SNPs SNPs y QTLs: descubriendo la base genética de las enfermedades A G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G SNPs y QTLs: descubriendo la base genética de las enfermedades A G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G © Copyright Ebiointel,SL 2006

SNPs SNPs Variación heredable del genoma humano A G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G SNPs Single Nucleotide Polymorphism S A G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G

Base genética de la individualidad humana SNPs Base genética de la individualidad humana SNPs Single Nucleotide Polymorphism A G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G Representatividad 90% de las diferencias en DNA son uno o pocos nucleótidos En promedio dos personar difieren en 3 millones de nucleótidos Información disponible Se han posicionado en el GH más de 11 millones de SNP Cambio más abundante del genomahumano: la clave de nuestras diferencias genéticas Interés Significado de la variabilidad genética humana Contribución de los genes a enfermedades comunes como la fibromialgia, el SFC, el cáncer, la diabetis o la enfermedad mental

1 Naturaleza de los SNPs: Teoría neutralista de la evolución molecular Tiempo 1 Frecuencia Alélica Proceso estocástico pues es la única forma de simular la contingencia de la evolución, es este caso de la molecular. Pues lo que le pasa a cada molécula de DNA a los largo de su larga historia evolutiva es pura contingencia. En ella hay unas reglas estocásticas que se resumen en el siguiente esquema. Una condena como la de Sísifo

Teoría neutralista de la evolución molecular El polimorfismo es un estado transitorio en el proceso de fijación de alelos neutros Motoo Kimura Divergencia y polimorfismo son dos estados de un mismo proceso. Es la forma más sencilla de conceptualizar los SNPs

Bases de datos SNPs entrezSNPs dbSNP del NCBI http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=Snp Colaboracion entre el National Human Genome Research Institute y el National Center for Biotechnology Information (NCBI) Recopila SNPs y polimorfismos por inserción y delección de varias especies. En Agosto del 2002, dbSNP incluye 4.700.000 SNPs. International HapMap Project: http://www.hapmap.org/index.html.en PerlGen: http://genome.perlegen.com/haplotype/ The SNP consortium (TSC) http://snp.cshl.org/ Colaboración pública y privada: Bayer, Roche, IBM, Pfizer, Novartis, Motorola…… Se han caracterizado cerca de 1.5 millones de SNPs; se registradan las frecuencias alélicas de los tres mayores grupos de población human ~57,000 SNPs. HGVbase: human sequence variation database http://hgvbase.cgb.ki.se/ Colección no redundante de todas las variantes conocidas o supuestas de DNA humano SVD-Sequence Variation (HMutDB) http://www2.ebi.ac.uk/mutations/ Un proyecto del EBI. HUGO Mutation Db Initiative (MDI) http://www.genomic.unimelb.edu.ua/mdi/dblist/dblist.html De la Human Genome Variation Society

Bases de datos SNPs SNP de referencia Notación SNPs

Niveles de descripción de la variación genética en el genoma SNPs BRCA2 one-dimensional: SNP Individual 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 2 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 3 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Individual 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Individual 8 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Individual 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag multi-dimensional: Haplotype

Distribución heterocigosidad Cromosoma 6 SNPs Distribución heterocigosidad Cromosoma 6 (2001 Nature 409: 928-941) HLA Estimas Nature

SNPs Estructura multidimensional de la variabilidad genética en el genoma humano A G A G T T C T G C T C G A G A G T T C T G C T C G A G A G T T C T G C T C G A G A G T T C T G C T C G A G A G T T C T G C T C G A G A G T T C T G C T C G A G G G T T C T G C G C G A G G G T T A T G C G C G A G G G T T A T G C G C G A G G G T T A T G C G C G A G G G T T A T G C G C G A G G G T T A T G C G C G A G G G T T A T G C G C G

Recombinación y Desequilibrio de ligamiento SNPs Estructura multidimensional de la variabilidad genética en el genoma humano Recombinación y Desequilibrio de ligamiento

Desequilibrio de ligamiento (D’ Lewontin) SNPs Desequilibrio de ligamiento (D’ Lewontin) B1 B2 Total A1 p11 = p1q1 + D p12 = p1q2 - D p1 A2 p21 = p2q1 - D p22 = p2q2 + D p2 Total q1 q2 1 D’ = D / Dmax

SNPs Desequilibrio de ligamiento Bloques de ligamiento o Tag SNPs Distribución del DL a lo largo del gen de la lipasa lipotroteína humana (LPL). 66 SNPs en apr. 10 kb de 142 cromosomas

Estructura multidimensional de los Haplotipos SNPs Estructura multidimensional de los Haplotipos The empirical space: Data desideratum

Human genetic diversity database ... SNP1 SNP2 SNP3 Estimation of frequencies A/A G/C G/T Secuence individual 1 A/C Disequilibrium among SNPs C/C T/T Secuence individual 2 ...

