lokuszok

  • absztrakt
  • a cél:
  • adat:
  • mód:
  • az eredmények:
  • bevezetés
  • mód
  • Általános keresési stratégia, felvételi kritériumok és QTL kiválasztás
  • Fizikai leképezés és QTL megjelenítés
  • Meta-elemzés és statisztika
  • az eredmény
  • Adatgyűjtés
  • Keresztpopulációk és genetikai elemzések
  • A QTL eloszlása ​​az egér genomjában
  • A QTL metaanalízise a testtömeg és az adipozitás szempontjából
  • Szintetikus régiók az emberi kromoszómákon
  • vita

absztrakt

Sok csoport sikeresen alkalmazott keresztezési kísérleteket különböző egér törzsekkel az elhízásra hajlamos genetikai lókuszok azonosítására. Annak érdekében, hogy statisztikai értékelést nyújtsunk ezekről a kvantitatív tulajdonság lokuszokról (QTL), amelyek a jelölt gének szisztematikus szűrésének alapjául szolgálnak, elvégeztük a testtömeg és a testzsír egész genomra kiterjedő összefüggéseinek pásztázását.

Összesen 34 publikált egérkeresztezési kísérletből összeállítottunk 162 nem redundáns QTL-t a testtömegre és 117 QTL-t a zsírtömegre és a testzsír százalékra vonatkozóan. Ezek a vizsgálatok együttvéve 42 különböző szülői egértörzs és> 14 500 egyedi egér adatait tartalmazzák.

mód:

A vizsgálatok eredményeit csonka termék módszerrel (TPM) elemeztük.

az eredmények:

Az elemzés szignifikáns bizonyítékokat tárt fel (log valószínűség (LOD) pontszám> 4, 3) a testtömeg és az adipozitás asszociációjára az egérgenom 49 különböző szegmensével. A testtömeghez és a testzsírhoz kapcsolódó legfontosabb régiók (LOD pontszámok 14, 8–21, 8) az 1., 2., 7., 11., 15. és 17. kromoszómán testtömegenként és testzsíronként összesen 58 QTL-t tartalmaznak. Ezekben a régiókban legalább 34 jelölt gén és genetikai lokusz található, amelyek részt vesznek a rágcsálók és/vagy az emberi test súlyának és testösszetételének szabályozásában, beleértve a CCAAT/alfa-fokozót megkötő fehérjét (C/EBPA), a szabályozó szterineket és a transzkripciós faktor kötődését faktor 1. elem (SREBP-1), peroxiszóma proliferátor aktivátor receptor (PPARD) delta és hidroxi-szteroid 11-béta-dehidrogenáz 1 (HSD11B1). Eredményeink sok különböző konszenzusos QTL régió jelenlétét mutatják be, nagyon szignifikáns LOD pontszámmal, amelyek kontrollálják a testtömeget és a testösszetételt. Interaktív fizikai QTL-térkép online elérhető a //www.obesitygenes.org címen.

mód

Általános keresési stratégia, felvételi kritériumok és QTL kiválasztás

Fizikai leképezés és QTL megjelenítés

A QTL markerek fizikai feltérképezését az NCBI Musezulus Build 34 alapján készített NCBU Entrez-UniSTS adatbázissal végeztük, amelyet 2005. május 17-én adtunk ki. Azokhoz a markerekhez, ahol fizikai hely nem állt rendelkezésre, legalább három szomszédos ország átlagos helyzetét használtuk ( 9 Zaykin és bemutatta a TPM-et, Fisher-módszer általánosítását, a P-értékek kombinálására, csak egy bizonyos küszöbérték alatti (P) értékeket figyelembe véve, mivel a legtöbb tanulmány csak statisztikailag szignifikáns eredményeket jelent, azaz QTL-eket, amelyeknél a LOD-pontszám meghaladja 10, 11 Zaykin és munkatársai a nullhipotézis alapján levezetik ezen P-értékek pontos termékeloszlását azáltal, hogy kondicionálják a τ-nál kisebb P-értékek számát, és Monte-Carlo-módszert javasolnak a kritikus érték kiszámításához, amikor nagyszámú P-értéket kell egyesíteni, amelyeket a valószínűségi hányados logisztikai statisztikai értékének és a 2 ln (10) együtthatóval megszorzott x2 értékekre alakítottunk át .12 A megfelelő P értékeket használtuk a TPM bemeneteként; a be nem jelent P értékeket P = 0,5 váltotta fel.

