Heritabilität und Gen-Umwelt-Interaktion

Heritabilität ist eine Populationsstatistik, die den Anteil der Variation eines Merkmals innerhalb einer bestimmten Population und Umgebung ausdrückt, der auf genetische Unterschiede zwischen Individuen zurückgeführt werden kann. Gen-Umwelt-Interaktion bezieht sich darauf, wie die Wirkung einer genetischen Variante auf ein Merkmal von der Umgebung abhängen kann und umgekehrt. Zusammen rahmen sie ein, wie die Genetik die Merkmalsvariation aufteilt, während sie davor warnen, die Bedeutung dieser Aufteilung für eine einzelne Person zu überinterpretieren.

Definition

Heritabilität ist der Anteil der phänotypischen Varianz in einer definierten Population, der auf genetische Varianz zurückzuführen ist; Heritabilität im engeren Sinne berücksichtigt nur additive genetische Varianz, während Heritabilität im weiteren Sinne die gesamte genetische Varianz berücksichtigt. Gen-Umwelt-Interaktion tritt auf, wenn die Wirkung des Genotyps auf den Phänotyp in verschiedenen Umgebungen unterschiedlich ist.

Scope

Der Eintrag behandelt die Definition und Schätzung der Heritabilität (einschließlich im engeren und weiteren Sinne), die Bedeutung und häufige Fehlinterpretationen der Statistik, Gen-Umwelt-Interaktion und -Korrelation sowie die Schätzung der Heritabilität aus genetischen Daten mittels genomischer Methoden. Es handelt sich um ein konzeptionelles und methodisches Thema, nicht um eine klinische Leitlinie.

Core questions

• Was genau misst eine Heritabilitätsschätzung und auf welche Population bezieht sie sich?
• Warum sagt die Heritabilität nichts Direktes über ein Individuum oder darüber aus, ob ein Merkmal verändert werden kann?
• Wie erschweren Gen-Umwelt-Interaktion und Gen-Umwelt-Korrelation die Varianzaufteilung?
• Wie wird Heritabilität aus Familiendaten im Vergleich zu genomweiten genetischen Daten geschätzt?

Key concepts

• Heritabilität im engeren Sinne (additiv)
• Heritabilität im weiteren Sinne
• Phänotypische Varianzaufteilung
• SNP-basierte Heritabilität
• Gen-Umwelt-Interaktion
• Gen-Umwelt-Korrelation
• Populations- und umgebungsspezifische Schätzung

Key theories

Varianzaufteilung

Fishers Rahmen zerlegt die phänotypische Varianz in genetische und umweltbedingte Komponenten und liefert die formale Grundlage für die Definition der Heritabilität als Verhältnis von genetischer zu phänotypischer Gesamtvarianz und für die Trennung additiver von nicht-additiven genetischen Effekten.

Mechanisms

Die Heritabilität wird berechnet, indem die Varianz eines Merkmals über Individuen hinweg in genetische und umweltbedingte Komponenten aufgeteilt wird; der genetische Anteil, relativ zum Gesamtanteil, definiert die Heritabilität. Familien- und Zwillingsstudien leiten dies aus der Ähnlichkeit von Verwandten ab, während genomische Methoden sie aus der gemessenen genetischen Ähnlichkeit über viele Varianten hinweg schätzen. Da es sich um ein Verhältnis von Varianzen handelt, hängt die Heritabilität von den Allelfrequenzen und dem Spektrum der in der untersuchten Population vorhandenen Umgebungen ab und kann sich ändern, wenn sich eines davon ändert. Gen-Umwelt-Interaktion bedeutet, dass die scheinbare Wirkung einer Variante zwischen Umgebungen variieren kann, und Gen-Umwelt-Korrelation bedeutet, dass Genotypen nicht zufällig über Umgebungen verteilt sein können; beides muss bei der Interpretation von Varianzkomponenten berücksichtigt werden.

Clinical relevance

Heritabilität und Gen-Umwelt-Interaktion beeinflussen, wie genetische Evidenz über häufige Merkmale und Krankheiten interpretiert wird, einschließlich der Frage, warum eine hohe Heritabilität nicht impliziert, dass Umwelt- oder Verhaltensfaktoren unwichtig oder unveränderlich sind. Das Material wird präsentiert, um das kritische Lesen genetischer Evidenz auf Populationsebene zu unterstützen, und ist keine Grundlage für individuelle Vorhersagen oder Behandlungen.

Epidemiology

Heritabilitätsschätzungen wurden für eine sehr breite Palette menschlicher Merkmale und häufiger Krankheiten erstellt, typischerweise durch Zwillings- und Familienstudien und in jüngerer Zeit durch genomweite genetische Daten; die Schätzungen variieren je nach Merkmal, Population und Umgebung, was selbst ein wichtiger Interpretationspunkt ist.

History

Das Konzept geht auf Fishers Varianzaufteilungsrahmen von 1918 zurück und wurde von quantitativen Genetikern wie Falconer für die praktische Schätzung entwickelt. In der Genomik-Ära quantifizierten Methoden, die die Heritabilität direkt aus genomweiten Varianten schätzen – zuerst auf Merkmale wie die menschliche Körpergröße angewendet – sowohl den durch häufige Varianten erfassten genetischen Anteil als auch die Debatte über die Lücke zwischen dieser und der familienbasierten Heritabilität.

Debates

Was sagt uns die Heritabilität und was nicht?

Heritabilität wird häufig fälschlicherweise als Maß dafür interpretiert, wie „genetisch“ ein Merkmal bei einem Individuum ist oder als über verschiedene Umgebungen hinweg fixiert; tatsächlich ist sie ein populations- und umgebungsspezifisches Verhältnis von Varianzen, und ihre Grenzen sind ein wiederkehrendes Thema in der Literatur.

Warum ist die familienbasierte Heritabilität oft höher als die durch gemessene Varianten erfasste Heritabilität?

Genomische Schätzungen aus häufigen Varianten bleiben häufig hinter der familienbasierten Heritabilität zurück, wobei als Gründe unentdeckte Varianten, seltene Variationen, Interaktionen und eine mögliche Überschätzung durch Familiendesigns vorgeschlagen werden.

Key figures

• Ronald A. Fisher
• Douglas Falconer
• Peter Visscher
• Jian Yang

Seminal works

• fisher-1918
• visscher-2008
• yang-2010

Frequently asked questions

Bedeutet eine Heritabilität von 80%, dass ein Merkmal bei mir zu 80% genetisch bedingt ist?

Nein. Heritabilität beschreibt den Anteil der Variation unter Menschen in einer Population, der genetischen Unterschieden in einer bestimmten Umgebung folgt; sie teilt die Ursache nicht innerhalb eines einzelnen Individuums auf.

Was ist Gen-Umwelt-Interaktion?

Es ist, wenn die Wirkung einer genetischen Variante auf ein Merkmal von der Umgebung abhängt – zum Beispiel könnte eine Variante das Risiko nur unter einer bestimmten Exposition erhöhen – so dass Genotyp und Umgebung nicht immer als einfach additiv behandelt werden können.