Molekylärgenetiska strategi för att hitta de novo mutationer som orsakar vanliga sjukdomar som autism och schizofreni.
Det finns flera rader av underlagen för roll de novo mutationer som en mekanism för vanliga sjukdomar som autism och schizofreni. För det första är de novo mutationshastighet hos människa relativt hög, så nya mutationer genereras på en hög frekvens i befolkningen. Dock har de novo mutationer inte rapporterats i de vanligaste sjukdomarna. Mutationer i gener som leder till svåra sjukdomar där det finns ett starkt negativt urval mot fenotypen, till exempel dödlighet i embryonala stadier eller nedsatt fortplantningsförmåga kondition, inte kommer att översändas till flera familjemedlemmar och därför inte kommer att upptäckas av länkage genetisk kartläggning eller förening studier. Observation av mycket hög samstämmighet i enäggstvillingar och mycket låg samstämmighet i tvåäggstvillingar också starkt stöd för hypotesen att en betydande andel av fallen kan bero på nya mutationer. Så är fallet för sjukdomar som autism och schizofreni. För det andra, trots minskad reproduktionsförmåga kondition 1 och extremt varierande miljöfaktorer, ökar förekomsten av vissa sjukdomar upprätthålls i hela världen på en relativt hög och konstant hastighet. Detta är fallet för autism och schizofreni, med en incidens på ca 1% över hela världen. Mutationsstatus belastning kan ses som en balans mellan utbud för eller emot en skadlig mutation och sin produktion med de novo mutation. Lägre reproduktion utgör ett negativt urval faktor som bör minska antalet muterade alleler i befolkningen, vilket slutligen leder till minskad sjukdomsprevalensen. Dessa selektiva tryck tenderar att vara av olika intensitet i olika miljöer. Icke desto mindre har dessa allvarliga psykiska störningar hållits på en konstant relativt hög förekomst i befolkningen i världen inom ett brett spektrum av kulturer och länder trots en starkt negativ urval mot dem 2. Detta är inte vad man skulle förutspå i sjukdomar med nedsatt fortplantningsförmåga fitness, såvida det inte fanns en stor ny mutation takt. Slutligen har effekterna av faderns ålder: finns det en signifikant ökad risk för sjukdomen med ökande faderliga ålder, vilket kan bli resultatet av åldersrelaterad ökning av faderlig de novo mutationer. Detta är fallet för autism och schizofreni 3. Hanen till hona förhållandet mutationshastighet uppskattas till cirka 4-6:1, förmodligen på grund av ett högre antal bakteriefri celldelningar med åldern hos män. Därför skulle en förutspår att de novo mutationer skulle oftare kommer från män, särskilt äldre män 4. En hög nya mutationer kan delvis förklara varför genetiska studier har hittills misslyckats med att identifiera många gener som predisponerar för komplex sjukdomar gener, som autism och schizofreni, och varför sjukdomar har identifierats för endast 3% av gener i det mänskliga genomet . Identifiering av de novo mutationer som orsak till en sjukdom kräver en riktad molekylär strategi, som inkluderar studerande föräldrar och berörda ämnen. Processen för att avgöra om den genetiska grunden för en sjukdom kan delvis bero på att de novo mutationer och molekylär metod för att upprätta denna länk kommer att illustreras med hjälp av autism och schizofreni som exempel.
Det förfarande som beskrivs här syftar till att identifiera särskilda gemensamma sjukdomar som sannolikt resultat, delvis från de novo-mutationer, och att bevisa denna hypotes. De novo mutationer är en väletablerad mekanism för utveckling av en rad sjukdomar, till exempel ärftlig cancer syndrom, men har varit dåligt utforskat i vanliga sjukdomar. Detta beror delvis på de tekniska utmaningarna vid identifiering av de novo-mutationer, vilket kräver att sekvensering av stora mängder DNA, som bara helt nyligen blivit kostnadseffektivt och med tillkomsten av nästa generations sekvensering. Dessutom var de novo mutationshastighet hos människor, tills helt nyligen, bara en uppskattning. Endast helt nyligen har det förekommit rapporter bestämma direkt mutationshastighet hos människor. Före dessa mätningar var det svårt att förutsäga urvalsstorlek som krävs för denna typ av studie och för att avgöra om de observerade de novo mutationshastighet är större än baslinjen takt. Sekvensering gener kontra hela genomet? Eftersom majoriteten av de rapporterade sjukdomar mutationer är missense / nonsens mutationer och skarva plats mutationer (enligt HGMD webbplats) vår screening strategi skulle identifiera över 68% av kända mutationer. Det finns också ett tydligt samband mellan graden av aminosyran ersättning och sannolikheten för en klinisk fenotyp. I jämförelse med en konservativ aminosyra substitution, är nonsens förändring 9,0 gånger större risk att presentera kliniskt 7. Således, vid denna tid sekvensering kandidatgener är den mest kostnadseffektiva strategin.
Framgången för den skisserade förfarandet beror på flera viktiga steg, som beskrivs i detalj och illustreras med två exempel, autism och schizofreni. Det finns många fallgropar som måste undvikas, till exempel vilken sjukdom att välja vilka patienter som till skärm, källa till DNA, och uppgifter om hur effektivt identifiera de novo-mutationer. Vi erbjuder en metod för att mest effektivt att bestämma hur stor del av fallen på någon sjukdom som resulterar från sådana spontana mutationer.
The authors have nothing to disclose.
Vi tackar våra finansieringskällor Genome Canada och Genome Quebec, och Université de Montréal, liksom finansiering från det kanadensiska institutet för innovation för att finansiera vår "Synapse till sjukdom (S2D) projekt.