 kromoszómán.1, beleértve DEFB4, SPAG11, DEFB103, DEFB104 és DEFB105 többek között, nagyon változó példányszám, az egyének hordozó 2-12 példányban diploid Genom. Ennek az egységnek a magas példányszáma növeli a gyakori gyulladásos bőrbetegség iránti érzékenységet pikkelysömör, összhangban a gyulladásos betegséghez vezető túlzott immunválasszal (Hollox et al., 2008). Ezzel szemben a DEFB4 gén alacsony példányszáma társult vastagbél Crohn-betegség, amelyről úgy gondolják, hogy a vastagbél nyálkahártyájának antibakteriális gátjának gyengülése a béta-defenzinek relatív hiánya miatt (Fellermann et al., 2006). Ez az első példa a gyakori CNV-re, amely alacsony példányszámban egy betegséghez vezethet, magas példányszámban pedig egy másik fenotípusosan elkülönülő betegséghez vezethet.
kimutatták, hogy a variánsok átfedik a rák szempontjából releváns géneket, például egy 630 kb-os deléciós régiót a 3p21 kromoszómán.3 a tüdőrákban törölt, három tumorszuppresszor gént, a TUSC2-t, a TUSC4-et és a NAT6-ot tartalmazó, viszonylag gyakori deléciós CNV-t fedték át egy látszólag egészséges populációban (Wong et al., 2007). Sok más onkogénre és tumorszuppresszorra is hatással van a kópiaszám változása, beleértve az LPP, MLLT3, MEN1, APC, VAV2, TNFRSF25, BCAS1 és HIC2 (Conrad et al., 2006; de Smith et al., 2007; Wong et al., 2007). Tanulmányok folynak a rákérzékenységre gyakorolt következményeik meghatározására, de már van legalább egy példa egy jelentős összefüggésre. Az UGT2B17 deléciós variáns, amelyet az egészséges alanyok körülbelül 11-12% – ában találtak, jelentős összefüggést mutat a prosztatarák kockázatával kaukázusiak. A szérum tesztoszteron és más androgének fokozott szintje a prosztatarák kockázati tényezője, és úgy gondolják, hogy ennek a génnek a deléciója, amely részt vesz az androgén anyagcserében, megnövekedett szérum androgénszinthez vezethet (Park et al., 2006). Egy érdekes kérdés, amelyet még meg kell vizsgálni, hogy van-e kapcsolat a rák szempontjából releváns genomiális régiókban az öröklött CNV-k és a rák progressziója során bekövetkező különböző genomiális veszteségek és nyereségek előfordulása között. Mivel ezek a változások jelentős prognosztikai jelentőséggel bírnak, egy ilyen kapcsolat fontos következményekkel járhat a korai döntések szempontjából terápiás kezelés.
a leírtak szerint az agy fejlődésében részt vevő gének CNV-kben gazdagodnak (de Smith et al., 2007), és ezeknek a variánsoknak egy része hozzájárulhat a neurológiai és pszichiátriai rendellenességekre való hajlamhoz, mint például a bipoláris zavar (BD) és a skizofrénia. Valójában a legfontosabb BD és skizofrénia jelölt gének, mint például a PDE4, a CHRNA7 és a DISC1, átfedésben vannak az ismert variánsokkal. Például a BD-betegek kohorszában szignifikáns növekedést találtak egy ismert CNV jelenlétében, amely átfedi a Gsk3-at 6ggene az egészséges kontrollokhoz képest (Lachman et al., 2007). Ez a BD hiteles jelölt génje, mivel részt vesz az idegsejtek fejlődésében, és kimutatták, hogy a gsk3-mal rendelkező transzgenikus egerekről kimutatták, hogy a klinikai mánia cselekedeteit utánozzák, fokozott mozgásszervi aktivitással és akusztikus megdöbbenéssel (Prickaerts et al., 2006). A Gsk3-at eddig csak két egészséges kontrollmintában dokumentálták, így ritka CNV-ként írható le. Néhány, az egyes betegségekhez kapcsolódó variánsok azonosítását célzó tanulmány azonban olyan génmásolat-variánsokat tárt fel, amelyek csak az ilyen betegségekben szenvedő betegeknél vannak jelen, az általános populációban nem. Ezeket a változatokat ezért megfelelő módon kópiaszám-mutációknak (CNM) kell nevezni, mivel az általános populációban nem észlelhetők jelentős gyakorisággal (>1%), és a betegség közvetlen okai lehetnek, ahelyett, hogy érzékenységi lokuszként működnének.
a neurológiai rendellenességekben szerepet játszó gyakori CNV-k mellett számos De novo CNM is társult ilyen betegségekkel. A glutamát jelátvitelben részt vevő három agy által expresszált gént tartalmazó variánsokat, a GLUR7-et, az AKAP5-öt és a CACNG2-t csak egy vizsgálatban találták skizofréniában szenvedő betegeknél (Wilson et al., 2006). Feltételezik, hogy ezek a gének differenciáltan expresszálódnak a korai emberi embrionális fejlődés során, és hogy a normális központi idegrendszer kialakulása ezen gének komplex szabályozásától függ (Wilson et al., 2006). Egy nemrégiben készült tanulmány azt is jelzi, hogy a ritka de novo variánsok magas penetrációval egyes esetekben a skizofrénia alapját képezhetik. Xu és munkatársai. (2008) az új variánsok 10% – os gyakoriságát találta szórványos skizofréniában szenvedő betegeknél, ami nyolcszor magasabb volt, mint a kontrollokban. Az ezekkel a variánsokkal átfedő gének száma viszonylag kicsi volt, de a GO elemzés kimutatta, hogy a leggazdagabb kategóriák az idegsejtek fejlődésével kapcsolatos utak (Xu et al., 2008). Ezeket az eredményeket tükrözi egy újabb közelmúltbeli jelentés a ritka variánsokkal való összefüggésről, amelyek befolyásolják a neurodevelopmentális géneket skizofrénia esetén (Walsh et al., 2008).
