25 · DIAGNÓSTICO GENÉTICO Y ESTUDIOS POBLACIONALES (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Nutrición Humana y Dietética + Fisioterapia - 1º curso
Asignatura BIOLOGÍA Y GENÉTICA MOLECULAR
Año del apunte 2016
Páginas 10
Fecha de subida 04/11/2017
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EVA FERNÁNDEZ PAREJA · GENÉTICA 1 25 · DIAGNÓSTICO GENÉTICO Y ESTUDIOS POBLACIONALES 1) DIAGNÓSTICO GENÉTICO {☺ Ó ☺☺} Permite conocer la base genética de las enfermedades hereditarias (la info que se obtiene es importante para la toma de decisiones).
 Consejo genético: informe personalizado q contiene el asesoramiento de pacientes sobre su enfermedad genética (riesgo de estar afectado, si es portador, si transmite o no) Tipos de diagnóstico genético 1. CROMOSÓMICO (cariotipo) 2. MOLECULAR: Uso: Enfermedad, paternidad/criminalística. Aproximación:  DIRECTO : Se conoce cuál es la mutación. No solo mutaciones PUNTUALES (un solo nucleótido)  INDIRECTA: Se conoce cuál es el haplotipo mutante. NO se conoce exactamente el nucleótido mutado PERO podemos determinar la presencia del haplotipo que lleva la mutación.
 Se estudia a los enfermos: microsatélites homocigóticos los dos: Se deduce  Esa parte está asociada a la enfermedad.
Secuencia polimórfica (puede ser el microsatélite): es una secuencia que cambia entre la gente, dentro está el locus de interés (MUTACIÓN) SECUENCIA POLIMÓRFICA - SÍ detectamos el alelo presente en el locus polimórfico - Podemos seguir la transmisión del alelo en una determinada familia LOCUS DE INTERÉS - NO detectamos el alelo q hace la mutación - Podemos evaluar el fenotipo (clínicamente)  Si ambos loci están ligados: Podemos determinar el haplotipo de cada individuo, y así inferir la transmisión del alelo mutado a un determinado individuo detectando el alelo del polimorfismo que ha heredado.
 LOD SCORE (Z): Parámetro q determina el grado de ligamiento genético.
Se calcula como el log de las probabilidades de q 2 genes o loci se encuentren ligados y, por lo tanto, se hereden unidos con + freq de lo habitual.
 Permite integrar resultados de múltiples familias (Aumenta nuestro ‘’n’’) Z = log 𝐩𝐫𝐨𝐛.𝐝𝐞 𝐥𝐢𝐠𝐚𝐦𝐢𝐞𝐧𝐭𝐨 𝐜𝐨𝐧 𝐟𝐫𝐞𝐜.𝐝𝐞 𝐫𝐞𝐜𝐨𝐦𝐛.𝐑 𝐩𝐫𝐨𝐛.𝐝𝐞 𝐭𝐫𝐚𝐧𝐬𝐦𝐢𝐬𝐢ó𝐧 𝐧𝐨 𝐥𝐢𝐠𝐚𝐝𝐚 Z  3 SÍ hay ligamiento genético entre locus y mutación que causa enf.
Z < 2 NO existe ligamiento  EJ: Estimar la verosimilitud de la hipótesis de ligamiento en una familia con 6 hijos, en el caso de que exista ligamiento a una distancia de 17 cM Bajo la hipótesis de ‘’marcador y mutación están ligados’’ la probabilidad de encontrar un individuo:  Recombinante: P (R)= 1/6 = 0,17 = 17cM!!!!  NO Recombinante: P (NR) = 5/6 VEROSIMILITUD de q esta hipótesis (H1 = 1/6) explique nuestros datos experimentales (5 NO RECOMB y 1 RECOMB) se calcula aplicando la fórmula general.
EVA FERNÁNDEZ PAREJA · GENÉTICA  Características de los polimorfismos  Ligamiento entre marcador y locus de interés: Valores de LOD score superiores a 3 (freq. de recombinación 0-5%)  Número elevado de alelos  Equifrecuencia entre los distintos alelos: Alta heterozigosidad y Alto PIC 2) ESTUDIOS POBLACIONALES Tema central: estudio de la dinámica (mantenimiento y cambio) de la variabilidad genética en las distintas poblaciones.
