CNV sykdom foreninger
Effekten Av CNVs på genuttrykk, og deres potensielt forstyrrende effekter på gen struktur og funksjon, antyder at de sannsynligvis vil gi et betydelig bidrag til menneskelige sykdommer. På grunn av den relativt nylige oppdagelsen Av CNVs, og nåværende begrensninger i høy gjennomstrømningsteknikker, er den fulle omfanget AV CNV – sykdomsforeninger ennå ikke klart. Likevel, fra det økende antall tilfeller der slike foreninger har blitt påvist, er det sannsynlig at de gir et betydelig bidrag til menneskelig sykdom.
Gitt det store antallet gener som overlappes Av CNVs (Tabell (Tabell 1), 1), vil en betydelig andel biomedisk relevante gener sannsynligvis bli påvirket. I VÅR CNV-oppdagelsesstudie var for eksempel nesten halvparten av genene som skjærer varianter representert I omim-databasen, inkludert gener assosiert med Mendelske sykdommer, genomiske lidelser og vanlige sykdommer (De Smith et al., 2007). Faktisk bidrar mange endringer i genkopier direkte til monogene sykdommer. I recessive sykdommer kan hemizygositet på grunn av sletting av et gen, eller en del av et gen, avsløre en mutasjon på den andre genkopien. Omvendt kan duplisering av en sunn genkopi på ett kromosom teoretisk maskere effektene av en sykdomsfremkallende mutasjon i genet på det andre kromosomet, og dermed redde fenotypen. Faktisk har det blitt spådd at en andel av den variable penetransen vist av mange dominerende genetiske lidelser kunne forklares Av CNVs (Beckmann et al., 2007).
Autosomal dominant Tidlig debut Alzheimers sykdom (ADEOAD) er kjent for å være forårsaket av missense mutasjoner I APP gener på kromosom 21, men duplisering AV APP locus har også blitt funnet hos pasienter med denne lidelsen (Rovelet-Lecrux et al., 2006). Denne kopi nummer gevinst antas å føre til en overflod av amyloid innskudd i hjernen. På samme måte har triplikasjon AV SNCA-genet, som fører til en overflod Av Lewy-legemer, vært assosiert hos pasienter med autosomal dominant Parkinsons sykdom (Singleton et al., 2003). Ingen av disse genene er kjent for å bli overlappet av varianter hos friske individer, og disse kopi nummer gevinster er derfor tenkt å ligge til grunn sykdom: slike funksjoner kalles kopi nummer mutasjoner (CNMs). Tap eller gevinst av eksonisk materiale kan også resultere i missense mutasjoner eller frameshifts: Faktisk Er Duchenne muskeldystrofi (DMD) vanligvis forårsaket av de novo slettinger og duplikasjoner som resulterer i frameshifts. Hvis disse ble oppdaget for første gang i dag, ville de bli kjent som CNMs. Det er viktig at de fleste sekvenseringsstrategier for identifisering av mutasjoner som forårsaker monogen sykdom, vil savne slike varianter, noe som derfor kan utgjøre en betydelig andel av ‘manglende’ mutasjoner, og komplisere genetisk rådgivning.
i tillegg til monogene sykdommer, er variasjoner i kopiantall av store genomiske regioner den underliggende årsaken til mange genomiske lidelser, og slike avvik kan påvirke kopiantallet til flere gener. I noen tilfeller antas det at doseendringer i mange gener bidrar til fenotype, for eksempel med ∼1.6-Mb sletting ved kromosom 7q11. 23 som fører Til Williams-Beuren syndrom (Peoples et al., 2000). I andre lidelser, SOM CMT1A og SMS, antas doseringsendringer i bare et enkelt gen å ligge til grunn for sykdom (Roa et al., 1991; Slager et al., 2003). Tolkning av data fra kliniske undersøkelser av den underliggende årsaken til mistanke om genomiske lidelser kompliseres ofte av Tilstedeværelsen Av CNVs. Vi har ennå ikke en full forståelse av det normale spekteret av kopi nummer variasjon, spesielt i ikke-HapMap (International Hapmap Consortium, 2003) befolkningsgrupper, og så det kan være svært vanskelig å skille mellom godartede CNVs og sykdomsfremkallende varianter. Ytterligere komplikasjoner kan skyldes Cnver som overlapper større avvik, slik at forskjellige kombinasjoner av varianter reduserer eller forverrer fenotyper. Dette kan bidra til å forklare, for eksempel, de ulike manifestasjoner av fenotyper sett i trisomi 21 pasienter: for eksempel har ∼40% pasienter medfødte hjertefeil (Freeman et al., 1998) og ∼1% utvikler leukemi (Zipursky et al., 1992).
