loci

  • abstract
  • scopul:
  • date:
  • metode:
  • rezultatele:
  • introducere
  • metode
  • Strategia generală de căutare, criteriile de includere și selecția QTL
  • Cartografiere fizică și vizualizare QTL
  • Meta-analiză și statistici
  • Rezultatul
  • Colectare de date
  • Populații încrucișate și analize genetice
  • Distribuția QTL în genomul șoarecelui
  • Metaanaliza QTL în termeni de greutate corporală și adipozitate
  • Regiuni sintetice pe cromozomii umani
  • discuţie

abstract

Multe grupuri au folosit cu succes experimente de încrucișare cu diferite tulpini de șoareci pentru a identifica loci genetici care sunt predispuși la obezitate. Pentru a oferi o evaluare statistică a acestor trăsături cantitative (QTL) ca bază pentru un studiu sistematic al genelor candidate, am efectuat o meta-analiză a scanării legăturilor la nivelul genomului pentru greutatea corporală și grăsimea corporală.

Dintr-un total de 34 de experimente publicate de încrucișare a șoarecilor, am compilat o listă de 162 QTL-uri non-redundante pentru greutatea corporală și 117 QTL-uri pentru greutatea grăsimii și procentul de grăsime corporală. Luate împreună, aceste studii includ date de la 42 de tulpini de șoareci parentale diferite și> 14.500 de șoareci individuali.

metode:

Rezultatele studiilor au fost analizate folosind metoda produsului trunchiat (TPM).

rezultatele:

Analiza a relevat dovezi semnificative (scor probabilitate log (LOD)> 4, 3) pentru asocierea greutății corporale și a adipozității cu 49 de segmente diferite ale genomului șoarecelui. Cele mai importante regiuni legate de greutatea corporală și grăsimea corporală (scor LOD 14, 8-21, 8) de pe cromozomii 1, 2, 7, 11, 15 și 17 conțin în total 58 QTL per greutate corporală și grăsime corporală. Există cel puțin 34 de gene candidate și loci genetici în aceste regiuni care sunt implicate în reglarea greutății corpului rozătoarelor și/sau a corpului uman și a compoziției corpului, inclusiv proteina de legare a CCAAT/alfa (C/EBPA), steroli de reglementare și legarea factorului de transcripție factorul 1. element (SREBP-1), receptorul activator al proliferatorului peroxizomului (PPARD) delta și hidroxisteroidul 11-beta dehidrogenaza 1 (HSD11B1). Rezultatele noastre arată prezența multor regiuni QTL consens diferite, cu scoruri LOD foarte semnificative care controlează greutatea corporală și compoziția corporală. O hartă QTL fizică interactivă este disponibilă online la //www.obesitygenes.org.

metode

Strategia generală de căutare, criteriile de includere și selecția QTL

Cartografiere fizică și vizualizare QTL

Cartarea fizică a markerilor pentru QTL a fost realizată utilizând baza de date NCBU Entrez-UniSTS bazată pe NCBI Mus musculus Build 34, emisă pe 17 mai 2005. Pentru markerii în care locațiile fizice nu erau disponibile, am folosit poziția medie a cel puțin trei țări vecine. a prezentat TPM, o generalizare a metodei lui Fisher, pentru combinarea valorilor P, luând în considerare numai valorile P sub un anumit prag (τ), datorită faptului că majoritatea studiilor raportează doar rezultate semnificative statistic, adică QTL-uri cu scoruri LOD care depășesc 10, 11 Zaykin și colegii săi obțin distribuția exactă a produsului acestor valori P sub ipoteza nulă prin condiționarea numărului de valori P mai mici decât τ și propun o metodă Monte-Carlo pentru a calcula valoarea critică atunci când un număr mare valorilor P trebuie combinate. au fost transformate în valori x2 ale valorii statistice a raportului de probabilitate jurnal multiplicat cu un factor de 2 ln (10) .12 Au fost utilizate valorile P corespunzătoare ca intrare pentru TPM; valorile P neanunțate au fost înlocuite cu P = 0,5.

