Anotasi Fungsional Varian Genomik

Pengurutan genom menghasilkan jutaan varian, tetapi sebagian besar tidak diketahui konsekuensinya. Anotasi fungsional adalah proses melampirkan makna biologis pada setiap varian — di mana letaknya, gen atau elemen pengatur apa yang dipengaruhinya, dan seberapa besar kemungkinannya untuk mengubah fungsi — sehingga beberapa varian yang penting dapat dibedakan dari banyak varian yang tidak penting.

Definition

Anotasi fungsional varian genomik adalah penugasan konteks biologis dan prediksi konsekuensi fungsional pada varian sekuens, termasuk lokasi genomiknya, gen atau elemen pengatur yang terpengaruh, efek molekuler (seperti missense, nonsense, pengubah sambatan, atau pengatur), dan prediksi dampak pada fungsi.

Scope

Topik ini mencakup anotasi varian nukleotida tunggal, insersi, delesi, dan perubahan struktural: menemukan varian relatif terhadap gen dan daerah pengatur, mengklasifikasikan konsekuensi molekulernya, dan memprediksi sifat merugikan untuk situs pengkodean dan non-pengkodean. Ini memperlakukan anotasi sebagai subjek metodologis dan referensi dan tidak memberikan interpretasi varian untuk kasus klinis individual.

Core questions

• Di mana letak varian relatif terhadap gen, ekson, situs sambatan, dan elemen pengatur?
• Apa konsekuensi molekulernya — apakah itu mengubah protein, mengganggu penyambungan, atau memengaruhi regulasi?
• Seberapa besar kemungkinan varian tersebut merugikan fungsi?
• Bagaimana varian non-pengkodean, yang tidak memiliki pembacaan pengubah protein sederhana, dapat diinterpretasikan?

Key concepts

• Lokasi varian dan klasifikasi konsekuensi
• Varian missense, nonsense, frameshift, dan sambatan
• Prediksi sifat merugikan untuk varian pengkodean
• Anotasi varian non-pengkodean dan pengatur
• Sumber anotasi referensi (model gen, konservasi, peta elemen fungsional)
• Lokus sifat kuantitatif ekspresi (eQTL)

Mechanisms

Pipeline anotasi pertama-tama memetakan setiap varian ke genom referensi dan serangkaian model gen untuk menentukan posisinya dan konsekuensi dasar — apakah terletak di ekson pengkodean, situs sambatan, daerah yang tidak ditranslasi, atau daerah intergenik — menggunakan alat seperti ANNOVAR dan SnpEff. Untuk varian pengkodean yang mengubah asam amino, algoritma prediksi seperti SIFT memperkirakan apakah substitusi tersebut dapat ditoleransi atau merusak, berdasarkan konservasi sekuens antarspesies. Varian non-pengkodean lebih sulit diinterpretasikan karena tidak mengubah protein; di sini anotasi bergantung pada peta elemen fungsional seperti yang berasal dari ENCODE dan pada hubungan antara varian genetik dan ekspresi gen (eQTL) yang dikatalogkan oleh proyek-proyek seperti GTEx. Hasilnya adalah deskripsi berlapis dari setiap varian yang mendukung prioritisasi selanjutnya.

Clinical relevance

Anotasi varian adalah langkah dasar dalam penelitian genomik dan dalam pipeline analitis yang digunakan untuk menginterpretasikan data pengurutan. Ini menjelaskan bagaimana varian kandidat dikarakterisasi dan diprioritaskan; prediksi yang dihasilkannya adalah hipotesis komputasi dan bukan, dengan sendirinya, penentuan patogenisitas atau dasar untuk keputusan diagnostik atau pengobatan individual.

History

Ketika pengurutan throughput tinggi membuat data seluruh-eksoma dan seluruh-genom menjadi rutin pada akhir tahun 2000-an, hambatan bergeser dari menghasilkan varian ke menginterpretasikannya. Prediktor berbasis konservasi seperti SIFT (2009) menangani varian pengkodean, sementara mesin anotasi umum seperti ANNOVAR (2010) dan SnpEff (2012) mensistematisasi penugasan konsekuensi di berbagai jenis varian. Katalog elemen fungsional besar seperti ENCODE (2012) dan sumber daya ekspresi seperti GTEx (2015) kemudian memperluas interpretasi ke genom non-pengkodean, yang merupakan sebagian besar variasi.

Debates

Bagaimana seharusnya varian non-pengkodean diinterpretasikan?

Varian pengkodean memiliki pembacaan molekuler yang relatif dapat diinterpretasikan, tetapi sebagian besar variasi adalah non-pengkodean dan tidak memiliki konsekuensi protein langsung; interpretasinya bergantung pada peta elemen fungsional dan bukti eQTL yang kelengkapan dan spesifisitas jaringannya masih terbatas.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Apa artinya menganotasi varian?

Ini berarti melampirkan konteks biologis pada varian: di mana letaknya relatif terhadap gen dan elemen pengatur, konsekuensi molekuler apa yang dimilikinya, dan seberapa besar kemungkinannya untuk memengaruhi fungsi — sehingga varian penting dapat dibedakan dari varian netral.

Mengapa varian non-pengkodean lebih sulit dianotasi daripada varian pengkodean?

Varian pengkodean dapat dibaca terhadap kode genetik untuk memprediksi perubahan protein, tetapi varian non-pengkodean tidak memiliki pembacaan langsung seperti itu; menginterpretasikannya bergantung pada peta elemen pengatur dan pada hubungan antara varian dan ekspresi gen, yang masih belum lengkap.