1 SNPs y QTLs: descubriendo la base genética de las enfermedadesA G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G SNPs y QTLs: descubriendo la base genética de las enfermedades A G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G

2 SNPs SNPs Variación heredable del genoma humanoA G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G SNPs Single Nucleotide Polymorphism S A G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G

3 SNPs Base genética de la individualidad humana SNPsSingle Nucleotide Polymorphism A G A G T T C T G C T C G A G G G T T A T G C G C G Representatividad 90% de las diferencias en DNA son uno o pocos nucleótidos En promedio dos personar difieren en 3 millones de nucleótidos Información disponible Cambio más abundante del genomahumano: la clave de nuestras diferencias genéticas Se han posicionado en el GH más de 11 millones de SNP Interés Significado de la variabilidad genética humana Contribución de los genes a enfermedades comunes como la fibromialgia, el SFC, el cáncer, la diabetis o la enfermedad mental

4 1 Naturaleza de los SNPs: Teoría neutralista de la evolución molecularTiempo 1 Frecuencia Alélica

5 Bases de datos SNPs entrezSNPs dbSNP del NCBI Colaboracion entre el National Human Genome Research Institute y el National Center for Biotechnology Information (NCBI) Recopila SNPs y polimorfismos por inserción y delección de varias especies. En Agosto del 2002, dbSNP incluye SNPs. International HapMap Project: PerlGen: The SNP consortium (TSC) Colaboración pública y privada: Bayer, Roche, IBM, Pfizer, Novartis, Motorola…… Se han caracterizado cerca de 1.5 millones de SNPs; se registradan las frecuencias alélicas de los tres mayores grupos de población human ~57,000 SNPs. HGVbase: human sequence variation database Colección no redundante de todas las variantes conocidas o supuestas de DNA humano SVD-Sequence Variation (HMutDB) Un proyecto del EBI. HUGO Mutation Db Initiative (MDI) De la Human Genome Variation Society

6 Bases de datos SNPs SNP de referencia Notación SNPs

7 Niveles de descripción de la variación genética en el genomaSNPs BRCA2 one-dimensional: SNP Individual 1 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 2 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 3 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag Individual 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Individual 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Individual 8 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag Individual 9 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag multi-dimensional: Haplotype

8 Distribución heterocigosidad Cromosoma 6SNPs Distribución heterocigosidad Cromosoma 6 (2001 Nature 409: ) HLA Estimas Nature

9 SNPs Estructura multidimensional de la variabilidad genética en el genoma humano A G A G T T C T G C T C G A G A G T T C T G C T C G A G A G T T C T G C T C G A G A G T T C T G C T C G A G A G T T C T G C T C G A G A G T T C T G C T C G A G G G T T C T G C G C G A G G G T T A T G C G C G A G G G T T A T G C G C G A G G G T T A T G C G C G A G G G T T A T G C G C G A G G G T T A T G C G C G A G G G T T A T G C G C G

10 Recombinación y Desequilibrio de ligamientoSNPs Estructura multidimensional de la variabilidad genética en el genoma humano Recombinación y Desequilibrio de ligamiento

11 Desequilibrio de ligamiento (D’ Lewontin)SNPs Desequilibrio de ligamiento (D’ Lewontin) B B Total A1 p11 = p1q1 + D p12 = p1q2 - D p1 A2 p21 = p2q1 - D p22 = p2q2 + D p2 Total q q D’ = D / Dmax

12 SNPs Desequilibrio de ligamiento Bloques de ligamiento o Tag SNPsDistribución del DL a lo largo del gen de la lipasa lipotroteína humana (LPL). 66 SNPs en apr. 10 kb de 142 cromosomas

13 Estructura multidimensional de los HaplotiposSNPs Estructura multidimensional de los Haplotipos The empirical space: Data desideratum

14 Human genetic diversity database... SNP1 SNP2 SNP3 Estimation of frequencies A/A G/C G/T Secuence individual 1 A/C Disequilibrium among SNPs C/C T/T Secuence individual 2 ...

