Genomik Varyantların Fonksiyonel Anotasyonu
Bir genomun dizilenmesi milyonlarca varyant ortaya çıkarmaktadır, ancak bunların çoğu bilinmeyen sonuçlara sahiptir. Fonksiyonel anotasyon, her bir varyanta biyolojik anlam yükleme sürecidir — varyantın nerede yer aldığı, hangi geni veya düzenleyici elementi etkilediği ve işlevi ne ölçüde değiştirebileceği gibi bilgileri içerir — böylece önemli olan az sayıdaki varyant, önemsiz olan birçok varyanttan ayırt edilebilmektedir.
Tanım
Genomik varyantların fonksiyonel anotasyonu, dizi varyantlarına biyolojik bağlam ve tahmini fonksiyonel sonuç atama işlemidir; bu işlem, varyantların genomik konumunu, etkilenen genleri veya düzenleyici elementleri, moleküler etkiyi (örneğin, missense, nonsense, ekleme yeri değiştirici veya düzenleyici) ve işlev üzerindeki tahmini etkiyi içermektedir.
Kapsam
Bu konu, tek nükleotid varyantlarının, insersiyonların, delesyonların ve yapısal değişikliklerin anotasyonunu kapsamaktadır: varyantların genlere ve düzenleyici bölgelere göre konumlandırılması, moleküler sonuçlarının sınıflandırılması ve kodlayıcı ve kodlayıcı olmayan bölgeler için zararlılıklarının (deleteriousness) tahmin edilmesi ele alınmaktadır. Anotasyonu metodolojik ve referans bir konu olarak ele almakta olup, bireysel klinik vakalar için varyant yorumu sağlamamaktadır.
Temel sorular
- Bir varyant, genlere, ekzonlara, ekleme yerlerine (splice site) ve düzenleyici elementlere göre nerede yer almaktadır?
- Moleküler sonucu nedir — bir proteini mi değiştirmektedir, eklemeyi (splicing) mi bozmaktadır, yoksa düzenlemeyi mi etkilemektedir?
- Varyantın işlev için zararlı olma olasılığı ne kadardır?
- Basit bir protein değiştirici okumadan yoksun olan kodlayıcı olmayan varyantlar nasıl yorumlanabilir?
Anahtar kavramlar
- Varyant konumu ve sonuç sınıflandırması
- Missense, nonsense, çerçeve kayması (frameshift) ve ekleme yeri (splice) varyantları
- Kodlayıcı varyantlar için zararlılık (deleteriousness) tahmini
- Kodlayıcı olmayan ve düzenleyici varyant anotasyonu
- Referans anotasyon kaynakları (gen modelleri, korunum, fonksiyonel element haritaları)
- Ekspresyon kantitatif özellik lokusları (eQTL'ler)
Mekanizmalar
Anotasyon işlem hatları (pipelines) ilk olarak her bir varyantı bir referans genoma ve bir gen modeli setine eşleyerek konumunu ve temel sonucunu belirlemektedir — varyantın bir kodlayıcı ekzonda, bir ekleme yeri (splice site) bölgesinde, çevrilmeyen bir bölgede veya genler arası bir bölgede yer alıp almadığı ANNOVAR ve SnpEff gibi araçlar kullanılarak tespit edilmektedir. Bir amino asidi değiştiren kodlayıcı varyantlar için, SIFT gibi tahmin algoritmaları, türler arası dizi korunumu (sequence conservation) verilerinden yararlanarak sübstitüsyonun tolere edilebilir mi yoksa zararlı mı olduğunu tahmin etmektedir. Kodlayıcı olmayan varyantların yorumlanması daha zordur çünkü bir proteini değiştirmemektedirler; bu durumda anotasyon, ENCODE gibi kaynaklardan elde edilen fonksiyonel element haritalarına ve GTEx gibi projeler tarafından kataloglanan genetik varyantlar ile gen ekspresyonu (eQTL'ler) arasındaki bağlantılara dayanmaktadır. Çıktı, sonraki aşamalardaki önceliklendirmeyi destekleyen her bir varyantın katmanlı bir tanımıdır.
Klinik önem
Varyant anotasyonu, genomik araştırmalarda ve dizileme verilerini yorumlamak için kullanılan analitik işlem hatlarında temel bir adımdır. Aday varyantların nasıl karakterize edildiğini ve önceliklendirildiğini açıklamaktadır; ürettiği tahminler hesaplamalı hipotezler olup, tek başına patojenite (pathogenicity) belirlemesi veya bireysel tanı ya da tedavi kararları için bir temel oluşturmamaktadır.
Tarihçe
Yüksek verimli dizileme, 2000'li yılların sonlarında tüm ekzom ve tüm genom verilerini rutin hale getirdikçe, darboğaz varyant üretmekten bunları yorumlamaya kaymıştır. SIFT (2009) gibi korunum tabanlı tahminciler kodlayıcı varyantları ele alırken, ANNOVAR (2010) ve SnpEff (2012) gibi genel anotasyon motorları, varyant tipleri arasında sonuç atamasını sistemleştirmiştir. ENCODE (2012) gibi büyük fonksiyonel element katalogları ve GTEx (2015) gibi ekspresyon kaynakları daha sonra yorumlamayı, varyasyonun büyük çoğunluğunu oluşturan kodlayıcı olmayan genoma genişletmiştir.
Tartışmalar
- Kodlayıcı olmayan varyantlar nasıl yorumlanmalıdır?
- Kodlayıcı varyantlar nispeten yorumlanabilir bir moleküler okumaya sahipken, varyasyonun çoğu kodlayıcı değildir ve doğrudan bir protein sonucundan yoksundur; bunun yorumlanması, eksiksizliği ve doku özgüllüğü hala sınırlayıcı olan fonksiyonel element haritalarına ve eQTL kanıtlarına bağlıdır.
Öne çıkan isimler
- Kai Wang
- Pauline Ng
- Steven Henikoff
- Pablo Cingolani
İlgili konular
Temel eserler
- kumar-2009
- wang-2010
- cingolani-2012
- encode-2012
Sıkça sorulan sorular
- Bir varyantı anote etmek ne anlama gelmektedir?
- Bu, varyanta biyolojik bağlam yüklemek anlamına gelmektedir: varyantın genlere ve düzenleyici elementlere göre nerede konumlandığı, hangi moleküler sonuca sahip olduğu ve işlevi ne ölçüde etkileme olasılığı bulunduğu gibi bilgilerle, önemli varyantların nötr olanlardan ayırt edilebilmesi sağlanmaktadır.
- Kodlayıcı olmayan varyantlar neden kodlayıcı olanlardan daha zor anote edilmektedir?
- Kodlayıcı varyantlar, genetik koda göre okunarak bir protein değişikliği tahmin edilebilmektedir, ancak kodlayıcı olmayan varyantların böyle doğrudan bir okuması bulunmamaktadır; bunların yorumlanması, düzenleyici element haritalarına ve varyantlar ile gen ekspresyonu arasındaki bağlantılara dayanmaktadır ki bunlar hala eksiktir.