- Estudio de los fenómenos migratorios y las particularidades genéticas de cada población - Bases para los estudios de asociación genética en series de pacientes.
➢ LEY DE HARDY-WEINBERG 1908 En una población mendeliana, SI NO varían las FREC ALÉLICAS  las FREC GENOTÍPICAS se mantendrán constantes generación tras generación siempre y cuando el apareamiento sea aleatorio.
 Población con estas características: Población en panmixia Equilibrio Hardy-Weinberg - Población muy grande (Sin deriva) Apareamiento aleatorio (panmixia) NO selección natural (NO: mortalidad, reproducción diferencial) NO migración o flujo genético (Población cerrada) NO mutación (excepción: mutación en sentido inverso con freq equivalente) Generaciones discretas: No se solapan las generaciones NO endogamia  En una población así las freq alélicas (génicas) y genotípicas se mantienen CONSTANTES de una generación a otra, una vez alcanzado un estado de equilibrio (en loci autosómico se alcanza tras una generación)  ¿Está la población en equilibrio de Hardy-Weinberg? 1) Planteamiento de las hipótesis - Hipótesis nula: H0 = la población se encuentra en equilibrio HW - Hipótesis alternativa: H1= la población NO se encuentra en equilibrio HW 2) Calcular frec. alélicas para la población de estudio f(A) = p f(a) = q (p+q) = 1 3) Calcular frec. genotípicas esperadas en la siguiente generación 4) Comparar frec. genotípicas de ambas generaciones. ¿Están en equilibrio HW? Si X2 < X2 de las tablas aceptamos H0 (rechazamos H1) 2 EVA FERNÁNDEZ PAREJA · GENÉTICA DEMOSTRACIÓN: partiendo de un locus autosómico y bialélico (A1 y A2) excepto distorsiones de la segregación, la formación de zigotos = unión de gametos al azar. Por lo tanto, si tomamos como punto de partida los valores de las frec alélicas (p y q) en una generación t-1, las frec. Genotípicas de la generación t (D, H y R) se pueden obtener a partir de las anteriores: 6 apareamientos posibles.
La frec. de cada uno se calcula como el producto de las frec. de los genotipos correspondientes (x2 si son diferentes dado que cada genotipo puede corresponder al padre o la madre).
Frecuencias genotípicas en los hijos (D', H' y R') serán:  EJ: Grupo sanguíneo MN Número total de individuos 3500 Distribución de genotipos: - 1000 del grupo “M” (500 H y 500 M) - 2000 del grupo “MN” (1000 h y 1000 m) - 500 del grupo “N” (250 h y 250 m) Determinación del equilibrio 3 EVA FERNÁNDEZ PAREJA · GENÉTICA Primera generación en panmixia = De apareamiento aleatorio Cálculo frec. Genotípicas en generación +1= tras UNA Cálculo frec. Alélicas en generación +1 generación de apareamiento aleatorio Las frec. Génicas (alélicas) se mantienen constantes, a pesar del cambio en las frec. Genotípicas.
Ley de Hardy-Weinberg Relación de las distribuciones genotípicas con las frecuencias alélicas OBSERVACIÓN: para las freq bajas de un alelo (como en enfermedades genéticas) la mayoría de los individuos q llevan el alelo son heterocigotos.
DETERMINACIÓN DE LAS FRECUENCIAS ALÉLICAS EN DISTINTOS CARACTERES   Freq alelo recesivo mutante: Raíz cuadrada de la incidencia de la enfermedad en la población Freq alelo dominante mutante: Aprox. La mitad de la incidencia de la enfermedad en la población.
4 EVA FERNÁNDEZ PAREJA · GENÉTICA EXTENSIONES DEL EQUILIBRIO HARDY-WEINBERG • Alelismo múltiple (SIST ABO): se alcanza el equilibrio tras UNA generación de apareamiento aleatorio.