În TPM, am setat punctul scurtat τ = 0,05, așa cum a fost propus, 9 astfel încât valorile P substituite să nu afecteze rezultatul metodei TPM. Calculele au fost efectuate folosind programul C + furnizat de Dr. Zaykin. Am considerat LOD> 4, 3 ca pragul de semnificație pentru fuziune, așa cum au sugerat Lander și Kruglyak. 10

Rezultatul

Colectare de date

Am efectuat o revizuire cuprinzătoare a literaturii pentru studii pentru a identifica QTL-urile pentru greutatea corporală și grăsimea corporală în experimentele încrucișate de șoarece. Ca rezultat, am găsit peste 50 de studii (lucrări complete din revistele PubMed cu index; neenumerate) care au raportat QTL-uri de șoarece asociate cu diferite caracteristici legate de obezitate. Dintre acestea, 34 de scanări genomice unice au fost selectate pentru analiza noastră, care se referă fie la greutatea corporală, grăsime corporală sau la ambii markeri genomici unici, care au fost publicate între 1993 și 2004; Din aceste studii, am compilat un QTL non-redundant pentru proprietățile componentelor legate de obezitate, inclusiv bw, fw și f% (vezi metodele). În plus față de lipidele corporale totale, mai multe studii au măsurat masa de grăsime dintr-o varietate de materiale de depozit, inclusiv tampoane de grăsime gondală, tanin, grăsime retroperitoneală, mezenterică și subcutanată și combinații ale acestora (Tabelul 3). În cele din urmă, procedura noastră de colectare a datelor a dus la compilarea a 162 QTL-uri non-redundante pentru greutatea corporală și 117 QTL-uri pentru procentul de greutate/grăsime, pentru un total de 279 QTL-uri pentru greutatea corporală și grăsimea corporală (Tabelul 3).

Tabel în dimensiune completă

Tabel în dimensiune completă

Tabel în dimensiune completă

Populații încrucișate și analize genetice

Distribuția QTL în genomul șoarecelui

Apoi, am generat o hartă fizică QTL pentru greutatea corporală și adipozitatea. Markerii de vârf pentru 279 QTL au fost mapați la cromozomii șoarecilor folosind baza de date UniSTS NCBI (vezi Metode). Așa cum se arată în Figura 1, greutatea corporală QTL și grăsimea corporală nu sunt distribuite uniform în genomul șoarecelui. Aproape jumătate din QTL (125) se mapează doar la șase cromozomi (Chr. 1, 2, 6, 7, 4 și 11) și atinge o densitate de 1,5 QTL la 10 Mbp. Pe de altă parte, doar 15 QTL din greutatea corporală/grăsime (

6%) a fost mapat la cromozomii 3, 10 și 16, rezultând o densitate de 0,4 QTL la 10 Mbp. Până în prezent, nu a fost găsită nicio adipozitate QTL pe cromozomul Y, deoarece acest cromozom nu a fost niciodată inclus în analiza de legare. Deoarece numărul de QTL-uri pe Mbp variază de peste cinci ori pentru diferiți cromozomi, nu există o relație clară între dimensiunea cromozomului și numărul de QTL-uri localizate. Pentru 89 QTL-uri, autorii au furnizat intervale de încredere, adică markeri pentru poziția de început și sfârșit a QTL. Conversia acestor poziții marker în coordonate fizice pe cromozomii șoarecilor a dezvăluit o lungime medie QTL de 32 Mbp, corespunzătoare a aproximativ 380 gene per QTL. Pentru a vizualiza distribuția QTL-urilor pentru greutatea corporală și grăsimea corporală, am dezvoltat un instrument bazat pe web și un depozit online pentru toate QTL-urile enumerate în acest studiu (//www.obesitygenes.org).

Harta fizică a șoarecilor QTL pentru greutatea corporală și grăsimea corporală. Pozițiile de vârf pentru 202 QTL din 34 de scanări publicate la nivel național privind greutatea corporală și grăsimea corporală au fost localizate la genomul șoarecelui așa cum este descris în secțiunea „Metode”. QTL-urile au fost clasificate în funcție de greutatea corporală (albastru), greutatea grăsimii (roșu), procentul de grăsime (verde) pe baza celui mai mare scor LOD. QTL-urile cu un scor LOD> 3,0 pentru semne, greutatea corporală și grăsimea corporală sunt indicate în cyan. † Indică numele QTL care au fost atribuite în acest studiu. O hartă QTL fizică interactivă este disponibilă online la //www.obesitygenes.org.

