кількісних

  • реферат
  • мета:
  • дані:
  • методи:
  • результати:
  • вступ
  • методи
  • Загальна стратегія пошуку, критерії включення та вибір QTL
  • Фізичне відображення та візуалізація QTL
  • Мета-аналіз та статистика
  • результат
  • Збір даних
  • Перехресна популяція та генетичний аналіз
  • Поширення QTL в геномі миші
  • Мета-аналіз QTL з точки зору маси тіла та ожиріння
  • Синтетичні області на хромосомах людини
  • обговорення

реферат

Багато груп успішно використовують схрещування з різними штамами мишей для виявлення генетичних локусів, схильних до ожиріння. Для того, щоб забезпечити статистичну оцінку цих кількісних локусів ознак (QTL) як основу для систематичного скринінгу генів-кандидатів, ми провели мета-аналіз сканування загальногеномних зв'язків для маси тіла та жиру в організмі.

Із загальної кількості 34 опублікованих експериментів з схрещуванням мишей ми склали список з 162 непотрібних QTL для маси тіла та 117 QTL для ваги жиру та відсотка жиру в організмі. У сукупності ці дослідження включають дані 42 різних батьківських штамів мишей та> 14500 індивідуальних мишей.

методи:

Результати досліджень аналізували із використанням методу усіченого продукту (TPM).

результати:

Аналіз виявив суттєві докази (логарифмічна вірогідність (LOD)> 4, 3) щодо асоціації маси тіла та ожиріння з 49 різними сегментами геному миші. Найважливіші регіони, пов’язані з масою тіла та жиром (показники LOD 14, 8–21, 8) на хромосомах 1, 2, 7, 11, 15 та 17, містять у цілому 58 QTL на масу тіла та жир. У цих регіонах є щонайменше 34 гени-кандидати та генетичні локуси, які беруть участь у регуляції маси тіла та складу тіла гризунів та/або людини, включаючи зв'язуючий білок CCAAT/альфа-енхансер (C/EBPA), регуляторні стерини та зв'язування фактора транскрипції фактор 1. елемент (SREBP-1), дельта-рецептор активатора проліфератора пероксисоми (PPARD) та гідроксистероїд 11-бета-дегідрогеназа 1 (HSD11B1). Наші результати показують наявність багатьох різних консенсусних областей QTL з дуже значними показниками LOD, які контролюють масу тіла та склад тіла. Інтерактивна фізична карта QTL доступна в Інтернеті за адресою //www.obesitygenes.org.

методи

Загальна стратегія пошуку, критерії включення та вибір QTL

Фізичне відображення та візуалізація QTL

Фізичне картографування маркерів для QTL проводили з використанням бази даних NCBU Entrez-UniSTS на основі NCBI Mus musculus Build 34, виданої 17 травня 2005 р. Для маркерів, де фізичне розташування не було доступним, ми використовували середнє положення принаймні трьох сусідніх країн ( 9 Зайкін і представив TPM, узагальнення методу Фішера, для поєднання значень P, враховуючи лише значення P нижче певного порогу (τ), через те, що більшість досліджень повідомляють лише про статистично значущі результати, тобто QTL з балами LOD, що перевищують 10, 11 Зайкін та його колеги виводять точний розподіл продукту цих значень Р за нульовою гіпотезою, обумовлюючи кількість значень Р менше τ і пропонують метод Монте-Карло для розрахунку критичного значення при велика кількість P-значень повинна бути об'єднана. були перетворені на значення x2 статистичного значення журналу коефіцієнта ймовірності, помноженого на коефіцієнт 2 ln (10). 12 Були використані відповідні значення P як вхід для TPM; необ'явлені значення P були замінені на P = 0,5.

У TPM ми встановлюємо скорочену точку τ = 0,05, як пропонується 9, так що заміщені значення P не впливають на результат методу TPM. Розрахунки проводились за допомогою програми С +, наданої доктором Зайкіним. LOD> 4, 3 вважався порогом значущості для злиття, як пропонували Ландер та Кругляк. 10

результат

Збір даних

Ми провели всебічний огляд літератури для досліджень з визначення QTL для маси тіла та жиру в експериментах з перехресними мишами на мишах. В результаті ми виявили більше 50 досліджень (повні статті з журналів PubMed's index; не перераховані), які повідомляли про QTL миші, пов’язані з різними ознаками ожиріння. З них для нашого аналізу було обрано 34 унікальних сканування геному, які стосуються або маси тіла, і жиру, або обох унікальних геномних маркерів, які були опубліковані між 1993 і 2004 роками; З цих досліджень ми склали непотрібний QTL для властивостей компонентів, пов’язаних із ожирінням, включаючи bw, fw та f% (див. Методи). На додаток до загальної кількості ліпідів у тілі, у кількох дослідженнях вимірювали жирову масу з різних матеріалів депо, включаючи жирові прокладки з гондалу, танін, заочеревинний, брижовий та підшкірний жир та їх комбінації (табл. 3). Нарешті, наша процедура збору даних призвела до складання 162 непотрібних QTL для маси тіла та 117 QTL для ваги/відсотка жиру, загалом 279 QTL для маси тіла та жиру в організмі (Таблиця 3).