Análisis estructura haplotípica 500 kb de 103 SNPs comunes (>5%) Tag SNP Bloque 1 76% GGACAACTC 15% AATTCGGTG 3% AATTCGGCG Bloque 1 76% GGACAACC 18% AATTCGGG 5q31 Región asociada a enfermedad de Crohn

Análisis estructura haplotípica 500 kb de 103 SNPs comunes (>5%) 65-85 % del genoma humano puede estar organizado en bloques Unos pocos SNPs en un organismo marcan un haplotipo. Con sólo estudiar 300000-600000 tag SNPs de los 10 millones de SNPs basta para identificar eficientemente los haplotipos del genoma humano. 5q31

Estudio de 929 bloques haplotípicos de África, Asia y Europa Tamaño medio de los bloques Africanos: 11 kb Caucásico: 22 kb Asiáticos: 22 kb 51% bloques 3 continentes 72% bloques 2 continentes 28% bloque 1 continente (90% África) 5q31

Dos partes de genoma humano Recombinación No recombinación Cada genoma individual es un mosaico de bloques haplotípicos, que explica un 30% de la variabilidad total El individuo, más que las poblaciones, deber ser el foco de los estudios de variación genética

Linkage Disequilibrium Recombination Hotspot Linkage blocks Associated Sites TagSNPs

International HapMap Project (http://www.hapmap.org)

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SNPs International HapMap Project (http://www.hapmap.org) El catálogo haplotipos para cada bloque constituye -> el mapa haplotípico del genoma humano 270 muestras de DNA diferentes grupos étnicos Africano (YRI) Asiático (CHO y JPT) Europeo (CEU) >1.000.000 SNPs espaciados 5 kb y comunes (Minor Freq Allele, MFA > 0,05) Estructura haplotípica

International HapMap Project (http://www.hapmap.org)

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International HapMap Project (http://www.hapmap.org) Aplicaciones biomédicas Disponer datos genotípicos diferentes grupos étnicos Selección TagSNPs estudio asociación -> Potencial para Whole Genome Association studies Evaluación significación estadística e interpretación resultados Estudio de los alelos menos comunes Estudio variación estructural Farmacogenómica

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Estimation phenotypic effect Association studies: Phenotpyic effect of SNPs Human genetic & phenotypic diversity database Genotype Phenotype ... Disease 1 Trait i SNP1 SNP2 SNP3 Estimation phenotypic effect A/A G/C G/T Secuence individual 1 Healthy x1 A/C C/C T/T Cervical Cancer Secuence individual 2 x2 ... ... ...

BioBanks: Studies of cohorts at a great scale USA deCODE (Islandia) Estonia Germany Canada Japan China

Association studies: Recurso Web http://bioinfo.iconcologia.net/SNPstats/

Genome-wide association studies Phenotypic distribution of a trait Threshold value Normal phenotype Disease Battery of TagSNPs

Genome-wide association studies Phenotypic distribution of a trait Threshold value Normal phenotype SNPs affecting the disease Disease

Asociación genética -> Culpable por asociación Pacientes vs Control SNP1 (G/C) 40% G 60% C Anástésico succinicolina -> Parálisis 1/3500. Identificación de redes genéticas, relación con microarrays. Disección genética de enfermedades como cáncer, asma y corazón. Hapmap. DNA test, fármacos que actúan específicamente contra proteína del gen que afecta. P.e, Asma por de Decode. SNP2 (A/T) 100% A 0% T 0% A 100% T SNP3 (T/G) 80% T 20% G 60% T 20% G SNPn

Hoy podemos abordar el análisis de asociación de miles de SNPs, pudiendo desvelar la base genética de las enfermedades. La genética ha dejado de ser misteriosa e impenetrable. . Tenemos el conocimineto y la tecnología para abordarlo. Problema distinguir señal de ruido

Translation of genetic-phenotypic information into the clinical practise D.R. Bentley. 2004 Nature 429: 440-445

Translation of genetic-phenotypic information into the clinical practise

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