мета-анализ

  • абстрактно
  • целта:
  • данни:
  • методи:
  • резултатите:
  • Въведение
  • методи
  • Обща стратегия за търсене, критерии за включване и QTL подбор
  • Физическо картографиране и QTL визуализация
  • Мета-анализ и статистика
  • резултатът
  • Събиране на данни
  • Кръстосани популации и генетични анализи
  • Разпределение на QTL в генома на мишката
  • Мета-анализ на QTL по отношение на телесно тегло и затлъстяване
  • Синтетични области на човешки хромозоми
  • дискусия

абстрактно

Много групи успешно използват експерименти за кръстосване с различни щамове на мишки, за да идентифицират генетични локуси, които са склонни към затлъстяване. За да осигурим статистическа оценка на тези количествени локуси на признаци (QTL) като основа за систематичен скрининг на кандидат-гени, извършихме мета-анализ на сканиране на общите геномни връзки за телесно тегло и телесни мазнини.

От общо 34 публикувани експеримента с кръстосване на мишки, ние съставихме списък от 162 несъкратени QTL за телесно тегло и 117 QTL за тегло на мазнини и процент телесни мазнини. Взети заедно, тези проучвания включват данни от 42 различни родителски щамове мишки и> 14 500 отделни мишки.

методи:

Резултатите от проучванията са анализирани с помощта на метода на пресечения продукт (TPM).

резултатите:

Анализът разкрива значителни доказателства (log log (LOD) score> 4, 3) за връзката между телесното тегло и затлъстяването с 49 различни сегмента на генома на мишката. Най-важните региони, свързани с телесното тегло и телесните мазнини (LOD резултати 14, 8–21, 8) на хромозоми 1, 2, 7, 11, 15 и 17, съдържат общо 58 QTL на телесно тегло и телесни мазнини. В тези региони има най-малко 34 гена-кандидати и генетични локуси, които участват в регулирането на телесното тегло на гризачите и/или човешкия състав и телесния състав, включително свързващ протеин CCAAT/алфа енхансер (C/EBPA), регулаторни стероли и свързване на транскрипционен фактор фактор 1. елемент (SREBP-1), пероксизомен пролифератор активатор рецептор (PPARD) делта и хидроксистероид 11-бета дехидрогеназа 1 (HSD11B1). Нашите резултати показват наличието на много различни консенсусни QTL региони с много значими LOD резултати, които контролират телесното тегло и телесния състав. Интерактивна физическа QTL карта е достъпна онлайн на //www.obesitygenes.org.

методи

Обща стратегия за търсене, критерии за включване и QTL подбор

Физическо картографиране и QTL визуализация

Физическото картографиране на маркери за QTL е извършено с помощта на базата данни NCBU Entrez-UniSTS, базирана на NCBI Mus musculus Build 34, издадена на 17 май 2005 г. За маркери, при които физическите местоположения не са налице, използвахме средната позиция на поне три съседни държави 9 Zaykin и представи TPM, обобщение на метода на Fisher, за комбиниране на P стойности, като се вземат предвид само P стойности под определен праг (τ), поради факта, че повечето проучвания отчитат само статистически значими резултати, т.е. QTLs с LOD резултати надвишаващи 10, 11 Zaykin и колеги извличат точното разпределение на продуктите на тези P-стойности при нулевата хипотеза, като обуславят броя на P-стойностите по-малко от τ и предлагат метод на Монте-Карло за изчисляване на критичната стойност, когато трябва да се комбинират голям брой Р-стойности. са трансформирани в стойностите х2 на статистическата стойност на логаритма на коефициента на вероятност, умножен по коефициента 2 ln (10) .12 Използвани са съответните стойности на Р като вход за TPM; необявените P-стойности бяха заменени с P = 0,5.

В TPM задаваме съкратената точка τ = 0,05, както е предложено от 9, така че заместените P стойности да не повлияят на резултата от метода TPM. Изчисленията бяха извършени с помощта на програмата C +, предоставена от д-р Зайкин. LOD> 4, 3 се счита за праг на значимост за сливането, както се предлага от Lander и Kruglyak. 10

резултатът

Събиране на данни

Извършихме изчерпателен преглед на литературата за проучвания за идентифициране на QTL за телесно тегло и телесни мазнини в експерименти с кръстосано мишки. В резултат на това открихме повече от 50 проучвания (пълни статии от списания PubMed с индекс; не са изброени), които съобщават QTL на мишката, свързани с различни функции, свързани със затлъстяването. От тях за нашия анализ бяха избрани 34 уникални сканирания на геном, които се отнасят или до телесно тегло, телесни мазнини, или и до двата уникални геномни маркера, които бяха публикувани между 1993 и 2004 г .; От тези проучвания ние съставихме не-излишен QTL за свойствата на компонентите, свързани със затлъстяването, включително bw, fw и f% (вижте методите). В допълнение към общия телесен липид, няколко проучвания измерват мастната маса от различни депо материали, включително мазнини от гондал, танин, ретроперитонеални, мезентериални и подкожни мазнини и комбинации от тях (Таблица 3). И накрая, нашата процедура за събиране на данни доведе до съставянето на 162 несъкратени QTL за телесно тегло и 117 QTL за тегло/процент мазнини, общо 279 QTL за телесно тегло и телесни мазнини (Таблица 3).