Стіл в натуральну величину

Стіл в натуральну величину

Стіл в натуральну величину

Перехресна популяція та генетичний аналіз

Поширення QTL в геномі миші

Далі ми створили фізичну карту QTL для маси тіла та ожиріння. Пікові маркери для 279 QTL були зіставлені з хромосомами миші за допомогою бази даних UniSTS NCBI (див. Методи). Як показано на малюнку 1, QTL маси тіла та жировий відклад не розподіляються рівномірно в геномі миші. Майже половина QTL (125) відображається лише в шести хромосомах (Chr. 1, 2, 6, 7, 4 і 11) і досягає щільності 1,5 QTL на 10 Мбіт/с. З іншого боку, лише 15 QTL маси тіла/жиру (

6%) було нанесено на хромосоми 3, 10 і 16, що призвело до щільності 0,4 QTL на 10 Мбіт/с. На сьогоднішній день в Y-хромосомі не виявлено ожиріння QTL, оскільки ця хромосома ніколи не була включена в аналіз зв'язування. Оскільки кількість QTL на Mbp змінюється більш ніж у п'ять разів для різних хромосом, немає чіткого зв'язку між розміром хромосом та кількістю локалізованих QTL. Для 89 QTL автори надали довірчі інтервали, тобто маркери для початкової та кінцевої позицій QTL. Перетворення цих позицій маркерів у фізичні координати на хромосомах миші виявило середню довжину QTL 32 Мбіт/с, що відповідає приблизно 380 генам на QTL. Для візуалізації розподілу QTL для маси тіла та жиру в організмі ми розробили веб-інструмент та Інтернет-сховище для всіх QTL, перелічених у цьому дослідженні (//www.obesitygenes.org).

Фізична карта мишей QTL для маси тіла та жиру. Пікові позиції для 202 QTL із 34 опублікованих загальнонаціональних сканувань маси тіла та жиру в організмі були локалізовані в геномі миші, як описано в розділі "Методи". QTL класифікували за масою тіла (синій), вагою жиру (червоний), відсотком жиру (зеленим) на основі найвищого балу LOD. QTL з оцінкою LOD> 3,0 для ознак, маси тіла та жиру в організмі позначаються блакитним кольором. † Позначає імена QTL, призначені в цьому дослідженні. Інтерактивна фізична карта QTL доступна в Інтернеті за адресою //www.obesitygenes.org.

Повнорозмірне зображення

Мета-аналіз QTL з точки зору маси тіла та ожиріння

QTL-мета-аналіз маси тіла та жиру. Геном миші був розділений на 103 сховища приблизно однакового розміру (

25 MBp) та окремі QTL з непотрібного набору (113 QTL для маси тіла та 89 QTL для маси тіла та 89 QTL для маси тіла та відсотка жиру в організмі) були призначені для цих резервуарів відповідно до їх відповідних фізичних положень. Номери QTL для маси тіла (закриті бруски) та жиру (відкриті бруски) у кожному окремому контейнері вказані внизу малюнка. Значення P для кожного бункера обчислювались окремо для обох символів TPM. Перераховано вісім найважливіших контейнерів, пов’язаних з масою тіла та жиром. Каблучки, маса тіла; трикутники, жир у тілі (вага та відсоток жиру).

Повнорозмірне зображення

Найважливіші регіони консенсусу, пов'язані з масою тіла та жировими відкладеннями (резервуари 8, 11, 14, 41, 42, 62, 82 та 89; P = 1, 75 × 10 −13–9, 8 × 10 −27; LOD бали ∼ 14, 8–21, 8) охоплюють лише невелику частину кошиків (∼ 8%) і в сукупності містять маркери піків для 46 QTL (16%) для маси тіла та жиру, що відповідає (∼ 2-кратно ) збагачення. Однак із 117 QTL з оцінкою LOD> 4, 3, 33 QTL (тобто ∼ 30%) присутні у цих водоймах, що відповідає ∼ 4-кратному збагаченню високо значущих QTL в цих районах. Розглядаючи сусідні регіони, він відображає загалом 58 QTL до цих восьми консенсусних сегментів. На відміну від цього, для 10 із 103 водойм, що відповідає приблизно 10% геному миші, в позначеній області не виявлено відображення QTL.