A TPM-ben a rövidített τ = 0,05 pontot állítottuk be, amint azt a 9 javasolja, így a helyettesített P értékek nem befolyásolták a TPM módszer eredményét. A számításokat a Dr. Zaykin által biztosított C + programmal hajtottuk végre. A LOD> 4, 3 értéket tekintették az egyesülés szignifikancia küszöbének, amint azt Lander és Kruglyak javasolja. 10.

az eredmény

Adatgyűjtés

Átfogó irodalmi áttekintést végeztünk a testtömeg és a testzsír QTL-jeinek azonosítására egér keresztezési kísérletek során. Ennek eredményeként több mint 50 tanulmányt találtunk (teljes cikkek a PubMed magazinok indexével; nincs felsorolva), amelyek az elhízással kapcsolatos különféle jellemzőkkel társított egér QTL-ekről számoltak be. Ezek közül 34 egyedi genom-vizsgálatot választottak ki elemzésünkre, amelyek a testtömegre, a testzsírra vagy mindkét egyedi genomjelzőre vonatkoznak, amelyeket 1993 és 2004 között publikáltak; Ezekből a vizsgálatokból összeállítottunk egy nem redundáns QTL-t az elhízással kapcsolatos komponens tulajdonságokhoz, beleértve a bw, fw és f% -okat (lásd a módszereket). A teljes test lipid mellett számos tanulmány mérte a zsír tömegét a különböző depó anyagokból, beleértve a gondális zsírpárnákat, a cserzőanyagot, a retroperitoneális, a mesenterialis és a szubkután zsírokat, valamint ezek kombinációit (3. táblázat). Végül adatgyűjtési eljárásunk eredményeként 162 nem redundáns QTL-t állítottunk össze testtömegre és 117 QTL-t testtömeg/zsír százalékban, összesen 279 QTL-t testtömegre és testzsírra (3. táblázat).

Asztal teljes méretben

Asztal teljes méretben

Asztal teljes méretben

Keresztpopulációk és genetikai elemzések

A QTL eloszlása ​​az egér genomjában

Ezután létrehoztunk egy fizikai QTL térképet a testtömeg és az adipozitás szempontjából. A 279 QTL csúcsmarkereit az egér kromoszómáihoz térképeztük fel az UniSTS NCBI adatbázis segítségével (lásd: Módszerek). Amint az az 1. ábrán látható, a testtömeg és a testzsír QTL-je nem oszlik el egyenletesen az egér genomjában. A QTL (125) csaknem fele csak hat kromoszómához kapcsolódik (Chr. 1, 2, 6, 7, 4 és 11), és eléri az 1,5 QTL/10 Mbp sűrűséget. Másrészt csak 15 QTL testtömeg/zsír (

6%) térképeztük fel a 3., 10. és 16. kromoszómára, amelynek eredménye 0,4 QTL/10 Mbp. A mai napig nem találtak QTL adipozitást az Y kromoszómán, mert ezt a kromoszómát soha nem vették fel a kötési elemzésbe. Mivel az Mbp-n lévő QTL-ek száma több mint ötször változik a különböző kromoszómák esetében, nincs egyértelmű kapcsolat a kromoszóma mérete és a lokalizált QTL-ek száma között. 89 QTL-re a szerzők megbízhatósági intervallumokat, azaz jelölőket adtak meg a QTL kezdő és véghelyzetére. Ezeknek a marker-pozícióknak az egér kromoszómák fizikai koordinátáivá történő átalakítása átlagosan 32 Mbp QTL-hosszúságot mutatott, ami körülbelül 380 gén/QTL-nek felel meg. A QTL-ek testtömeg és testzsír eloszlásának vizualizálása céljából kifejlesztettünk egy webalapú eszközt és online adattárat az ebben a tanulmányban felsorolt ​​összes QTL-hez (//www.obesitygenes.org).

A QTL egerek fizikai térképe a testtömegre és a testzsírra vonatkozóan. A 34 publikált országos testtömeg- és testzsír-vizsgálat 202 QTL csúcspozícióját lokalizáltuk az egér genomjába, a "Módszerek" részben leírtak szerint. A QTL-eket testtömeg (kék), zsírsúly (piros), zsírszázalék (zöld) alapján kategorizálták a legmagasabb LOD-pontszám alapján. A QTL-ek, amelyek LOD-pontszáma> 3,0 a jelek, a testtömeg és a testzsír esetében, cián színnel vannak feltüntetve. † Jelzi a QTL neveket, amelyeket ebben a vizsgálatban rendeltek hozzá. Interaktív fizikai QTL-térkép online elérhető a //www.obesitygenes.org címen.

