Стратегии для определения де Ново Мутации в общих расстройств, таких как аутизм и шизофрения
Summary
Молекулярно-генетическая стратегия для поиска заново мутации, вызывающие общие расстройства, такие как аутизм и шизофрения.
Abstract
There are several lines of evidence supporting the role of de novo mutations as a mechanism for common disorders, such as autism and schizophrenia. First, the de novo mutation rate in humans is relatively high, so new mutations are generated at a high frequency in the population. However, de novo mutations have not been reported in most common diseases. Mutations in genes leading to severe diseases where there is a strong negative selection against the phenotype, such as lethality in embryonic stages or reduced reproductive fitness, will not be transmitted to multiple family members, and therefore will not be detected by linkage gene mapping or association studies. The observation of very high concordance in monozygotic twins and very low concordance in dizygotic twins also strongly supports the hypothesis that a significant fraction of cases may result from new mutations. Such is the case for diseases such as autism and schizophrenia. Second, despite reduced reproductive fitness1 and extremely variable environmental factors, the incidence of some diseases is maintained worldwide at a relatively high and constant rate. This is the case for autism and schizophrenia, with an incidence of approximately 1% worldwide. Mutational load can be thought of as a balance between selection for or against a deleterious mutation and its production by de novo mutation. Lower rates of reproduction constitute a negative selection factor that should reduce the number of mutant alleles in the population, ultimately leading to decreased disease prevalence. These selective pressures tend to be of different intensity in different environments. Nonetheless, these severe mental disorders have been maintained at a constant relatively high prevalence in the worldwide population across a wide range of cultures and countries despite a strong negative selection against them2. This is not what one would predict in diseases with reduced reproductive fitness, unless there was a high new mutation rate. Finally, the effects of paternal age: there is a significantly increased risk of the disease with increasing paternal age, which could result from the age related increase in paternal de novo mutations. This is the case for autism and schizophrenia3. The male-to-female ratio of mutation rate is estimated at about 4–6:1, presumably due to a higher number of germ-cell divisions with age in males. Therefore, one would predict that de novo mutations would more frequently come from males, particularly older males4. A high rate of new mutations may in part explain why genetic studies have so far failed to identify many genes predisposing to complexes diseases genes, such as autism and schizophrenia, and why diseases have been identified for a mere 3% of genes in the human genome. Identification for de novo mutations as a cause of a disease requires a targeted molecular approach, which includes studying parents and affected subjects. The process for determining if the genetic basis of a disease may result in part from de novo mutations and the molecular approach to establish this link will be illustrated, using autism and schizophrenia as examples.
Protocol
Discussion
Процедуру, описанную здесь направлен на выявление конкретных общих заболеваний, скорее всего, приведет, в частности, от De Novo мутации, и, чтобы доказать эту гипотезу. De Novo мутации хорошо отлаженный механизм для развития ряда заболеваний, например, синдромы наследственного рака, но была плохо изучены в распространенных заболеваний. Это частично является результатом технических проблем, связанных с идентификации заново мутации, которая требует секвенирования больших количеств ДНК, которая совсем недавно стала экономически эффективной с появлением Следующая Секвенирование поколения. Кроме того, мутации заново скорости у людей было, до самого последнего времени, только оценка. Только совсем недавно были ли там подчиняется непосредственно определяющие частоту мутаций у человека. До этих измерений, было трудно предсказать размер выборки необходимых для такого рода исследование и определить, если наблюдается заново мутаций больше базовой ставки. Секвенирование генов-кандидатов против целого генома? Так как большинство зарегистрированных мутации болезни миссенс / нонсенс-мутации и сайтов сплайсинга мутации (в соответствии с HGMD веб-сайт) наши скрининга стратегии будут определены более 68% известных мутаций. Существует также четкая связь между тяжестью аминокислот замена кислоты и вероятность клинического фенотипа. По сравнению с консервативной аминокислотная замена, ерунда изменение 9,0 раза чаще настоящее клинически 7. Таким образом, в это время секвенирования генов-кандидатов является наиболее экономически эффективной стратегии.
Успех изложил процедуры зависит от нескольких важных шагов, которые изложены подробно и иллюстрируются с помощью двух примеров, аутизм и шизофрения. Есть много подводных камней, которые нужно избегать, например, какие болезни, чтобы выбрать, какие пациенты на экран, источник ДНК, а также подробности о том, как эффективно идентифицировать заново мутаций. Мы предлагаем метод наиболее эффективно определения доли случаев какого-либо заболевания в результате чего от таких спонтанных мутаций.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим наших источников финансирования Геном Геном Канада и Квебек, и Монреальского университета, а также средства от Канадского фонда инноваций для финансирования наших "Synapse к болезни» (S2D) проекта.
References
- Bassett, A. S., Bury, A., Hodgkinson, K. A., Honer, W. G. Reproductive fitness in familial schizophrenia. Schizophr Res. 21, 151-160 (1996).
- Jablensky, A. Schizophrenia: manifestations, incidence and course in different cultures. A World Health Organization ten-country study. Psychol Med Monogr. , 1-97 (1992).
- Malaspina, D. Schizophrenia risk and paternal age: a potential role for de novo mutations in schizophrenia vulnerability genes. CNS Spectr. 7, 26-29 (2002).
- DeLisi, L. E. A genome-wide scan for linkage to chromosomal regions in 382 sibling pairs with schizophrenia or schizoaffective disorder. Am J Psychiatry. 159, 803-812 (2002).
- Gauthier, J. De Novo SHANK3 Mutations in Patients Ascertained for Schizophrenia. Proc Natl Acad Sci U S A. , (2010).
- Piton, A. Mutations in the calcium-related gene IL1RAPL1 are associated with autism. Hum Mol Genet. 17, 3965-3974 (2008).
- Krawczak, M., Ball, E. V., Cooper, D. N. Neighboring-nucleotide effects on the rates of germ-line single-base-pair substitution in human genes. Am J Hum Genet. 63, 474-488 (1998).
