VII./4. Fejezet: Multifaktoriális betegségek vizsgálómódszerei

Heritabilitás mérése, ikervizsgálatok, eset-kontroll vizsgálatok, genome-wide association vizsgálatok (GWAS), linkage analízis, epigenetikai vizsgálatok, újgenerációs szekvenálási adatok értelmezése – 1000 genom programok.

VII./4.1. Heritabilitás (h2: örökölhetőségi értékszám)

Azt fejezi ki, hogy a genotípus milyen mértékben vesz részt a fenotípusos meghatározásában azaz, a fenotípusos variancia genetikailag meghatározott hányada. Értéke: 0 és 1 között van. A fenotípusos variancia additív tételekre visszavezethető hányada, vagyis az additív genetikai variancia és a teljes fenotípusos variancia hányadosa (h²=V_A/V_P). 

Meghatározása: A szülők és az utódok fenotípusos értéke közötti korreláció analízis, értékei populációról populációra változhatnak. Ennek oka, hogy a környezeti variancia eltérő lehet, a populáció genetikai változatosságának a szintje különbözhet.

VII./4.2. Ikervizsgálatok

Ikervizsgálatok alapja az a feltételezés, hogy az ikerpárokat ugyanazok a környezeti hatások érik mind az egypetéjűek, mind a kétpetéjűek esetében. Ez esetben az egypetéjű pároknál megfigyelt bármely, a kétpetéjűekénél szorosabb hasonlóság a gének hatására utal. Ikervizsgálatok főbb típusai: (1) az egy- és kétpetéjűeket; (2) egypetéjű ikreket; (3) a születésüktől külön nevelt egypetéjű ikreket hasonlítanak össze.

Az ikervizsgálatok elősegítésére hozták létre az Európai Ikerregisztert (Boomsma et al., Nature Reviews Genetics 2002 3, 872-882) amelyhez a Magyar Ikerregiszter is csatlakozott.

A klasszikus ikervizsgálat során a nagyobb számú egypetéjű és kétpetéjű ikerpárban meghatározzák valamely betegség (vagy tulajdonság) együttes vagy eltérő előfordulását. A külön nevelt monozigóta ikrekben a különböző környezetben érvényesülő genetikai adottságok tanulmányozására alkalmas.

Az ikervizsgálatok korlátai:

• - női monozigóta ikerpároknál az X-inaktiváció különbsége szignifikánsan megváltoztatta az X-kromoszómán lokalizálódó gének expresszióját;

• - immunoglobulin és T-sejt receptor lókuszok szomatikus átrendeződése különbözik;

• - környezeti hatások nem teljesen egyformán érik az ikreket;

• - a méhen belül az egypetéjű ikrek gyakran egy placentán osztoznak, ezért a két iker vérellátása eltérhet, születési súlyuk különbözhet;

• - megoszlási torzitásnál hiba lép fel, ha az önkéntes alapú megoszlás vizsgálatánál monozigóra ikrek vesznek részt.

VII./4.3. Eset-kontroll vizsgálatok

Az eset-kontroll vizsgálatok során két csoportot, leggyakrabban adott betegségben szenvedő egyéneket és az egészséges kontroll kohorszt hasonlítunk össze. A vizsgálatoknál törekedni kell arra hogy a két kohorszban az életkori megoszlás, a nemek és az etnikum aránya hasonló kell legyen. Emellett ismerni kell az egyes környezeti hatásokat, a résztvevők iskolázottságát, foglalkozását, lakóhelyét (főváros, város, falu stb.), előző betegségeiket. Ennek alapján az ideális kontrollok a házastársak, a hasonló kor, etnikum és megegyező környezet miatt. A betegekben talált pozitív eltérést hasonlítjuk a kontrollokhoz, pl. Sclerosis multiplexes betegek testvérei 3,5%-a is beteg (ez magasabb, mint a távolabbi rokonok esetében).

Az eset-kontroll vizsgálatok két fő típusba a retrospektív és prospektív vizsgálatokba oszthatók.

• - A retrospektív vizsgálatokban általában betegek és kontrollok összehasonlítása történik, egyszeri mintavétellel, a betegek után követése nem történik.