Teljes méretű kép

A QTL metaanalízise a testtömeg és az adipozitás szempontjából

QTL metaanalízis a testsúlyra és a testzsírra vonatkozóan. Az egérgenomot 103 nagyjából azonos méretű tárolóra osztották (

25 MBp) és egy nem redundáns készletből származó egyedi QTL-eket (113 QTL testtömeg és 89 QTL testtömeg és 89 QTL testtömeg és testzsír százalék) hozzárendeltünk ezekhez a tározókhoz fizikai helyzetük szerint. A testtömeg (zárt oszlopok) és a testzsír (nyitott rudak) QTL-számai az egyes edényekben az ábra alján vannak feltüntetve. Az egyes tárolók P értékeit külön-külön számoltuk ki mindkét TPM karakterhez. A nyolc legfontosabb tartály fel van sorolva, amelyek kapcsolódnak a testtömeghez és a testzsírhoz. Gyűrűk, testtömeg; háromszögek, testzsír (zsírtömeg és zsírszázalék).

Teljes méretű kép

A konszenzus legfontosabb, a testtömeggel és a testzsírral kapcsolatos régiói (8., 11., 14., 41., 42., 62., 82. és 89. tározó; P = 1, 75 × 10 −13–9, 8 × 10 −27; LOD pontszám ∼ 14, 8–21, 8) a kosaraknak csak egy kis részét fedi le (∼ 8%), és együttesen tartalmazzák a testtömeg és a testzsír 46 QTL-értékének csúcsmarkereit (16%), ami megfelel (∼ 2-szeresének) ) dúsítás. Azonban a 117 QTL-ből, amelyek LOD pontszáma> 4, 3, 33 QTL (azaz ∼ 30%) van jelen ezekben a tározókban, ami a nagyon jelentős QTL-ek ∼ négyszeres dúsulásának felel meg ezeken a területeken. A szomszédos régiók figyelembevételével összesen 58 QTL-t térképez fel erre a nyolc konszenzusszegmensre. Ezzel szemben a 103 tározóból 10 esetében, amely az egérgenom körülbelül 10% -ának felel meg, QTL-leképezést nem találtunk a jelölt régióban.

Mivel a testtömeg és a testzsír szoros összefüggésben van, ezért mindkét tulajdonság együttesére kiszámítottuk a TPM-et is. Mivel számos tanulmány beszámolt arról, hogy mindkét tulajdonság átfedésben van a QTL-ekkel, ezért csak egy QTL-t engedtünk felvenni a nem redundáns listába bin-tanulmányonként; kiválasztása a LOD-pontszám legmagasabb értéke alapján történt. Noha a legtöbb szegmensre kapott P-értékek egy vagy több nagyságrenddel csökkentek, amikor a testtömeg és a testzsír QTL-jeit a metaanalízisben kombinálták, a P-értékek általános eloszlásában alig volt változás. A három szegmens, a bin 25, 61. és 83., megfelelő P-értékei a szignifikancia küszöbérték alatt voltak (P> 1 x 10 -5; LOD 10-6 (LOD ∼ 4, 8–5). A 19. és a 33. ládához 4, 3 alatt, mindkettő 4, 5 (P = 9 × 10–6) LOD-pontszámot mutatott egy egyedi tulajdonságra.

Szintetikus régiók az emberi kromoszómákon

Teljes méretű kép

1: 10 000) szindróma elhízás embereknél. 43 Amint a 3. ábrán látható, a testtömeg-szabályozásban részt vevő három másik génjelölt, az interleukin 1 alfa (IL1A), a növekedési hormon felszabadító hormon (GHRH) és a G fehérjéhez kapcsolt 24 receptor (1 melanin-koncentráló hormon receptor; GPR24). nagyon szorosan hozzárendeli a konszenzusos régiókhoz a 14. és a 82. bin. 44, 45, 46 Így összesen 34 jelölt gén vagy genetikai lókusz található, amelyek részt vesznek a rágcsálók és/vagy emberek testtömegének és testösszetételének szabályozásában. a QTL legfontosabb konszenzus területei (3. kép).