Маса в пълен размер

Маса в пълен размер

Маса в пълен размер

Кръстосани популации и генетични анализи

Разпределение на QTL в генома на мишката

След това генерирахме физическа QTL карта за телесно тегло и затлъстяване. Пикови маркери за 279 QTL са картографирани в миши хромозоми, използвайки базата данни UniSTS NCBI (виж Методи). Както е показано на Фигура 1, QTL за телесно тегло и телесни мазнини не са равномерно разпределени в генома на мишката. Почти половината от QTL (125) се свързва само с шест хромозоми (Chr. 1, 2, 6, 7, 4 и 11) и достига плътност от 1,5 QTL на 10 Mbp. От друга страна, само 15 QTL телесно тегло/мазнини (

6%) се картографира на хромозоми 3, 10 и 16, което води до плътност от 0,4 QTL на 10 Mbp. Към днешна дата не е открито QTL затлъстяване на Y хромозомата, тъй като тази хромозома никога не е била включена в анализа на свързването. Тъй като броят на QTL на Mbp варира повече от пет пъти за различните хромозоми, няма ясна връзка между размера на хромозомата и броя на локализираните QTL. За 89 QTL, авторите са предоставили доверителни интервали, т.е.маркери за началната и крайната позиция на QTL. Преобразуването на тези позиции на маркери във физически координати на миши хромозоми разкрива средна дължина на QTL от 32 Mbp, съответстваща на приблизително 380 гена на QTL. За да визуализираме разпределението на QTL за телесно тегло и телесни мазнини, разработихме уеб-базиран инструмент и онлайн хранилище за всички QTL, изброени в това проучване (//www.obesitygenes.org).

Физическа карта на QTL мишки за телесно тегло и телесни мазнини. Пикови позиции за 202 QTL от 34 публикувани сканирания за телесно тегло и телесни мазнини в цялата страна са локализирани в генома на мишката, както е описано в раздела "Методи". QTL са категоризирани по телесно тегло (синьо), тегло на мазнини (червено), процент на мазнини (зелено) въз основа на най-високия LOD резултат. QTL с LOD резултат> 3.0 за признаци, телесно тегло и телесни мазнини са посочени в циан. † Показва имената на QTL, които са присвоени в това проучване. Интерактивна физическа QTL карта е достъпна онлайн на //www.obesitygenes.org.

Изображение в пълен размер

Мета-анализ на QTL по отношение на телесно тегло и затлъстяване

QTL мета-анализ за телесно тегло и телесни мазнини. Геномът на мишката беше разделен на 103 хранилища с приблизително еднакъв размер (

25 MBp) и индивидуални QTL от неподходящ комплект (113 QTL за телесно тегло и 89 QTL за телесно тегло и 89 QTL за телесно тегло и процент телесни мазнини) са разпределени към тези резервоари според съответните им физически позиции. QTL номерата за телесно тегло (затворени пръти) и телесни мазнини (отворени пръти) във всеки отделен контейнер са посочени в долната част на фигурата. Стойностите на P за всеки кош са изчислени поотделно за двата TPM знака. Изброени са осемте най-важни контейнера, свързани с телесното тегло и телесните мазнини. Пръстени, телесно тегло; триъгълници, телесни мазнини (тегло и процент мазнини).

Изображение в пълен размер

Най-важните региони на консенсус, свързани с телесното тегло и телесните мазнини (резервоари 8, 11, 14, 41, 42, 62, 82 и 89; P = 1, 75 × 10 −13–9, 8 × 10 −27; LOD оценка ∼ 14, 8–21, 8) обхваща само малка част от кошниците (∼ 8%) и колективно съдържа маркери на пикове за 46 QTL (16%) за телесно тегло и телесни мазнини, което съответства на (∼ 2-кратно ) обогатяване. Въпреки това, от 117 QTL с резултат LOD> 4, 3, 33 QTL (т.е. ∼ 30%) присъстват в тези резервоари, което съответства на ∼ 4-кратно обогатяване на високо значими QTL в тези области. Когато се разглеждат съседни региони, той картографира общо 58 QTL към тези осем консенсусни сегмента. За разлика от това, за 10 от 103 резервоара, съответстващи на около 10% от генома на мишката, не е намерено QTL картографиране в маркираната област.