situasjonen med hensyn til kompleks sykdom er enda mindre grei. Nylige fremskritt i kompleks sykdomsanalyse, ved hjelp AV genom-wide SNP association tilnærminger, har fremhevet nye gener og potensielle patogene veier (Frayling et al., 2007; Sladek et al., 2007), men SNP markører funnet fortsatt ikke står for den estimerte arvbarhet av disse lidelsene. Det er derfor sannsynlig at andre genetiske faktorer bidrar til vanlige komplekse lidelser, inkludert sjeldne varianter, epigenetiske modifikasjoner og kopi nummervariasjon. Selv Om CNVs overlapper mange biologisk viktige gener, hvorav flere allerede var forbundet med sykdom, er dette ikke i seg selv bevis på at de spiller en rolle i sykdom. Derfor er det nå pågår studier for å identifisere spesifikke sykdomsrelaterte Cnver. Dette har allerede ført til rapporterte sykdomsforeninger med varianter som er relativt vanlige i tilsynelatende sunne populasjoner. En betydelig andel av disse assosiasjonene har blitt funnet med gener involvert i immunsystemet og i forsvar mot sykdom. Det første eksempelet på dette var oppdagelsen av at lav kopi nummer av en hyppig CNV inkludert fcgr3b genet er assosiert med glomerulonefritt hos rotter og mennesker (Aitman et al., 2006). Dette genet spiller en nøkkelrolle i regulering av inflammatoriske og immunresponser, spesielt i tethering av nøytrofiler til immunkomplekser og clearance av disse kompleksene, og har siden vært assosiert med systemisk lupus erythematosus (SLE) og andre systemiske autoimmune sykdommer, som ANCA-assosiert vaskulitt (Fanciulli et al., 2007).
som beskrevet tidligere, variasjoner i kopi nummer av et annet gen, komplement komponent C4, har lenge vært assosiert MED SLE. Dette genet spiller også en rolle i clearance av immunkomplekser, samt i aktivering av komplementveier som virker mot invaderende mikrober, og i reduksjon av terskelen For b lymfocyttaktivering. Det har nylig blitt bekreftet at lave kopieringsnumre Av C4 øker risikoen FOR SLE, mens høye kopieringsnumre av dette genet har en beskyttende rolle mot sykdom (Yang et al., 2007).
Et annet gen involvert i forsvar mot sykdom ER CCL3L1, som også er innlemmet i en ekstremt vanlig OG svært polymorf CNV. Dette genet har vært involvert i mottakelighet for og sykdomsprogresjon I HIV, SIDEN CCL3L1 er den mest effektive ligand FOR CC chemokine receptor 5 (CCR5), som er den viktigste HIV co-reseptor, og dermed er det en viktig HIV-undertrykkende chemokine (Menten et al., 2002). Besittelse av lav ccl3l1 kopi nummer er en viktig risikofaktor FOR HIV, assosiert med høyere virusbelastning og økt påfølgende tap Av T-celler (Gonzalez et al., 2005).
Muligens Det mest spennende eksempelet på en sykdomsassosiert CNV som overlapper gener relatert til immunsystemet, er beta defensin-genene, som er kandidater for variasjon i følsomhet for autoimmune og inflammatoriske lidelser, på grunn av deres antimikrobielle og pro-inflammatoriske roller. Disse genene varierer sterkt i kopi nummer både hos mennesker (Armour et al., 2007) og også makaques, noe som tyder på at dette er et gammelt hotspot for kopi nummer variasjon (Lee et al., 2008). En stor gjenta enhet på kromosom 8p23.1, INKLUDERT DEFB4, SPAG11, DEFB103, DEFB104 og DEFB105 blant andre, er svært variabel i kopi nummer, med individer bærer mellom 2 og 12 kopier per diploide genom. Høye kopier av denne enheten øker følsomheten for den vanlige inflammatoriske hudsykdommen psoriasis, i samsvar med en overdrevet immunrespons som fører til en inflammatorisk sykdom (Hollox et al., 2008). Omvendt har lave kopinumre AV DEFB4-genet vært assosiert Med kolon Crohns sykdom, som antas å skyldes en svekkelse av antibakteriell barriere i kolonslimhinnen på grunn av relativ mangel på beta-defensiner (Fellermann et al., 2006). DETTE er det første eksempelet PÅ EN vanlig CNV som i lave kopi tall kan føre til en sykdom, og i høye kopi tall kan føre til en annen fenotypisk distinkt sykdom.