vita

Elemzésünkhöz 34 független, genom egészére kiterjedő vizsgálat adatait használtuk fel a különböző hibridek elhízással kapcsolatos jellemzőire. (Asztal 1). Ezekben a vizsgálatokban 42 különböző szülői beltenyésztett egér törzset és kinyílt egérvonalat (28 fő vonal származékai) alkalmaztak keresztezési és keresztezési kísérletekben a fenotípusos variabilitás elérésére az utód populációban (2. táblázat). A készlet sok általánosan használt beltenyésztett törzset, valamint genealógiai szempontból nem rokon törzseket tartalmaz, beleértve a CAST/Ei-t, amelyek a Mus musculus (M. m. Castaneus) és a SPRET/Ei különböző alfajait képviselik, amelyek egy másik egérfaj (M. ennek következtében az egér törzsei között a testtömeg és a testösszetétel jelentős eltéréseket mutat. Például a 10. hét körül az átlagos testtömeg ∼ 14 g (pl. SPRET/Ei, CAST/Ei) és> 33 g (pl. KK/HIJ, AKR/J, NZO) között mozgott, ahol a standard testtömege laboratóriumi C57BL/6 és DBA/2 törzsek közel voltak az általános átlaghoz

24 g 48 A 34 vizsgálat hozzávetőleg fele a C57BL/6 törzset vagy származék törzset tartalmazta szülőként, többnyire (de nem kizárólag) gyenge partnerként (2. táblázat). A DBA/2 egereket másodszor gyakran alkalmazták (öt vizsgálat) szülőállatokként, akár viszonylag sovány tenyésztőpartnerként, akár a C57BL/6-mal együtt, az elhízással kapcsolatos jelek episztatikus indukciójának elemzésére. A diéta által kiváltott elhízás egy másik stratégia, amelyet gyakran alkalmaztak az elhízással kapcsolatos tulajdonságok variációjának kiváltására a keresztezett populációkban, amely független a szülői törzsek testsúlyától (1. táblázat). Ezzel szemben viszonylag kevés vizsgálatban alkalmaznak súlyos poligénes elhízással rendelkező egeretörzseket, például KK, NZO vagy TSOD egereket, ami arra utal, hogy a QTL elhízási vizsgálatokban előfordulhat elfogultság bizonyos genetikailag nem elhízott laboratóriumi egeretörzsek ellen (2. táblázat). Ezen túlmenően, mivel a legtöbb tanulmány nem számolt be a test hosszáról, valószínű, hogy egyes hibrid populációkból származó egyes QTL-ek inkább az állat méretét, mint a zsírt tükrözhetik. A metaanalízis során azonban a keresztezés nélküli kísérletekhez nagyszámú, egymással nem kapcsolódó törzs használatának minimalizálnia kell a splicing és a random fixation hatásait, aminek a tulajdonság kovariációs törzseinek erősebb korrelációjához kell vezetnie a keresztek elkülönítésében. 49

Míg a testtömegre és a testzsírra vonatkozó számos QTL-t külön megerősítő (nem genomi) kísérletekben replikáltunk, amelyek nem szerepeltek a tanulmányunkban, a három specifikus keresztezést és az azt követő genomvizsgálatokat egymástól függetlenül megismételtük. Két C57BL/6J × DBA/2J, 61, 62 keresztezésnél a testtömeg QTL (Bwtq6) és a zsírszázalék QTL (Pfat4) néhány Mbp-n belül feltérképezve a 15. kromoszómára, ami arra utal, hogy ugyanazok a testtömeget szabályozó gének a súly is fontos az adipozitás szabályozásában. Az LG/J × SM/J ismételt szkennelése után két testtömegű QTL a D10Mit10-en és a D6Nds5-ben Skl4-ként és Wt2-ként replikálódott a 10. és 6. kromoszómán. 52, 53 Hasonlóképpen, a C57BL/6J és SPRET egerek két különálló keresztirányú keresztezése két átfedő QTL-t eredményezett a 7., Mob1 és D7Ucla1 kromoszómánként. 63, 64, így a 38 QTL közül nyolc, LOD pontszám> 3-mal replikálódott ezen keresztezéseknél.Ez a szám a QTL-ek viszonylag magas reprodukálhatóságára utal, figyelembe véve az állatok különböző fenotipizálását (nem, életkor, étrend, súly és/vagy zsírtartalom), még két ismételt kísérletben is.