Оскільки вага тіла та жир у тілі сильно корелюють, ми також розрахували TPM для обох ознак разом. Оскільки кілька досліджень повідомляли про перекриття QTL для обох властивостей, ми дозволили включити лише один QTL до списку не зайвих для кожного дослідження сміття; його вибір був зроблений на основі найвищого значення балу LOD. Хоча значення Р, отримані для більшості сегментів, зменшились на один або кілька порядків, коли QTL для маси тіла та жиру в організмі поєднувались в мета-аналізі, загальний розподіл значень Р мало змінився. Відповідні значення P для трьох сегментів, кошик 25, 61 та 83, були нижче порогу значущості (P> 1 x 10 -5; LOD 10-6 (LOD ∼ 4, 8–5). Значення балів LOD Для кошика 19 та кошика 33 нижче 4, 3, обидва з яких показали оцінки LOD 4, 5 (P = 9 × 10–6) для однієї окремої риси.

Синтетичні області на хромосомах людини

Повнорозмірне зображення

1: 10000) синдрому ожиріння у людей. 43 Як показано на малюнку 3, три інші гени-кандидати, що беруть участь у регуляції маси тіла, інтерлейкін 1 альфа (IL1A), гормон, що вивільняє гормон росту (GHRH), і рецептор 24, зв’язаний з білком G (рецептор 1, що концентрує меланін; GPR24). карти дуже близько до областей консенсусу bin 14 та bin 82. 44, 45, 46 Таким чином, в цілому 34 гени-кандидати або генетичні локуси, які беруть участь у регулюванні маси тіла та складу тіла у гризунів та/або людей, знаходяться в найважливіші області консенсусу QTL (малюнок 3).

обговорення

Для нашого аналізу ми використовували дані 34 незалежних сканів у цілому по геному на ознаки ожиріння, пов’язані з ожирінням різних гібридів. (Таблиця 1). У цих дослідженнях в експериментах зворотного схрещування та схрещування використовувались 42 різні батьківські інбредні штами мишей та безпородні лінії мишей (похідні 28 основних ліній) для досягнення фенотипової мінливості у популяції нащадків (таблиця 2). Набір містить багато часто використовуваних інбредних штамів, а також генеалогічно не пов'язаних між собою штамів, включаючи CAST/Ei, які представляють різні підвиди Mus musculus (M. m. Castaneus) та SPRET/Ei, який є різним видом мишей (M. Spretus). Як результат, між штамами мишей спостерігається значна варіативність щодо маси тіла та складу тіла. Наприклад, приблизно на 10 тижні середня вага тіла становила від ∼ 14 г (наприклад, SPRET/Ei, CAST/Ei) до> 33 г (наприклад, KK/HIJ, AKR/J, NZO), де ваги тіла стандартні лабораторні штами C57BL/6 та DBA/2 були близькі до загального середнього показника

24 г. 48 Приблизно половина з 34 досліджень включала штам C57BL/6 або похідний штам як батьківський, здебільшого (але не виключно) як поганий партнер (таблиця 2). Мишей DBA/2 часто використовували вдруге (п'ять досліджень) як батьківських тварин або як відносно худий партнер по розведенню, або спільно з C57BL/6 для аналізу епістатичної індукції ознак, пов'язаних з ожирінням. Ожиріння, спричинене дієтами, було іншою стратегією, яка часто застосовується для індукції варіацій ознак ожиріння у популяцій схрещених порід, що не залежить від маси тіла штамів батьків (табл. 1). На відміну від цього, порівняно невелика кількість досліджень використовує штами мишей з важким полігенним ожирінням, такі як миші KK, NZO або TSOD, припускаючи, що в дослідженнях ожиріння QTL може спостерігатися упередження щодо деяких генетично не ожирених лабораторних штамів мишей (табл. 2). Крім того, оскільки більшість досліджень не повідомляють про довжину тіла, ймовірно, що деякі QTL з певних гібридних популяцій можуть відображати розмір тварин, а не жир. Однак у метааналізі використання великої кількості неспоріднених штамів для експериментів з схрещування повинно мінімізувати ефекти сплайсингу та випадкової фіксації, що повинно призвести до більш сильної кореляції коваріаційних штамів ознаки у сегрегуючих схрещуваннях. 49

