Anotación funcional de variantes genómicas

La secuenciación de un genoma produce millones de variantes, pero la mayoría son de consecuencia desconocida. La anotación funcional es el proceso de asignar un significado biológico a cada variante — dónde se localiza, qué gen o elemento regulador afecta, y cuán probable es que altere la función — para que las pocas variantes relevantes puedan distinguirse de las muchas que no lo son.

Definition

La anotación funcional de variantes genómicas es la asignación de contexto biológico y de la consecuencia funcional predicha a las variantes de secuencia, incluyendo su ubicación genómica, los genes o elementos reguladores afectados, el efecto molecular (como missense, nonsense, alteración del empalme o regulador) y un impacto predicho en la función.

Scope

Este tema abarca la anotación de variantes de un solo nucleótido, inserciones, deleciones y cambios estructurales: localizando variantes en relación con genes y regiones reguladoras, clasificando su consecuencia molecular y prediciendo su nocividad para sitios codificantes y no codificantes. Trata la anotación como un tema metodológico y de referencia y no proporciona interpretación de variantes para casos clínicos individuales.

Core questions

• ¿Dónde se localiza una variante en relación con genes, exones, sitios de empalme y elementos reguladores?
• ¿Cuál es su consecuencia molecular — cambia una proteína, interrumpe el empalme o afecta la regulación?
• ¿Cuán probable es que la variante sea nociva para la función?
• ¿Cómo pueden interpretarse las variantes no codificantes, que carecen de una lectura simple de cambio de proteína?

Key concepts

• Localización de variantes y clasificación de consecuencias
• Variantes missense, nonsense, con cambio de marco de lectura y de empalme
• Predicción de nocividad para variantes codificantes
• Anotación de variantes no codificantes y reguladoras
• Fuentes de anotación de referencia (modelos genéticos, conservación, mapas de elementos funcionales)
• Loci de rasgos cuantitativos de expresión (eQTLs)

Mechanisms

Los pipelines de anotación primero mapean cada variante en un genoma de referencia y un conjunto de modelos genéticos para determinar su posición y consecuencia básica — si se encuentra en un exón codificante, un sitio de empalme, una región no traducida o una región intergénica — utilizando herramientas como ANNOVAR y SnpEff. Para las variantes codificantes que cambian un aminoácido, algoritmos de predicción como SIFT estiman si la sustitución es tolerada o dañina, basándose en la conservación de la secuencia entre especies. Las variantes no codificantes son más difíciles de interpretar porque no cambian una proteína; aquí la anotación se basa en mapas de elementos funcionales como los de ENCODE y en los vínculos entre variantes genéticas y expresión génica (eQTLs) catalogados por proyectos como GTEx. El resultado es una descripción en capas de cada variante que apoya la priorización posterior.

Clinical relevance

La anotación de variantes es un paso fundamental en la investigación genómica y en los pipelines analíticos utilizados para interpretar datos de secuenciación. Describe cómo se caracterizan y priorizan las variantes candidatas; las predicciones que produce son hipótesis computacionales y no constituyen, por sí solas, una determinación de patogenicidad o una base para decisiones diagnósticas o de tratamiento individuales.

History

A medida que la secuenciación de alto rendimiento hizo rutinarios los datos de exoma completo y genoma completo a finales de la década de 2000, el cuello de botella pasó de generar variantes a interpretarlas. Los predictores basados en la conservación, como SIFT (2009), abordaron las variantes codificantes, mientras que los motores de anotación generales, como ANNOVAR (2010) y SnpEff (2012), sistematizaron la asignación de consecuencias en todos los tipos de variantes. Grandes catálogos de elementos funcionales como ENCODE (2012) y recursos de expresión como GTEx (2015) extendieron luego la interpretación al genoma no codificante, que constituye la gran mayoría de la variación.

Debates

¿Cómo deben interpretarse las variantes no codificantes?

Las variantes codificantes tienen una lectura molecular relativamente interpretable, pero la mayoría de la variación es no codificante y carece de una consecuencia proteica directa; su interpretación depende de mapas de elementos funcionales y evidencia de eQTLs cuya completitud y especificidad tisular siguen siendo limitantes.

Key figures

• Kai Wang
• Pauline Ng
• Steven Henikoff
• Pablo Cingolani

Seminal works

• kumar-2009
• wang-2010
• cingolani-2012
• encode-2012

Frequently asked questions

¿Qué significa anotar una variante?

Significa asignar contexto biológico a la variante: dónde se localiza en relación con genes y elementos reguladores, qué consecuencia molecular tiene y cuán probable es que afecte la función — para que las variantes importantes puedan distinguirse de las neutras.

¿Por qué las variantes no codificantes son más difíciles de anotar que las codificantes?

Las variantes codificantes pueden leerse contra el código genético para predecir un cambio proteico, pero las variantes no codificantes no tienen una lectura directa de este tipo; su interpretación se basa en mapas de elementos reguladores y en vínculos entre variantes y expresión génica, que aún están incompletos.