Imagine la dimensiune completă

Metaanaliza QTL în termeni de greutate corporală și adipozitate

Metaanaliza QTL pentru greutatea corporală și grăsimea corporală. Genomul șoarecelui a fost împărțit în 103 depozite de aproximativ aceeași dimensiune (

25 MBp) și QTL-uri individuale dintr-un set non-redundant (113 QTL-uri pentru greutatea corporală și 89 QTL-uri pentru greutatea corporală și 89 QTL-uri pentru greutatea corporală și procentul de grăsime corporală) au fost atribuite acestor rezervoare în funcție de pozițiile lor fizice respective. Numerele QTL pentru greutatea corporală (bare închise) și grăsimea corporală (bare deschise) din fiecare container sunt indicate în partea de jos a figurii. Valorile P pentru fiecare coș au fost calculate separat pentru ambele caractere TPM. Sunt enumerate cele mai importante opt recipiente cu legătură cu greutatea corporală și grăsimea corporală. Inele, greutatea corpului; triunghiuri, grăsime corporală (greutatea grăsimii și procentul de grăsime).

Imagine la dimensiune completă

Cele mai importante regiuni de consens legate de greutatea corporală și grăsimea corporală (rezervoarele 8, 11, 14, 41, 42, 62, 82 și 89; P = 1, 75 × 10 −13-9, 8 × 10 −27; LOD scor ∼ 14, 8-21, 8) acoperă doar o mică parte din coșuri (∼ 8%) și conțin în mod colectiv markeri de vârf pentru 46 QTL (16%) pentru greutatea corporală și grăsimea corporală, care corespunde (∼ de 2 ori) ) îmbogățire. Cu toate acestea, din 117 QTL cu un scor LOD> 4, 3, 33 QTL (adică ∼ 30%) sunt prezente în aceste rezervoare, ceea ce corespunde cu enrich îmbogățirea de 4 ori a QTL-urilor semnificative în aceste zone. Când se iau în considerare regiunile adiacente, mapează un total de 58 QTL-uri la aceste opt segmente de consens. În schimb, pentru 10 din cele 103 rezervoare, corespunzătoare a aproximativ 10% din genomul șoarecelui, nu s-a găsit nicio mapare QTL în regiunea marcată.

Deoarece greutatea corporală și grăsimea corporală sunt foarte corelate, am calculat și TPM pentru ambele trăsături împreună. Deoarece mai multe studii au raportat suprapunerea QTL-urilor pentru ambele proprietăți, am permis ca un singur QTL să fie inclus în lista non-redundantă pe studiu bin; selecția sa a fost făcută pe baza celei mai mari valori a scorului LOD. Deși valorile P obținute pentru majoritatea segmentelor au scăzut cu unul sau mai multe ordine de mărime atunci când QTL-urile pentru greutatea corporală și grăsimea corporală au fost combinate în meta-analiză, a existat o schimbare mică în distribuția generală a valorilor P. Valorile P corespunzătoare pentru cele trei segmente, coșul 25, 61 și 83, au fost sub pragul de semnificație (P> 1 x 10 -5; LOD 10-6 (LOD ∼ 4, 8-5). Valorile scorului LOD Pentru caseta 19 și caseta 33 sub 4, 3, ambele prezentând valori ale scorului LOD de 4, 5 (P = 9 × 10-6) pentru o trăsătură individuală.

Regiuni sintetice pe cromozomii umani

Imagine la dimensiune completă

1: 10.000) de sindrom obezitate la om. 43 Așa cum se arată în Figura 3, alte trei gene candidate implicate în reglarea greutății corporale, interleukina 1 alfa (IL1A), hormonul de eliberare a hormonului de creștere (GHRH) și receptorul cuplat la proteina G 24 (receptorul 1 al hormonului concentrator de melanină; GPR24). harta foarte aproape de regiunile consens bin 14 și bin 82. 44, 45, 46 Astfel, un total de 34 de gene candidate sau loci genetici care sunt implicați în reglarea greutății corporale și a compoziției corpului la rozătoare și/sau la oameni sunt situate în cele mai importante domenii de consens ale QTL (imaginea 3).