Хоча багато QTL для маси тіла та жиру в організмі були відтворені в окремих підтверджувальних (негеномних) експериментах, які не були включені в наше дослідження, три специфічні схрещування та подальші сканування геному повторювались незалежно. При двох схрещуваннях, C57BL/6J × DBA/2J, 61, 62, QTL для маси тіла (Bwtq6) і QTL для відсотка жиру (Pfat4), нанесені на хромосому 15 протягом декількох Mbp, припускаючи, що ті самі гени, що регулюють організм вага ваги також важлива для контролю ожиріння. При повторному скануванні LG/J × SM/J два QTL з масою тіла на D10Mit10 і D6Nds5 реплікувались як Skl4 і Wt2 на хромосомах 10 і 6 відповідно. 52, 53 Подібним чином, два окремих зворотних схрещування мишей C57BL/6J та SPRET давали два перекриваються QTL на відсоток жиру в хромосомі 7, Mob1 та D7Ucla1. 63, 64 Отже, на цих схрещуваннях було відтворено вісім із 38 QTL з оцінкою LOD> 3. Ця кількість аргументує відносно високу відтворюваність QTL з урахуванням різного фенотипування тварин (стать, вік, раціон, вага та/або вміст жиру), навіть навіть у двох повторних випробуваннях.

Внесок QTL в певні регіони консенсусу, мабуть, корелює із батьківським штамом миші. Наприклад, усі три QTL ваги тіла для консенсусної області маси тіла в контейнері 41 (Chr. 7, 26.6–53.2 Mbp; LOD 14.7), Bw6f, Bwnd5wk4 і Bw14 були отримані від схрещувань миші, де в кожному випадку DBA/2 миші були одним із батьківських штамів (C57BL/6J × DBA/2J, NMRI8 × DBA/2OlHsd та Du6i × DBA/2). Подібним чином, два з чотирьох QTL, які відображаються в зоні консенсусу 82 (Chr. 15, 52.05–78.1 Mbp), походять від двох незалежних схрещувань C57BL/6J × DBA2/2. 61, 62 Більше того, три із семи QTL, які зіставляються в бункер 11 (Chr. 2, 51,9-77,9 Мбіт/с; C10bw1, Q2Ucd1 та Mob7), були отримані від незалежних схрещувань між мишами CAST та C57BL/6J. 67, 68, 69, 70 Таким чином, можна припустити, що в цих випадках спостережувана фенотипічна варіація корелює з певним специфічним для штаму алелем.

На додаток до штамових аспектів QTL щодо маси тіла та жиру в організмі, кілька досліджень показали, що різні генетичні локуси можуть контролювати ознаки компонентів ожиріння в різному віці тварин. Більше того, гендерні наслідки, а також різні дієти є однозначно важливими факторами, які необхідно враховувати при регулюванні маси тіла та жирових відкладень. Як наслідок, деякі QTL можуть бути характерними для стадії розвитку, статі або дієти. Тим не менше, з 46 QTL, які відображаються в найбільш значущих регіонах консенсусу, лише п'ять QTL беруть початок з досліджень, в яких застосовувалася дієта з високим вмістом жиру (> 10% мас./Мас.): Mob7, Bfq1, KK, Obq1 та Obq4b (Рисунок 3, Таблиця 3). В середньому для цих 46 QTL тварин фенотипували приблизно на 10 тижні (9,5 ± 6 тижнів; середнє значення ± sd), що вказує на те, що ці QTL можуть відображати дію генів, що контролюють середній/пізній ріст та ожиріння у мишей, яких годували з низьким енергетична дієта. Оскільки більше половини QTL було визначено у схрещених популяціях мишей самців чи самок або об'єднаних статей, відповідно, недостатньо даних для розгляду гендерної специфічності QTL (Таблиця 1).

Аналіз результатів TPM показав, що багато бункерів з високими показниками LOD співпадають із синтетичними областями хромосом людини, які брали участь у регулюванні маси тіла та ожиріння (рис. 3). Цікаво, що нещодавній аналіз зв’язків по всьому геному для 336 сімей, проведених Framingham Heart Study, виявив докази зв’язку для довгострокової зміни ваги хромосоми 20 (D20S481; оцінка LOD 3.1) та хромосоми 1 (D1S1644; оцінка LOD 2.3), де Синтетичні регіони відображають як усередині, так і поблизу області консенсусу щодо ваги тіла, знайденого в нашому аналізі (D1S1644 відображає бін 8 на хромосомі 1 миші на 43,2 Мбіт/с, близький до HSD11B1, і D20S481, карту на бен 15 на миші Chr2, 222,8 Мбіт/с, близько ASIP), що вказує на те, що QTL для збільшення маси тіла у мишей може дійсно перекриватися з QTL для зменшення маси тіла у людей. 71 Таким чином, крім кластеризації QTL, існує вражаюче перекриття цих областей з генами-кандидатами-кандидатами, причетними до контролю маси тіла та складу тіла у гризунів та людей.