Varianter har også vist seg å overlappe kreftrelevante gener, for eksempel en delesjonsregion på 630 kb på kromosom 3p21.3 slettet i lungekreft, med tre tumorsuppressorgener TUSC2, TUSC4 OG NAT6, ble funnet å overlappe en relativt vanlig delesjon CNV i en tilsynelatende sunn befolkning (Wong et al., 2007). Mange andre onkogener og tumorsuppressorer påvirkes av variasjon i kopinummer, inkludert Lpp, MLLT3, MEN1, APC, VAV2, TNFRSF25, BCAS1 og HIC2 (Conrad et al., 2006; de Smith et al., 2007; Wong et al., 2007). Studier for å bestemme konsekvensene for kreftfølsomhet er i gang, men vi har allerede minst ett eksempel på en betydelig forening. EN UGT2B17 delesjonsvariant, funnet hos rundt 11-12% av friske personer, viser en signifikant sammenheng med risiko for prostatakreft hos Kaukasiere. Økte nivåer av serumtestosteron og andre androgener er en risikofaktor for prostatakreft, og det antas at sletting av dette genet, som er involvert i androgenmetabolisme, kan føre til økte serumandrogenivåer (Park et al., 2006). Et interessant spørsmål, som ennå ikke er undersøkt, er om det er noen sammenheng mellom de arvede Cnvene i kreftrelevante genomiske regioner og forekomsten av de ulike genomiske tapene og gevinstene som oppstår under kreftprogresjon. Siden disse endringene har betydelig prognostisk betydning, kan en slik sammenheng ha viktige konsekvenser for tidlige beslutninger om terapeutisk ledelse.
som beskrevet er gener involvert i hjernens utvikling beriket I CNVs (De Smith et al., 2007), og en andel av disse variantene kan derfor bidra til følsomhet for nevrologiske og psykiatriske lidelser, som bipolar lidelse (bd) og schizofreni. Faktisk er noen AV DE viktigste BD-og schizofreni-kandidatgenene, Som PDE4ß, CHRNA7 og DISC1, overlappet av kjente varianter. I en kohort AV BD-pasienter ble det for eksempel funnet en signifikant økning for tilstedeværelsen av en kjent CNV som overlapper Gsk3ß sammenlignet med friske kontroller (Lachman et al ., 2007). Dette er et troverdig kandidatgen for BD da det er involvert i nevroncelleutvikling, og transgene mus med Gsk3ß Uttrykk har vist seg å etterligne handlinger av klinisk mani, med økt lokomotorisk aktivitet og akustisk skremmerespons (Prickaerts et al., 2006). Gsk3ß Har hittil kun blitt dokumentert i to friske kontrollprøver, så det kan beskrives som en sjelden CNV. Noen studier som tar sikte på å identifisere varianter forbundet med bestemte sykdommer, har imidlertid avdekket genkopieringsvarianter som bare er tilstede hos pasienter med disse sykdommene, og ikke i den generelle befolkningen. Disse variantene bør derfor riktig betegnes copy number mutations (CNMs), da de ikke er tilstede ved merkbar frekvens (>1%) i den generelle befolkningen og kan være den direkte årsaken til sykdom, snarere enn å virke som følsomhetsloki.
i tillegg til vanlige Cnver som spiller en rolle i nevrologiske lidelser, har en rekke de novo Cnmer også vært forbundet med slike sykdommer. Varianter som omfatter tre hjerne-uttrykt gener involvert i glutamat signalering, GLUR7, AKAP5 OG CACNG2, ble funnet bare hos pasienter med schizofreni i en studie (Wilson et al ., 2006). Det er spekulert i at disse genene er differensielt uttrykt under tidlig menneskelig embryonisk utvikling, og at utviklingen av et normalt sentralnervesystem avhenger av kompleks regulering av disse genene (Wilson et al ., 2006). En nylig studie indikerer også at sjeldne de novo-varianter med høy penetrans kan ligge til grunn for schizofreni i noen tilfeller. Xu et al. (2008) fant en 10% frekvens av nye varianter hos pasienter med sporadisk schizofreni, som var åtte ganger høyere enn i kontroller. Antallet gener overlappet av disse variantene var relativt lite, MEN GO-analysen viste at de mest berikede kategoriene var veier forbundet med nevronutvikling (Xu et al., 2008). Disse resultatene er speilet av en annen nylig rapport om en tilknytning til sjeldne varianter som påvirker nevroutviklingsgener i tilfeller av schizofreni (Walsh et al., 2008).