P(A) = p P(B) = q P(C) = r • DOS Loci simultáneos: se alcanza el equilibrio tras VARIAS generaciones. Tanto en loci independientes como en ligados, conlleva la asociación no aleatoria de diferentes loci en los gametos.
3) GENÉTICA DE POBLACIONES, PERSPECTIVA EVOLUTIVA Alteraciones de las freq alélicas y distorsiones del equilibrio de Hardy-Weinberg 1. MIGRACIONES : Acción predecible en magnitud, pero NO en direccionalidad.
 Origina cambios en freq alélicas: Efectos: Cambio en la frecuencia alélica tras la migración: 1- Frecuencia inicial: Py 2- Frecuencia final: mPx + (1-m)Py 3- Cambio: Frec final - Frec final ΔP=(mPx + Py - mPy) - Py = mPx - mPy = m(Px-Py) tasa de inmigración,nºinmigrantes m = nºinmigrantes+nºindividuos población  EJ: Haití siglo XV:  Población de 50.000 personas  Locus X: F(A): 0.11  Inmigración:  Llegan 1.500 colonos  Locus X: F(A): 0.47 Δp= m(Px-Py) M (tasa de inmigración)= 1.500/(50.000+1.500)=0.029 Δp=0.029(0.47-0.11)=0.01 ¿En cuánto varía la F(A)? 100.000 cromosomas x 0.11= 11.000 alelos A 3.000 cromosomas x 0.47= 1.410 alelos A 12.410/103.000= 0.12; La nueva frecuencia del alelo A es 0.12.
 EJEMPLOS REAL: NO hay equilibrio de Hardy-Weinberg El muestreo entre las poblaciones da una representación insuficiente de los heterocigotos en relación con HW  Efecto Wahlund menos heterocigotos por no haber apareamiento al azar  Reduce variabilidad genética: cuando uno de los alelos se fija en la población 5 EVA FERNÁNDEZ PAREJA · GENÉTICA 2. DERIVA GÉNICA Fuerza evolutiva q cambia las freq génicas a través de las generaciones, en poblaciones de tamaño finito, producido por error de muestreo producido al azar • Error de muestreo se puede originar por:  Cuello de botella: Reducción drástica de la población  Recursos: su limitación puede tener efecto en el tamaño de la población  Efecto fundador: nueva población a partir de un nº reducido de individuos.
Las freq de una nueva población formada por otra, pero no tiene todas las freq alélicas de la población total de la procedente: colonizadas por una parte de la sociedad y serán como esas personas.
• Efectos:  Cambio de las freq alélicas en la población: incremento o disminución aleatoriamente  Fijación o pérdida de alelos: Menos variabilidad genética  MODELO DE WRIGHT-FISHER: Asumiendo un apareamiento aleatorio y generaciones no solapantes, la magnitud del efecto q pueda tener la deriva génica es proporcional al tamaño efectivo de la población (Ne) 3. MUTACIÓN Y SELECCIÓN NATURAL : Los cambios q introducen en las freq de los alelos en las poblaciones son predecibles en magnitud y dirección Selección natural: conservación de las variaciones y diferencias individualmente favorables y destrucción de las desfavorables (Mutación: materia prima sobre la que actúa la fuerza de selección)  EJ: Melanismo industrial: Rollo de las mariposas Blancas VS Oscuras Cuando la mutación es la única fuerza evolutiva q actúa sobre una población, los cambios en las freq alélicas son muy peques y necesitan muchas generaciones para producir variaciones significativas  Se han usado: Técnicas de secuenciación masiva para encontrar: Mutaciones en genes y asociarlos a distintas patologías humanas, así como para determinar la tasa de generación de nuevos cambios en un genoma Eficacia biológica relativa (Fitness o w) selección natural (S)  Valores entre 0 – 1  Se calcula como la proporción del nº de descendientes de cada genotipo respecto al genotipo +eficaz (al q más descendientes tenga)  Selección contra un homocigoto Homo recesivo 6 EVA FERNÁNDEZ PAREJA · GENÉTICA  Selección contra los 2 homocigotos (A favor del hetero)  EJ: Anemia falciforme y Malaria: Aa: Anemia pero NO malaria La herencia es recesiva incompleta.
aa: muere Individuos portadores generan unos pocos eritrocitos falciformes: Causa síntomas; Resistencia parcial a la malaria AA: muere por anemia   Eritrocitos normales: HbA Eritrocitos falciformes: HbS Hetero con capaces de contraer malaria pero síntomas menos graves.
