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Genética de poblaciones y estudios de asociación:
aplicaciones en farmacogenómica
Francesc Calafell, Anna González Neira, Paolo Garagnani,
Hafid Laayouni, Jaume Bertranpetit
Unitat de Biologia Evolutiva
Universitat Pompeu Fabra
PRBB
Barcelona
* Introducción: buscando genes de interés farmacológico
* Genética de poblaciones y estudios de asociación:
- interés de las poblaciones aisladas
- el problema de la subestructura de las poblaciones
* Genética de las poblaciones ibéricas y asociación
* Estructura genética de las poblaciones ibéricas (I):
- qué nos dicen 123 SNPs
* Estructura genética de las poblaciones ibéricas (II):
- qué nos dirán 300.000 SNPs
Diseños de asociación en epidemiología genética:
* Se definen dos grupos de individuos:
- enfermos (“casos”) / sanos (“controles”)
- respondedores / no respondedores
- con / sin efectos secundarios
* Se comparan entre los dos grupos las frecuencias
alélicas de:
- polimorfismos (funcionales) en genes candidatos
- polimorfismos a lo largo del genoma
Farmacogenética: búsqueda de factores genéticos
implicados en la respuesta a un fármaco o en la
aparición de efectos secundarios graves
Val/Met, 3-4x incremento de la actividad del gen
(inactivación de la dopamina). Alelo Met implica
mayor atención y rendimiento cognitivo. Hipótesis:
adicción más dura e intratable con el alelo Val
=> no en equilibrio HW (?)
=> no diferencias significativas
pero...
...parece que otro polimorfismo en COMT potencia el
efecto del bupropión.
Un ejemplo de farmacogenómica: buscando los genes
implicados (es decir, posibles dianas terapéuticas!) en
susceptibilidad a infarto de miocardio
En general, se genotipan polimorfismos espaciados
a lo largo del genoma, y se espera capturar una señal
de asociación a través del desequilibrio de ligamiento,
es decir, la asociación no aleatoria entre alelos de
polimorfismos vecinos
El desequilibrio de ligamiento depende de la
recombinación (que cambia mucho a lo largo del
genoma, y en distancias cortas), y de la demografía.
LD es mayor en poblaciones aisladas, y en poblaciones
de reciente mezcla
Genética de poblaciones en estudios de asociación.
Se ha sugerido la utilidad de las poblaciones aisladas
en estudios de asociación, por dos motivos:
* Presentan una menor diversidad genética en general,
y, en particular, de los múltiples genes que pueden
estar implicados en una enfermedad compleja.
* Presentan un mayor LD, y, por lo tanto, pueden
capturarse más fácilmente señales de asociación a
partir de polimorfismos anónimos.
Un problema que puede ser grave en estudios de
asociación: la subestructuración de poblaciones.
Si los casos y controles no proceden de la misma
población, pueden darse diferencias genéticas no
relacionadas con la enfermedad.
Este fenómeno es más probable si distintos grupos
presentan incidencias distintas de la enfermedad.
Por ejemplo, la habilidad de comer con palillos se
asocia con una deleción de ocho pares de bases
en el mtDNA
Genética de poblaciones ibéricas y estudios de
asociación:
¿Existen en España poblaciones aisladas que sean
especialmente prometedoras para estudios de asociación?
¿Podemos incurrir en resultados espúreos en muestras
españolas debido a la estructuración poblacional?
Poblaciones candidatas a ser genéticamente aisladas
en España:
* vascos
- enorme diferenciación lingüística y cultural
- aislamiento secular
- diferencias genéticas en ABO, Rh, HLA
- diferencias en algunas enfermedades mendelianas
* gitanos
- enorme diferenciación lingüística y cultural
- aislamiento secular
- diferencias genéticas en HLA
- diferencias en varias enfermedades mendelianas
Una posible fuente de estructuración poblacional
en la Península Ibérica: el distinto impacto de la
conquista musulmana
(aunque desconocemos su impacto demográfico:
posiblemente, se dio una aculturación de la población
autóctona)
Un estudio de 123 SNPs en poblaciones ibéricas
y norteafricanas
Ocho poblaciones, 541 individuos
BAF, N=85
BAS, N=61
CAT, N=75
EXT, N=36
AND N=60
NMO, N=84
SMO, N=84
SAH, N=56
Genotipamos 123 SNPs en una zona sin genes
de ~1 Mb en el cromosoma 22. La distancia media
entre SNPs era 8 Kb, y la máxima, 25
Heterozigosidad media
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
sa
ha
ra
ui
sm
or
n_
m
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an
da
lu
ci
a
ex
tre
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n
ba
sq
ue
_F
r
ba
sq
ue
_E
s
0
No hay diferencias en diversidad genética;
en particular, los vascos no son menos diversos
MDS sobre distancias genéticas entre poblaciones
Análisis de la Variancia Molecular (AMOVA)
Todas las
poblaciones
Variación dentro de grupos
Variación entre grupos
1.03% (p<0.01)
Dentro PI
-0.13%
Dentro N.Afr.