funnene i disse studiene av schizofreni har paralleller i nyere undersøkelser av autismens genetikk, da foreninger av de novo-varianter også er bestemt med denne nevroutviklingsforstyrrelsen (Sebat et al., 2007; Marthe et al., 2008). Sebat et al. (2007), for eksempel, fant frekvensen av spontane mutasjoner til å være 10% i sporadiske tilfeller av autisme, sammenlignet med bare 1% i upåvirket kontroller, og en rekke gener, inkludert SHANK3, NLGN4 OG NRXN1, har vært involvert i etiologien av autisme gjennom studier av kopi nummer variasjon. Tolkning av disse dataene er noe komplisert, men av vanskelighetene som ligger i (a) å bevise at en bestemt kopi nummer variasjon er faktisk de novo (de fleste aktuelle metoder lider av høy falsk negativ, samt falske positive resultater) og (b) etablere ‘normal’ rate av generasjon av de novo kopi nummer endringer.
skillet mellom vanlige genkopierings tallvarianter og sjeldne CNMs er ikke alltid en klar. Et spesielt eksempel på dette er felles kopi nummer gevinster og tap av regionen på kromosom 7 som inkorporerer PRSS1 OG PRSS2 gener, missense mutasjoner som er kjent for å forårsake arvelig pankreatitt. Dette er en autodigestiv sykdom, hvorved en aktiveringskaskade av fordøyelsesenzymer i bukspyttkjertelen skyldes for tidlig aktivering av trypsin (Le Marechal et al ., 2006). CNVs overlappende de to gener har blitt funnet hos friske individer, men en triplikasjon av denne regionen er forbundet med sykdom. Det antas at den økte dosen AV de tripliserte PRSS1-og PRSS2-genene kan forstyrre balansen mellom aktivering og hemming av trypsin i bukspyttkjertelen (Le Marechal et al ., 2006), noe som tyder på at en duplisering av samme locus på begge kromosomer kan ha samme effekt. Den tripliserte regionen er derfor en kopi nummermutasjon som ligger til grunn for sykdom, mens en enkelt kopi gevinst på ett kromosom (dvs. duplisering CNV) kan beskrives som en premutasjon CNV for ugunstig fenotype. Situasjonen er ytterligere komplisert, men ved nylig identifisering av en duplisering av dette lokus hos fire pasienter med arvelig pankreatitt, som ikke ble funnet i kontroller (Masson et al., 2008b): det er derfor mulig at duplisering av dette locus kan, i enkelte individer, forårsake sykdom, men i andre fungere som en godartet CNV.
den samme sykdommen har også nylig vist seg å skyldes en annen genetisk mekanisme helt. Som nevnt tidligere, Masson et al. (2008a) identifiserte et hybrid PRSS2 / PRSS1-gen, som de beskriver som å ha en dobbel funksjonseffekt, med både kvalitative og kvantitative konsekvenser, i en fransk familie med arvelig pankreatitt. Dette fusjonsgenet består i hovedsak av en duplisering av halvparten av hvert gen, og fungerer dermed som en kvantitativ CNM, i tillegg til en kvalitativ missense-mutasjon, noe som har resultert i en svært penetrerende fenotype i denne familien. Dette ser ut til å være et nytt genotype-fenotype forhold.
Svært få undersøkelser har hittil blitt utført for å undersøke de to effektene Av CNVs og SNPs. Et eksempel er imidlertid analyse Av komplementfaktor H og membrankofaktor (CFH) genet, som inneholder en aminosyrevariant som predisponerer for aldersrelatert makuladegenerasjon (Klein Et al., 2005). Dette genet er inneholdt i EN CNV-region; det er derfor mulig at variasjoner i kopi nummer av dette genet, eller dets omkringliggende genomiske region, kan endre risikoen for sykdom. Til støtte for dette har en haplotype som bærer slettinger av de nærliggende CFHR1-og CFHR3-genene vist seg å være beskyttende mot sykdommen (Hughes et al., 2006). Dette eksemplet fremhever behovet for å evaluere bidraget fra begge typer varianter til komplekse fenotyper og sykdom, da tilfeller som disse bare kan være toppen av isfjellet (Masson et al.( 2008a).
det er derfor sannsynlig at variasjoner i genkopitall spiller en viktig rolle i menneskers helse, med noen vanlige gen-Cnver som øker følsomheten for visse komplekse sykdommer, mens såkalte Cnmer er den direkte årsaken Til Mendelian-lignende sykdommer. Nåværende estimater indikerer at kopiantallvarianter overlapper mer av det menneskelige genomet enn Snp (nåværende estimater av ∼29% bp jf. 0,4% (http://projects.tcag.ca/variation)); det gjenstår imidlertid å bevise om CNVs er hovedkilden til interindividuelle forskjeller i fysiologisk fenotype, samt generell kondisjon og sykdomsfølsomhet. Samspillet mellom funksjonelt relevante Snper og Cnver legger til et ytterligere kompleksitetsnivå for undersøkelser.