Por lo tanto, los hetero tienen +fitness = Ventaja del hetero  Selección contra heteros Pr. Freq de q = q – sq^2 1 – 5q^2 4. ENDOGAMIA: Consanguinidad  Freq de loci en homocigosis Freq de loci en heteros La reducción sobre el % de heteros esperados por HWE cuantifica el grado de consanguinidad Coeficiente de consanguinidad F1  Probabilidad de homocigosis y causa enfermedad Imbreeding depression.
Efecto Contrario ‘’vigor hibrido’’ Coeficiente de consanguinidad (inbreeding): F ‘’F’’: parámetro entre 0 – 1 que mide la probabilidad de que en cualquier locus en un individuo sea homocigótico por ser descendiente de un ancestro común.
El grado en el que 2 alelos sean +propensos a ser homocigotos en lugar de heteros en un individuo: es pq los padres están emparentadosMedida relativa pq habrá un cierto nivel de homocigosidad dentro de la población base. ESTIMA: Aumento de nivel inicial como resultado de la endogamia reciente Calcula la cantidad de genes idénticos q se reciben del padre y madre.
N: nº de conexiones entre los dos padres de X FA hace: coeficiente de inbreeding del propio antecesor común.
FE = 0,25 En el pedigrí con flechas buscamos todos los pasos que llevan desde un progenitor hasta el otro sin pasar por ningún individuo más de una vez. En cada paso contamos el nº de individuos implicados. La contribución de cada paso en el coeficiente de consanguinidad es 1/2 elevado al nº de individuos implicados en el paso.
En el pedigrí con flechas tendríamos dos pasos desde un progenitor hasta el siguiente.
CAD  (1/2)³ = 1 / (2 x 2 x 2) = 1/8 CBD  (1/2)³ = 1 / (2 x 2 x 2) = 1/8 La consanguinidad = 1/8 + 1/8 = 1/4 = 0.25 = 25% 7 EVA FERNÁNDEZ PAREJA · GENÉTICA 26 · ENFERMEDADES MONOGÉNICAS VS POLIGÉNICAS Estudios de asociación genética  Diseños experimentales en la correlación Genotipo-Fenotipo.
 En las enfermedades donde existe una causa genética (en mayor o menor grado)  El estudio de la variación genética permite: - Identificar variantes asociadas a enfermedades: Se observan las variantes asociadas pero NO causantes - Identificar variantes causantes de enfermedades: Si tienes esa mutación tendrás la enfermedad sí o sí.
1) ESTUDIOS DE LIGAMIENTO GENÉTICO Son marcadores que sabemos dónde están y podemos genotipar.
El A1 es un marcador que cosegrega, está ligado con la enfermedad.
    Sujetos afectos y controles pertenecen a una misma familia.
Permite encontrar nuevos locus asociados a la enfermedad.
Frecuentemente en familias con algún grado de consanguinidad: > asumen UN mismo evento mutacional causativo.
Los abordajes implican la búsqueda de bloques de homocigosidad entre afectos y determinar así el haplotipo que contiene la mutación.
EJ: Hijo tiene una enfermedad y quiere saber si tiene posibilidades si otro hijo estará afectado.
Rastreando la cosegregación.
Hay que saber qué tienen igual para saber la enfermedad. = Sabremos el lugar dónde está ese factor de la enfermedad.
8 EVA FERNÁNDEZ PAREJA · GENÉTICA 2) ESTUDIOS DE ASOCIACIÓN O CASOS Y CONTROLES (GENES CANDIDATOS , GWAS Y ANÁLISIS QTL) Población NO emparentada – NO tenemos q observar q cosegregue.
El Marcador A6 se ASOCIA con la enfermedad POR EJ: Individuos que estén en las mismas circunstancias pero UN grupo tendrá Cáncer y Otro NO.