discuţie

Pentru analiza noastră, am folosit date de la 34 de scanări independente la nivelul genomului pentru trăsăturile legate de obezitate ale diferiților hibrizi. (Tabelul 1). În aceste studii, 42 de tulpini de șoarece încrucișat parental și linii de șoarece (derivate de 28 de linii principale) au fost utilizate în experimentele de încrucișare și încrucișare pentru a realiza variabilitatea fenotipică în populația descendenților (Tabelul 2). Trusa conține multe tulpini consangvinizate utilizate în mod obișnuit, precum și tulpini fără legătură genealogică, inclusiv CAST/Ei, care reprezintă diferite subspecii ale Mus musculus (M. m. Castaneus) și SPRET/Ei, care este o specie diferită de șoarece (M. ca rezultat, există o variabilitate considerabilă între tulpinile șoarecilor în ceea ce privește greutatea corporală și compoziția corporală. De exemplu, în jurul săptămânii 10, greutatea corporală medie a variat de la ∼ 14 g (de exemplu, SPRET/Ei, CAST/Ei) la> 33 g (de exemplu, KK/HIJ, AKR/J, NZO), unde greutatea corporală a standardului tulpinile de laborator C57BL/6 și DBA/2 au fost apropiate de media generală

24 g. 48 Aproximativ jumătate din cele 34 de studii au inclus tulpina C57BL/6 sau o tulpină derivată ca părinte, în mare parte (dar nu exclusiv) ca partener sărac (Tabelul 2). Șoarecii DBA/2 au fost folosiți al doilea rând (cinci studii) ca animale părinte, fie ca partener de reproducere relativ slab, fie împreună cu C57BL/6 pentru a analiza inducerea epistatică a semnelor legate de obezitate. Obezitatea indusă de dietă a fost o altă strategie utilizată adesea pentru a induce o variație a trăsăturilor legate de obezitate la populațiile încrucișate, care este independentă de greutatea corporală a tulpinilor parentale (Tabelul 1). În contrast, relativ puține studii utilizează tulpini de șoareci cu obezitate poligenică severă, cum ar fi șoareci KK, NZO sau TSOD, sugerând că, în studiile de obezitate QTL, pot apărea tendințe împotriva anumitor tulpini de șoarece de laborator, care nu sunt obeze (Tabelul 2). În plus, deoarece majoritatea studiilor nu au raportat lungimea corpului, este probabil ca unele QTL de la anumite populații hibride să reflecte mai degrabă dimensiunea animalelor decât grăsimea. Cu toate acestea, în meta-analiză, utilizarea unui număr mare de tulpini fără legătură pentru experimentele de încrucișare ar trebui să reducă la minimum efectele îmbinării și fixării aleatorii, ceea ce ar trebui să ducă la o corelație mai puternică a tulpinilor de covariație a trăsăturii în segregarea încrucișărilor. 49

În timp ce multe QTL pentru greutatea corporală și grăsimea corporală au fost reproduse în experimente separate de confirmare (non-genomice) care nu au fost incluse în studiul nostru, cele trei încrucișări specifice și scanările ulterioare ale genomului au fost repetate independent. La două cruci C57BL/6J × DBA/2J, 61, 62, QTL pentru greutatea corporală (Bwtq6) și QTL pentru procentul de grăsime (Pfat4) mapate la cromozomul 15 în câțiva Mbp, sugerând că aceleași gene care reglează greutatea corporală greutatea este, de asemenea, importantă în controlul adipozității. După scanarea repetată a LG/J × SM/J, două QTL-uri cu greutate corporală pe D10Mit10 și D6Nds5 s-au reprodus ca Skl4 și Wt2 pe cromozomii 10 și respectiv 6. 52, 53 În mod similar, două încrucișări separate ale șoarecilor C57BL/6J și SPRET au dat două QTL suprapuse pe procente de grăsime pe cromozomul 7, Mob1 și D7Ucla1. 63, 64 Astfel, opt dintre cele 38 QTL cu un scor LOD> 3 au fost reproduse la aceste încrucișări. Acest număr susține reproductibilitatea relativ ridicată a QTL-urilor, luând în considerare diferitele fenotipuri ale animalelor (sex, vârstă, dietă, greutate și/sau conținut de grăsime), chiar și în două studii repetate.

