Nadir Varyant Keşfi ve Yük Testi
Standart GWAS'lar yaygın varyantları tespit etme gücüne sahip olmakla birlikte, genomun fonksiyonel varyasyonunun büyük bir kısmı nadirdir. Herhangi bir nadir varyant, tek tek güvenilir bir şekilde test edilemeyecek kadar az kişide bulunduğundan, nadir varyant analizi bunun yerine varyantları (genellikle bir gen içinde) bir araya getirmekte ve bunların birleşik yükünün vakalar ile kontroller arasında farklılık gösterip göstermediğini test etmektedir. Dizileme bu varyantları gözlemlenebilir kılmış, yük ve çekirdek (kernel) testleri gibi yöntemler ise onları istatistiksel olarak işlenebilir hale getirmiştir.
Tanım
Nadir varyant keşfi, genellikle dizileme yoluyla, bir özellik ile ilişkili düşük frekanslı genetik varyantların tanımlanmasıdır; yük testi ise, tek-işaretleyici analizin sahip olmadığı gücü elde etmek amacıyla birden fazla nadir varyantı tek bir testte birleştiren gen veya bölge tabanlı yöntemler ailesini ifade etmektedir.
Kapsam
Bu konu, nadir varyantların neden geleneksel tek-işaretleyici GWAS'tan kaçtığını, onları ortaya çıkaran dizileme teknolojilerini ve referans panellerini, ayrıca başlıca birleştirme stratejilerini (basit yük (çökertme) testleri, SKAT gibi varyans-bileşeni çekirdek testleri ve SKAT-O gibi birleşik veya optimal testler) kapsamaktadır. Hangi varyantların birleştirileceğine karar vermede varyant açıklamasının rolünü de belirtmektedir. Bu bir yöntem referansıdır, klinik bir rehberlik niteliği taşımamaktadır.
Temel sorular
- Geleneksel tek-işaretleyici GWAS neden nadir varyantlar için güce sahip değildir?
- Dizileme, dizi genotiplemesinin aksine, nadir varyasyonu nasıl ortaya çıkarmaktadır?
- Yük (çökertme) testleri, bir gen içindeki nadir varyantları nasıl bir araya getirmektedir?
- SKAT gibi çekirdek tabanlı testler, basit yük testlerinden nasıl farklılık göstermektedir?
- Varyantların ne zaman aynı yönde etki ettiği varsayılmaktadır ve etki etmediklerinde ne olmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Nadir ve düşük frekanslı varyantlar
- Tüm ekzom ve tüm genom dizilemesi
- Gen veya bölge tabanlı birleştirme
- Yük / çökertme testleri
- Sequence Kernel Association Test (SKAT)
- Birleşik ve optimal testler (SKAT-O)
- Fonksiyonel açıklama ve varyant ağırlıklandırması
Mekanizmalar
Tek-işaretleyici ilişkilendirme testi, bir varyantın yalnızca birkaç birey tarafından taşınması durumunda gücünü kaybetmektedir; bu nedenle nadir varyant yöntemleri, varyantları bir gen veya bölge boyunca bir araya getirmektedir. Yük (çökertme) testleri, bir birimdeki nadir varyantları tek bir sayı veya gösterge halinde özetlemekte ve bu yükün vakalar ile kontroller arasında farklılık gösterip göstermediğini test etmektedir; bu testler, çoğu varyant özelliği aynı yönde etkilediğinde güçlüdür, ancak etkiler yön açısından karıştığında veya birçok varyant nötr olduğunda güçlerini kaybederler. Sequence Kernel Association Test (SKAT) ile örneklendirilen varyans-bileşeni çekirdek testleri ise, ortak bir yön varsaymaksızın varyant etkilerinin dağılımının sıfır hipotezinden sapıp sapmadığını test etmekte ve etkiler heterojen olduğunda güçlü kalmaktadır. SKAT-O gibi birleşik yaklaşımlar, farklı senaryolarda iyi performans göstermek için yük ve çekirdek testlerini adaptif olarak harmanlamaktadır. Birleştirme, hangi varyantların dahil edileceğinin seçimine bağlı olduğundan, olası zararlı varyantlara odaklanmak için fonksiyonel açıklama ve frekans tabanlı ağırlıklandırma kullanılmaktadır. Dizileme ve 1000 Genomes Project gibi çeşitli referans panelleri, bu testlerin analiz ettiği nadir varyasyonun keşfini ve açıklamasını desteklemektedir.