Тъй като телесното тегло и телесните мазнини са силно свързани, ние също изчислихме TPM и за двете черти заедно. Тъй като няколко проучвания съобщават за припокриващи се QTL за двете свойства, ние позволихме само един QTL да бъде включен в списъка без излишни резерви за проучване на бин; изборът му е направен въз основа на най-високата стойност на оценката LOD. Въпреки че стойностите на Р, получени за повечето сегменти, намаляват с един или повече порядъци, когато QTL за телесно тегло и телесни мазнини се комбинират в мета-анализа, има малка промяна в общото разпределение на стойностите на Р. Съответните стойности на Р за трите сегмента, контейнери 25, 61 и 83, бяха под прага на значимост (P> 1 x 10 -5; LOD 10-6 (LOD ∼ 4, 8–5). Стойности на LOD резултат За bin 19 и bin 33 под 4, 3, като и двете показаха стойности на LOD оценка от 4, 5 (P = 9 × 10–6) за една индивидуална черта.

Синтетични области на човешки хромозоми

Изображение в пълен размер

1: 10 000) със синдром на затлъстяване при хора. 43 Както е показано на Фигура 3, три други гена-кандидати, участващи в регулирането на телесното тегло, интерлевкин 1 алфа (IL1A), освобождаващ хормон на растежен хормон (GHRH) и G-протеин-свързан рецептор 24 (меланин-концентриращ хормон рецептор 1; GPR24). карта много близо до консенсус региони bin 14 и bin 82. 44, 45, 46 По този начин, общо 34 кандидат-гени или генетични локуси, които участват в регулирането на телесното тегло и телесния състав при гризачи и/или хора се намират в най-важните области на консенсус на QTL (снимка 3).

дискусия

За нашия анализ използвахме данни от 34 независими сканирания за целия геном за свързани със затлъстяването черти на различни хибриди. (Маса 1). В тези проучвания са използвани 42 различни родителски инбредни миши щамове и безпородни миши линии (производни на 28 основни линии) при експерименти за обратно кръстосване и кръстосване, за да се постигне фенотипна вариабилност в популацията на потомството (Таблица 2) Комплектът съдържа много често използвани инбредни щамове, както и генеалогично несвързани щамове, включително CAST/Ei, които представляват различни подвидове Mus musculus (M. m. Castaneus) и SPRET/Ei, който е различен вид мишка (M. в резултат на това има значителна вариабилност между щамовете на мишки по отношение на телесното тегло и телесния състав. Например, около 10 седмица, средното телесно тегло варира от ∼ 14 g (напр. SPRET/Ei, CAST/Ei) до> 33 g (напр. KK/HIJ, AKR/J, NZO), където телесното тегло на стандарта лабораторните щамове C57BL/6 и DBA/2 бяха близки до общата средна стойност

24 g. 48 Приблизително половината от 34-те проучвания включват щам C57BL/6 или производен щам като родител, най-вече (но не изключително) като лош партньор (Таблица 2). DBA/2 мишките бяха използвани второ често (пет проучвания) като родителски животни, или като относително слаб партньор за размножаване, или заедно с C57BL/6 за анализ на епистатичната индукция на признаци, свързани със затлъстяването. Индуцираното от диетата затлъстяване е друга стратегия, често използвана за предизвикване на вариация в свързаните със затлъстяването черти в кръстоски популации, която не зависи от телесното тегло на родителските щамове (Таблица 1). За разлика от това, сравнително малко проучвания използват щамове мишки с тежко полигенно затлъстяване, като KK, NZO или TSOD мишки, което предполага, че в проучванията за затлъстяване QTL може да възникне пристрастие срещу някои генетично не-затлъстели лабораторни щамове на мишки (Таблица 2). Освен това, тъй като повечето проучвания не отчитат дължината на тялото, вероятно е някои QTL от определени хибридни популации да отразяват размера на животните, а не мазнините. Въпреки това, в мета-анализа, използването на голям брой несвързани щамове за експерименти за кръстосване трябва да сведе до минимум ефектите от сплайсинг и случайно фиксиране, което трябва да доведе до по-силна корелация на ковариационните щамове на признака при сегрегиращи кръстоски. 49