Contribuția QTL la anumite regiuni de consens se corelează aparent cu tulpina de șoarece parentală. De exemplu, toate cele trei greutăți corporale QTL pentru regiunea de greutate corporală consensuală în compartimentul 41 (Chr. 7, 26,6-53,2 Mbp; LOD 14,7), Bw6f, Bwnd5wk4 și Bw14, au fost derivate din încrucișări de șoarece, în fiecare caz DBA/2 șoarecii au fost una dintre tulpinile parentale (C57BL/6J × DBA/2J, NMRI8 × DBA/2OlHsd și Du6i × DBA/2). La fel, două din cele patru QTL care se mapează în coșul de regiune consens 82 (Chr. 15, 52,05-78,1 Mbp) provin de la două cruci C57BL/6J × DBA2/2 independente. 61, 62 Mai mult, trei dintre cele șapte QTL care se mapează la coșul 11 ​​(Chr. 2, 51,9 -77,9 Mbp; C10bw1, Q2Ucd1 și Mob7) au fost derivate din încrucișări independente între șoareci CAST și C57BL/6J. 67, 68, 69, 70 Astfel, s-ar putea specula că în aceste cazuri variația fenotipică observată se corelează cu o anumită alelă specifică tulpinii.

În plus față de aspectele de tulpină ale QTL pentru greutatea corporală și grăsimea corporală, mai multe studii au furnizat dovezi că diferite loci genetici ar putea controla trăsăturile componentei obezității la diferite vârste ale animalelor. Mai mult, efectele de gen, precum și diferitele diete sunt în mod clar factori importanți, care trebuie luați în considerare în reglarea greutății corporale și a grăsimii corporale. În consecință, unele QTL pot fi specifice etapei de dezvoltare, sexului sau dietei. Cu toate acestea, din cele 46 QTL care se mapează în cele mai semnificative regiuni consensuale, doar cinci QTL provin din studii care au folosit o dietă bogată în grăsimi (> 10% greutate/greutate): Mob7, Bfq1, KK, Obq1 și Obq4b (Figura 3, Tabelul 3). În medie, pentru aceste 46 QTL, animalele au fost fenotipate în jurul săptămânii 10 (9,5 ± 6 săptămâni; medie ± sd), indicând faptul că aceste QTL pot reflecta acțiunea genelor care controlează creșterea medie/târzie și adipozitatea la șoarecii hrăniți cu dieta energetica. Deoarece mai mult de jumătate din QTL au fost determinate la populații încrucișate de șoareci masculi sau femele, respectiv sexe grupate, nu sunt suficiente date disponibile pentru a lua în considerare specificitatea de gen a QTL (Tabelul 1).

O analiză a rezultatelor TPM a arătat că multe dintre coșurile cu scoruri LOD ridicate se mapează la regiunile sintenice de pe cromozomii umani care au fost implicați în reglarea greutății corporale și a obezității (Figura 3). Interesant este că o analiză recentă a legăturii la nivelul genomului pe 336 de familii din studiul Framingham Heart Study a găsit dovezi ale legăturii pentru schimbarea greutății pe termen lung pe cromozomul 20 (D20S481; scor LOD 3.1) și cromozomul 1 (D1S1644; scor LOD 2.3), unde regiunile sintenice mapează fie în interiorul sau în apropierea unei regiuni consensuale pentru greutatea corporală găsită în analiza noastră (hărțile D1S1644 la compartimentul 8 de pe cromozomul 1 al mouse-ului la 43,2 Mbp aproape de HSD11B1 și hărțile D20S481 la compartimentul 15 de la mouse-ul Chr2 la 222,8 Mbp aproape de ASIP), indicând faptul că QTL pentru creșterea greutății corporale la șoareci s-ar putea suprapune într-adevăr cu QTL pentru scăderea greutății corporale la oameni. 71 Astfel, pe lângă gruparea QTL, există o suprapunere izbitoare a acestor regiuni cu gene candidate și markeri implicați în controlul greutății corporale și al compoziției corpului la rozătoare și la oameni.