Klinik önem
Nadir varyant yöntemleri, genetik keşfi, fonksiyonel olma olasılığı daha yüksek ve temel biyolojiye daha yakın varyasyona doğru genişletmekte, yaygın varyant GWAS'larını tamamlamaktadır. Bu konu analitik yöntemleri tanımlamakta olup, bireysel varyant yorumu, tanı veya tedavi kararları için bir temel oluşturmamaktadır.
Kanıt ve kılavuzlar
Metodolojik temel, klinik kılavuzlardan ziyade istatistiksel genetik literatüründen gelmektedir. Wu ve ark. (2011) dizileme verileri için SKAT'ı tanıtmış; Lee ve ark. (2012) optimal birleşik testi (SKAT-O) geliştirmiş; 1000 Genomes Project (2015) nadir varyasyon için referans veri sağlamış; ve Manolio ve ark. (2009) nadir varyantları, yaygın varyant GWAS'ları tarafından yakalanamayan kalıtımın olası bir kaynağı olarak ele almıştır.
Tarihçe
Yaygın varyant GWAS'ları olgunlaştıkça ve kalıtımı açıklayamadıkça, dikkat dizilerin yakalayamadığı nadir varyantlara yönelmiştir. 2010 civarında uygun fiyatlı ekzom ve genom dizilemesinin yaygınlaşması, nadir varyasyonu büyük ölçekte gözlemlenebilir kılmış ve ardından bir dizi birleştirme yöntemi geliştirilmiştir: basit çökertme testleri, ardından 2011'de SKAT gibi varyans-bileşeni çekirdek testleri ve 2012'de SKAT-O gibi adaptif kombinasyonlar. Büyük dizileme konsorsiyumları ve biyobank ekzom çalışmaları o zamandan beri bu yöntemleri geniş çapta uygulamış olsa da, nadir varyant sinyallerini tespit etmek hala çok büyük örneklemler gerektirmektedir.
Tartışmalar
- Yük testleri, çekirdek testlerine ne zaman tercih edilmelidir?
- Yük testleri, birleştirilen varyantlar tutarlı bir yönde etki ettiğinde en güçlüdür; SKAT gibi çekirdek testleri ise karışık etki yönlerine ve birçok nötr varyanta karşı daha sağlamdır. Birleşik testler riskten korunmayı amaçlamakla birlikte, doğru seçim genin bilinmeyen gerçek mimarisine bağlıdır.
Öne çıkan isimler
- Xihong Lin
- Michael Wu
- Seunggeun Lee
- Michael Boehnke
- Teri Manolio
İlgili konular
Temel eserler
- wu-2011
- lee-2012
- manolio-2009
Sıkça sorulan sorular
- Bir GWAS neden nadir varyantları tek tek test edemez?
- Yalnızca birkaç birey tarafından taşınan bir varyant, güvenilir bir tek-işaretleyici test için çok az istatistiksel bilgi sağlamaktadır; bu nedenle nadir varyant yöntemleri, güç kazanmak için birçok varyantı (genellikle bir gen içinde) bir araya getirmektedir.
- SKAT, basit bir yük testinden nasıl farklılık göstermektedir?
- Bir yük testi, birleştirilen varyantların çoğunlukla aynı yönde etki ettiğini varsayarken, SKAT, varyant etkileri yön veya büyüklük açısından farklılık gösterse bile sıfır hipotezinden sapmaları tespit eden bir varyans-bileşeni testidir, bu da onu heterojen etkilere karşı daha sağlam kılmaktadır.