 Comparamos la variabilidad genética en un locus entre individuos afectos y sanos = Poblaciones = Cohorte  Permite asociar/excluir la contribución de un locus en un fenotipo Nota 1: rastreo completo del genoma (GWAS), permite un abordaje libre de hipótesis Nota 2: puede usarse para encontrar loci de rasgos cuantitativos (QTL) Controles deben estar emparejados con el otro ''enfermo'': Mismas circunstancias, proporciones (cuánto fuman,...) EJ: 1 hombre de 50 años con otro hombre de 50 años = CASO - CONTROL Variables más importantes: Sexo y edad.
Cohortes:  Prospectiva {Determina fecha de inicio – final}: primero se coge a las personas, se hace el seguimiento y al final del todo determinamos qué vamos a investigar.
 Retrospectiva: sé lo que quiero estudiar y después busco a esos individuos. Para estudios epidemiológicos: sujetos se eligen según tienen o no la característica a estudiar.
 EJ: Cuantificación del factor “Aumento de riesgo”: el Odds-Ratio 17/20 proporción HLA DR4/no-HLA en diabéticos 7/30 proporción HLA DR4/no-HLA en controles OR es la proporción HLA/no-HLA en diabéticos frente a controles, por tanto: (17/20) / (7/30) = 0,85 / 0,23 = 3,7 Odds-Ratio de 3,7 debemos leerlo como 3,7:1. Es decir, la diabetes aparece 3,7 veces más en presencia del genotipo HLA-DR4 que en su ausencia.
Alelo me da Odds-Ratio 0 - 1: Protección 1 - X: Riesgo En las Enf. Complejas: hay muchos genes asociados a la enf. y cada una contribuye poco,por eso el OR suele ser pequeña : 1,1 - 1,4  Cuestiones a tener en cuenta: • Efecto fundador: Pacientes comparten la misma mutación, ya que ésta tuvo lugar muchas generaciones antes.
• Poder estadístico del estudio: Probabilidad de detectar un efecto en la muestra de estudio, siendo esta cierta.
Ejemplo de QTL Estudio de ESR1 pvuII en 100 mujeres en tratamiento por infertilidad. Outcome: Nº de oocitos extraídos 9 EVA FERNÁNDEZ PAREJA · GENÉTICA 3) ESTUDIOS DE TDT (DESEQUILIBRIO DE TRANSMISIÓN) Se trabaja con familias reducidas: Tríos: Madre, Padre e hijos Marcador A1 Asociado con la enfermedad   Se basa en determinar cambios en la probabilidad de transmitir un carácter No se afecta por la estratificación poblacional Se debe usar únicamente a los padres heterozigotos.
Los test de TDT evalúan si las proporciones b (b+c) y c (b+c) son compatibles con las probabilidades (0.5, 0.5) en donde ambos alelos serían transmitidos al azar.
Esta hipótesis se puede contrastar usando una chi2 con un grado de libertad a partir de n>5 en cada celda GENÉTICA MENDELIANA VS ENFERMEDADES COMPLEJAS • Las enfermedades comunes tienen una causa compleja (multifactorial): Genética y Ambiental • La responsabilidad Genética se reparte normalmente entre múltiples genes. Cada gen puede ser responsable de contribuir alrededor de un 20%-50%. Por tanto las variantes genéticas asociadas a una enfermedad representan un riesgo más que un “destino” heredado.
Hipótesis COMMON DISASES-COMMON VARIANTS Predice que los alelos asociados a las enfermedades comunes se encuentran en todas las poblaciones que manifiestan una determinada enfermedad.
Estas variantes comunes estarían presentes tanto en secuencia codificante como en secuencias reguladoras de los genes. Según la hipótesis de CD-CV, estas variantes son las que llegan a producir susceptibilidad a enfermedades poligénicas.
Cada variante en cada gen que influye una enfermedad compleja tendrá un efecto A) Aditivo B) Multiplicativo sobre el fenotipo de la enfermedad > EPISTATICO Tipos de epistasis, problema computacional 10 ...

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