Докато много QTL за телесно тегло и телесни мазнини бяха репликирани в отделни потвърждаващи (негеномни) експерименти, които не бяха включени в нашето проучване, три специфични кръстосвания и последващи сканирания на геном бяха повторени независимо. При две пресичания C57BL/6J × DBA/2J, 61, 62, QTL за телесно тегло (Bwtq6) и QTL за процент мазнини (Pfat4) се картографират в хромозома 15 в рамките на няколко Mbp, което предполага, че същите гени, които регулират телесното тегло също е важен за контролиране на затлъстяването. При многократно сканиране на LG/J × SM/J, две QTL с телесно тегло на D10Mit10 и D6Nds5 се репликират като Skl4 и Wt2 на хромозоми 10 и 6, съответно. 52, 53 По същия начин, две отделни обратни кръстоски на мишки C57BL/6J и SPRET дават две припокриващи се QTL на процент мазнини на хромозома 7, Mob1 и D7Ucla1. 63, 64 По този начин при тези кръстоски са репликирани осем от 38-те QTL с LOD резултат> 3. Този брой аргументира относително висока възпроизводимост на QTL, като се отчита различното фенотипиране на животните (пол, възраст, диета, тегло и/или съдържание на мазнини), дори в две повторни опити.

Приносът на QTL в определени области на консенсус очевидно корелира с родителския щам на мишката. Например и трите QTL с телесно тегло за консенсусната област на телесно тегло в контейнер 41 (Chr. 7, 26.6–53.2 Mbp; LOD 14.7), Bw6f, Bwnd5wk4 и Bw14, са получени от кръстоски на мишки, където във всеки случай DBA/2 мишките бяха един от родителските щамове (C57BL/6J × DBA/2J, NMRI8 × DBA/2OlHsd и Du6i × DBA/2). По същия начин, два от четири QTL, които картографират в консенсусния регион 82 (Chr. 15, 52.05–78.1 Mbp), идват от два независими кръста C57BL/6J × DBA2/2. 61, 62 Освен това, три от седемте QTL, които се свързват към кошче 11 (Chr. 2, 51.9 -77.9 Mbp; C10bw1, Q2Ucd1 и Mob7) са получени от независими кръстоски между мишки CAST и C57BL/6J. 67, 68, 69, 70 По този начин може да се предположи, че в тези случаи наблюдаваната фенотипна вариация корелира с определен специфичен за щама алел.

В допълнение към щамовите аспекти на QTL за телесното тегло и телесните мазнини, няколко проучвания са предоставили доказателства, че различни генетични локуси могат да контролират характеристиките на компонентите на затлъстяването при различни възрасти на животните. Освен това въздействието върху пола, както и различните диети са очевидно важни фактори, които трябва да се вземат предвид при регулирането на телесното тегло и телесните мазнини. В резултат на това някои QTL могат да бъдат специфични за етапа на развитие, пола или диетата. Независимо от това, от 46 QTL, които се разпределят в най-значимите региони на консенсус, само пет QTL произхождат от проучвания, при които се използва диета с високо съдържание на мазнини (> 10% тегло/тегло): Mob7, Bfq1, KK, Obq1 и Obq4b (Фигура 3, Таблица 3). Средно за тези 46 QTL животните са били фенотипизирани около 10 седмица (9,5 ± 6 седмици; средно ± sd), което показва, че тези QTL могат да отразяват действието на гените, контролиращи средния/късния растеж и затлъстяването при мишки, хранени с ниско- енергийна диета. Тъй като повече от половината от QTL са определени в кръстосани популации, съответно на мъжки или женски мишки, или обединени полове, няма достатъчно данни, за да се разгледа спецификата на QTL по пола (Таблица 1).

Анализът на резултатите от TPM разкрива, че много от контейнерите с високи оценки на LOD се свързват със синтетични области на човешки хромозоми, които са замесени в регулирането на телесното тегло и затлъстяването (Фигура 3). Интересното е, че неотдавнашен анализ на връзката на целия геном върху 336 семейства от Framingham Heart Study откри доказателства за връзка за дългосрочна промяна на теглото на хромозома 20 (D20S481; LOD резултат 3.1) и хромозома 1 (D1S1644; LOD оценка 2.3), където Синтетични региони картират или в рамките на или в близост до регион на консенсус за телесното тегло, открит в нашия анализ (D1S1644 карти към контейнер 8 на мишка хромозома 1 при 43,2 Mbp близо до HSD11B1 и D20S481 карти към кош 15 на мишка Chr2 при 222,8 Mbp близо до ASIP), което показва, че QTL за увеличаване на телесното тегло при мишки наистина може да се припокрива с QTL за намаляване на телесното тегло при хората. 71 По този начин, в допълнение към групирането на QTL, има поразително припокриване на тези региони с кандидат-гени и маркери, замесени в контрола на телесното тегло и телесния състав при гризачи и хора.