-0.13%
PI vs. N.Afr.
-0.13%
2.05%
Vascos vs.
otros PI
-0.12%
0.02%
Análisis de estructura poblacional
LD y distancia física
40
35
30
AND
B_ES
25
B_FR
CAT
20
EX
N_M
S_M
15
SAH
10
5
0
0 - 15000
15000 - 30000
30000 - 45000
45000 - 60000
60000 - 75000
75000 - 90000
proporción de pares de SNPs (MAF>0.05) con r2>0.8
Conclusiones:
* Las poblaciones de la Península Ibérica estudiadas
son genéticamente homogéneas
=> no hay que preocuparse en exceso por la
estratificación en estudios de asociación
* Existe una cierta diferenciación respecto al Norte de
África, pero no se observa una componente magrebí
en poblaciones del sur peninsular
* Para esta región genómica, los vascos no son
una población genéticamente diferenciada, ni
presentan una menor diversidad, ni un mayor LD.
Si pudiéramos extrapolar al resto del genoma, no
serían mejores candidatos para encontrar genes de
interés farmacogenético y farmacogenómico.
(pero, ¿y ABO, Rh y HLA?)
Quizá 123 SNPs son pocos...
Quizá esta región de 1 Mb en el cromosoma 22
tenga sus peculiaridades...
Solución: 300.000 SNPs cubriendo todo el genoma
(Illumina 300K)
El Banco Nacional de ADN es un Servicio de la
Universidad de Salamanca, financiado por Genoma
España, cuyas funciones son recibir, procesar y
almacenar muestras de ADN, plasma y células de
donantes voluntarios, así como información relevante
de salud y hábitos de vida asociados a las muestras.
En particular, han almacenado ~900 muestras de
donantes sanos que se proponen como controles de
referencia
Dentro de las muestras del Banco Nacional de ADN,
hemos seleccionado individuos con los cuatro abuelos
nacidos en la misma región.
Para hacer posible el proyecto dentro de unos costes
factibles, hemos realizado los tipajes con grupos (“pools”)
de individuos, lo que permite una estimación de las
frecuencias alélicas. Así, con sólo 16 experimentos,
hemos obtenido información basada en 404 individuos.
El genotipado se ha realizado en el nodo de Madrid del
CeGeN
“Pools” genotipados:
Notas:
Galicia-1*
- (*) pools genotipados por
Galicia-2
duplicado
Asturias y Cantabria
País Vasco
- Todas los pools contienen
30 individuos, excepto BaleaCataluña
res y Canarias, con 22
Valencia
Baleares
- Todas las muestras proceden
del Banco Nacional de ADN,
Castilla-León-1*
excepto las vascas y canarias,
Castilla-León-2
que proceden de nuestro
Castilla-La Mancha
laboratorio
Extremadura
Andalucía Occidental
Andalucía Oriental y Murcia
Canarias
Resultados preliminarísimos:
* Los pools duplicados muestran una altísima correlación en las frecuencias alélicas estimadas
(r=0.992 - 0.994)
* Las poblaciones duplicadas son más parecidas entre
sí (r=0.938 - 0.945) que la media de cualquier par
de poblaciones (r=0.933)
Siguientes pasos en el estudio:
* Establecer un conjunto pequeño (10-20) de los SNPs
más variables entre poblaciones españolas.
* Genotipar dichos SNPs individualmente en todas las
muestras del Banco Nacional de ADN
* Ofrecer, mediante el CeGeN, el genotipado de dicho
conjunto de SNPs en conjuntos de pacientes, para
determinar qué controles del Banco Nacional de ADN
son más parecidos en su origen poblacional.
El objetivo final es, pues, ofrecer a los grupos de
investigación (y, en particular, a farmacogenetistas
y farmacogenomistas) una herramienta que les
permita abordar sus estudios de asociación con las
máximas garantías de que no se van a ver afectados
por la subestructuración poblacional.