A QTL hozzájárulása bizonyos konszenzusos régiókhoz nyilván korrelál a szülő egér törzsével. Például mind a három testtömeg-QTL a konszenzusos testtömeg-régióhoz a 41-es kukában (Chr. 7, 26,6–53,2 Mbp; LOD 14,7), a Bw6f, Bwnd5wk4 és Bw14 esetében egérkeresztezésből származik, ahol minden esetben DBA/2 egerek voltak az egyik szülői törzs (C57BL/6JxDBA/2J, NMRI8xDBA/2OlHsd és Du6ixDBA/2). Hasonlóképpen, a konszenzusos 82-es bin (Chr. 15, 52,05–78,1 Mbp) négy QTL-ből kettő két független C57BL/6J × DBA2/2 keresztezésből származott. 61., 62. Ezenfelül a hét QTL-ből hármat, amelyek a 11. bin-hez kapcsolódnak (Chr. 2, 51,9-77,9 Mbp; C10bw1, Q2Ucd1 és Mob7), a CAST és a C57BL/6J egerek egymástól való független keresztezéséből származtatták. 67, 68, 69, 70 Így feltételezhető, hogy ezekben az esetekben a megfigyelt fenotípusos variáció korrelál egy bizonyos törzs-specifikus alléllal.

A QTL testtömegre és testzsírra vonatkozó törzs szempontjai mellett számos tanulmány bizonyítékot szolgáltatott arra vonatkozóan, hogy a különböző genetikai lokuszok az állatok különböző életkorában szabályozhatják az elhízás összetevőinek tulajdonságait. Sőt, a nemek közötti hatások, valamint a különböző étrend egyértelműen fontos tényezők, amelyeket figyelembe kell venni a testtömeg és a testzsír szabályozásában. Ennek következtében egyes QTL specifikus lehet a fejlődési szakaszra, a nemre vagy az étrendre. Mindazonáltal a legjelentősebb konszenzus régiókat feltérképező 46 QTL közül csak öt QTL származik olyan tanulmányokból, amelyek magas zsírtartalmú (> 10 tömegszázalékos) étrendet használtak: Mob7, Bfq1, KK, Obq1 és Obq4b (3. ábra, 3. táblázat). Átlagosan ezen 46 QTL esetében az állatokat a 10. hét körül fenotipizáljuk (9,5 ± 6 hét; átlag ± sd), ami azt jelzi, hogy ezek a QTL tükrözhetik a közepes/késői növekedést és az adipozitást szabályozó gének hatását az alacsony energia étrend. Mivel a QTL több mint felét hím vagy nőstény egerek, vagy egyesített nemek keresztezett populációiban határozták meg, nem áll rendelkezésre elegendő adat a QTL nemspecifitásának mérlegeléséhez (1. táblázat).

A TPM eredmények elemzésével kiderült, hogy a magas LOD pontszámú szemétkosarak közül sok olyan szintenikus régiókat mutat be az emberi kromoszómákon, amelyek szerepet játszottak a testtömeg és az elhízás szabályozásában (3. ábra). Érdekes módon a Framingham Heart Study 336 családjának egy nemrégiben végzett genomszerû kapcsolási elemzése bizonyítékokat talált a 20. kromoszóma (D20S481; LOD pontszám 3.1) és az 1. kromoszóma (D1S1644; LOD pontszám 2.3) hosszú távú súlyváltozásához. a szintenikus régiók egy konszenzus régión belül vagy annak közelében mutatják be az elemzésünkben talált testtömeget (a D1S1644 az 1. egér kromoszómáján lévő 8-as bin-hez térképez 43,2 Mbp sebességgel, közel a HSD11B1-hez, és a D20S481 a 15-ös bin-hez térképez az egér Chr2-n, 222,8 Mbp-nél az ASIP közelében), jelezve, hogy az egerek testtömeg-növekedésének QTL valóban átfedésben lehet az emberi testtömeg-csökkenés QTL-jével. 71 A QTL csoportosítása mellett tehát e régiók feltűnő átfedésben vannak a jelölt génekkel és markerekkel, amelyek szerepet játszanak a rágcsálók és az emberek testtömegének és testösszetételének ellenőrzésében.