• - A prospektív vizsgálatok során a betegek és egészségesek bevonásával, majd folyamatos visszahívásával, akár évtizedekig tartó monitorozásával próbálják a betegségek genetikai és környezeti tényezőit felkutatni.

Eset-kontroll vizsgálatok főbb problémáiként említhetők:

• - A megállapítási torzítás (ascertainment bias) azt jelenti, hogy a betegség valószínűsége a betegek családtagjaiban és a kontrollok családtagjaiban különbözik.

• - A visszahívási torzítás (recall bias) azt fejezi ki, hogy általában egy retrospektív vizsgálatban a betegeket és a kontrollokat eltérő módon hívják vissza.

• - A kontrollok beválogatása. Általában a vizsgálatok csak azt veszik figyelembe, hogy adott betegségre nézve ne legyen érintett, így egyéb tényezők, mint az etnikum, foglalkozás, szocioökonómiai állapot, stb sokszor figyelmen kívül maradnak.

• - Sokszor a talált különbségek nem bizonyítottan okozati különbségek (pl. 1-2 eltérés már torzíthatja a vizsgálatot, mint eltérő étkezési szokások, etnikai háttér stb).

Az eset-kontroll vizsgálatok során a tulajdonság megjelenését a relatív rizikó és az esélyhányados (odds ratio) fejezi ki.

A tulajdonságok öröklődés kockázatának bekövetkezésének valószínűségét a rizikó fejezi ki. A relatív rizikó az egyik csoport (beteg) rizikójának és a másik csoport (kontroll) rizikójának hányadosa, elsősorban a prospektív vizsgálatokban használják. 

Az esélyhányados (odds ratio) az eset-kontroll vizsgálatokban a relatív kockázattal is szorosan összefüggést mutató, relatív esély mérésére használt mutató. Azt fejezi ki, hogy a betegségnek hányszor nagyobb az esélye az adott kockázati tényező mellett, mint a kockázati tényező nélkül. Az esélyhányados közelítő becslése a relatív kockázatnak.

E mellett a vizsgálatok során a standard hiba és a konfidenciaintervallum megadása is szükséges.

VII./4.4. Teljes genom asszociációs vizsgálat (Genome-wide association vizsgálatok - GWAS)

A GWAS vizsgálatok olyan automatizált molekuláris biológiai módszerek, amellyel egy időben párhuzamosan egyetlen chippel, vagy array-vel több 100 ezer SNV (single nucleotid variants) és CNV (copy number variation) vizsgálható. A betegséggel asszociációt mutató SNV-t azonosítja, de nem tudja pontosan meghatározni hogy az adott tulajdonság, klinikai fenotípus hátterében pontosan mely gén felelős.

A vizsgálat során két csoportot (betegek és kontrollok) hasonlítanak össze. A betegekben statisztikailag magasabb előfordulású SNV-ket keresnek. Napjainkban a GWAS vizsgálatokat egyre jobban kiváltják a teljes exom/genom projektek.

VII./4.5. Kapcsoltsági (linkage) analizis

A linkage analizis egy olyan statisztikai módszer, amely a gének funkciója és a kromoszómális lokalizációja közti kapcsolatot vizsgálja. A kromoszómákon ismert mikroszatellita markerek segítségével a betegséget okozó gén körülbelüli helyét tudjuk azonosítani (a marker- és egy génlokusz szoros kapcsoltságát vizsgálja).

A LOD-érték (LOD-score): a rekombinációs frakció tízes alapú logaritmusa. A LOD érték vizsgált családon belül a fenotípusos jellemzők figyelembe vételével számolható ki.

Ha a LOD érték:

• - >+3: a két tulajdonság közti kapcsoltság valószínűsége bizonyított, a rekombináció bekövetkezésének valószínűsége: 1:1000.

• - = +2, a rekombináció valószínűsége 1:100

• - < -2 akkor a két lókusz között kapcsoltság kizárt.

A maximális LOD-érték minél magasabb, annál közelebb helyezkedik el a keresett gén az adott markerhez, így a kapcsoltság annál nagyobb fokú. Az 1%-os rekombinációs gyakoriság (Θ=0.01) körülbelül 1 cM vagy 1000 bp távolságnak felel meg a kromoszómán. Legnagyobb fokú kapcsoltság Θ =0.00 esetén áll fenn, míg a Θ =0.50 a szabad rekombinációt jelenti.