a skizofrénia ezen vizsgálatainak eredményei párhuzamosak az autizmus genetikájával kapcsolatos legújabb vizsgálatokban, mivel a De novo variánsok asszociációit is meghatározták ezzel a neurodevelopmentális rendellenességgel (Sebat et al., 2007; Marshall et al., 2008). Sebat et al. (2007) például úgy találta, hogy a spontán mutációk gyakorisága 10% az autizmus szórványos eseteiben, szemben az érintetlen kontrollok csak 1% – ával, és számos gén, köztük a SHANK3, az NLGN4 és az NRXN1, a kópiaszám-variáció tanulmányozása révén szerepet játszott az autizmus etiológiájában. Ezeknek az adatoknak az értelmezése azonban némileg bonyolult, mivel nehézségekbe ütközik (a) annak bizonyítása, hogy egy adott példányszám-változás valóban de novo (a legtöbb jelenlegi módszertan magas álnegatív, valamint álpozitív eredményeket szenved) és (b) A De novo példányszám-változások generálásának szokásos arányának megállapítása.
a gyakori génmásolat-változatok és a ritka CNM-ek közötti különbségtétel nem mindig egyértelmű. Különös példa erre a 7-es kromoszómán található régió közös kópiaszám-nyeresége és vesztesége, amely magában foglalja a PRSS1 és PRSS2 géneket, a missense mutációkat, amelyekben ismert, hogy örökletes pancreatitist okoznak. Ez egy autodigesztív betegség, amelynek során a hasnyálmirigy emésztőenzimek aktiválási kaszkádját a tripszin idő előtti aktiválása okozza (Le Marechal et al., 2006). A két gént átfedő CNV-ket egészséges egyénekben találták, de ennek a régiónak a triplikációja betegséggel jár. Úgy gondolják, hogy a triplikált PRSS1 és PRSS2 gének megnövekedett dózisa megzavarhatja a tripszin aktiválása és gátlása közötti egyensúlyt a hasnyálmirigyben (Le Marechal et al., 2006), amely arra utal, hogy ugyanazon lókusz duplikációja mindkét kromoszómán ugyanolyan hatással lehet. A triplikált régió tehát a betegség alapjául szolgáló másolatszám-mutáció, míg az egyik kromoszóma egyetlen másolatának nyeresége (azaz duplikációs CNV) a kedvezőtlen fenotípus premutációs CNV-jének nevezhető. A helyzetet azonban tovább bonyolítja, hogy a közelmúltban azonosították ennek a lokusznak a duplikációját négy örökletes pancreatitisben szenvedő betegnél, amelyet a kontrollokban nem találtak (Masson et al., 2008b): ezért lehetséges, hogy ennek a lokusznak a megkettőzése egyes egyénekben betegséget okozhat, másokban jóindulatú CNV-ként működik.
ugyanez a betegség a közelmúltban is kimutatták, hogy egy másik genetikai mechanizmusból ered. Mint korábban említettük, Masson et al. (2008a) azonosított egy hibrid PRSS2/PRSS1 gént, amelyről leírják, hogy kettős funkcióerősítő hatással rendelkezik, mind minőségi, mind mennyiségi következményekkel, egy örökletes pancreatitisben szenvedő francia családban. Ez a fúziós gén lényegében az egyes gének felének duplikációjából áll, így kvantitatív CNM-ként működik, A kvalitatív missense mutáció mellett, amely rendkívül penetráns fenotípust eredményezett ebben a családban. Úgy tűnik, hogy ez egy új genotípus-fenotípus kapcsolat.
eddig nagyon kevés vizsgálatot végeztek a CNV-k és SNP-k kettős hatásainak vizsgálatára. Az egyik példa azonban a H KOMPLEMENT faktor és a membrán kofaktor (CFH) gén elemzése, amely egy aminosav variánst tartalmaz, amely hajlamos az életkorral összefüggő makula degenerációra (Klein et al., 2005). Ez a gén egy CNV régióban található; így lehetséges, hogy ennek a génnek vagy a környező genomi régiónak a kópiaszám variációi módosíthatják a betegség kockázatát. Ennek alátámasztására kimutatták, hogy a közeli CFHR1 és CFHR3 gének törlését hordozó haplotípus védelmet nyújt a betegség ellen (Hughes et al., 2006). Ez a példa rávilágít arra, hogy értékelni kell mindkét típusú variáns hozzájárulását a komplex fenotípusokhoz és a betegségekhez, mivel az ilyen esetek csak a jéghegy csúcsa lehetnek (Masson et al., 2008a).
ezért valószínű, hogy a génmásolatok számának változása fontos szerepet játszik az emberi egészségben, néhány gyakori gén CNV növeli az érzékenységet bizonyos összetett betegségekre, míg az úgynevezett CNM-ek a mendeli-szerű betegségek közvetlen okai. A jelenlegi becslések azt mutatják, hogy a másolatszám-variánsok jobban átfedik az emberi genomot, mint az SNP-k (a jelenlegi becslések szerint 29% BP CF. 0,4% (http://projects.tcag.ca/variation)); azonban még nem bizonyított, hogy a CNV-k jelentik-e az egyének közötti különbségek fő forrását a fiziológiai fenotípusban, valamint az Általános alkalmasságban és a betegségre való fogékonyságban. A funkcionálisan releváns SNP-k és a CNV-K közötti kölcsönhatás tovább bonyolítja a vizsgálatokat.