15 Análisis estructura haplotípica 500 kb de 103 SNPs comunes (>5%)Tag SNP Bloque 1 76% GGACAACTC 15% AATTCGGTG 3% AATTCGGCG Bloque 1 76% GGACAACC 18% AATTCGGG 5q31 Región asociada a enfermedad de Crohn

16 Análisis estructura haplotípica 500 kb de 103 SNPs comunes (>5%)65-85 % del genoma humano puede estar organizado en bloques Unos pocos SNPs en un organismo marcan un haplotipo. Con sólo estudiar tag SNPs de los 10 millones de SNPs basta para identificar eficientemente los haplotipos del genoma humano. 5q31

17 Estudio de 929 bloques haplotípicos de África, Asia y EuropaTamaño medio de los bloques Africanos: 11 kb Caucásico: 22 kb Asiáticos: 22 kb 51% bloques 3 continentes 72% bloques 2 continentes 28% bloque 1 continente (90% África) 5q31

18 Linkage DisequilibriumRecombination Hotspot Linkage blocks Associated Sites TagSNPs

19 International HapMap Project (http://www.hapmap.org)

20 International HapMap Project (http://www.hapmap.org)

21 SNPs International HapMap Project (http://www.hapmap.org)El catálogo haplotipos para cada bloque constituye -> el mapa haplotípico del genoma humano 270 muestras de DNA diferentes grupos étnicos Africano (YRI) Asiático (CHO y JPT) Europeo (CEU) > SNPs espaciados 5 kb y comunes (Minor Freq Allele, MFA > 0,05) Estructura haplotípica

22 International HapMap Project (http://www.hapmap.org)

23 International HapMap Project (http://www.hapmap.org)Aplicaciones biomédicas Disponer datos genotípicos diferentes grupos étnicos Selección TagSNPs estudio asociación -> Potencial para Whole Genome Association studies Evaluación significación estadística e interpretación resultados Estudio de los alelos menos comunes Estudio variación estructural Farmacogenómica

24 International HapMap Project (http://www.hapmap.org)

25 Estimation phenotypic effectAssociation studies: Phenotpyic effect of SNPs Human genetic & phenotypic diversity database Genotype Phenotype ... Disease 1 Trait i SNP1 SNP2 SNP3 Estimation phenotypic effect A/A G/C G/T Secuence individual 1 Healthy x1 A/C C/C T/T Cervical Cancer Secuence individual 2 x2 ... ... ...

26 Studies of cohorts at a great scaleBioBanks: UK Biobanks USA deCODE (Islandia) Estonia Germany Canada Japan China

27 Association studies: Recurso Web

28 Genome-wide association studiesPhenotypic distribution of a trait Threshold value Normal phenotype SNPs affecting the disease Disease

29 Asociación genética -> Culpable por asociaciónPacientes vs Control SNP1 (G/C) 40% G 60% C Anástésico succinicolina -> Parálisis 1/3500. Identificación de redes genéticas, relación con microarrays. Disección genética de enfermedades como cáncer, asma y corazón. Hapmap. DNA test, fármacos que actúan específicamente contra proteína del gen que afecta. P.e, Asma por de Decode. SNP2 (A/T) 100% A 0% T 0% A % T SNP3 (T/G) 80% T 20% G 60% T 20% G SNPn

30 Hoy podemos abordar el análisis de asociación de miles de SNPs, pudiendo desvelar la base genética de las enfermedades. La genética ha dejado de ser misteriosa e impenetrable. . Tenemos el conocimiento y la tecnología para abordarlo. Problema distinguir señal de ruido

31 Translation of genetic-phenotypic information into the clinical practiseD.R. Bentley Nature 429:

32 Translation of genetic-phenotypic information into the clinical practise

33 Translation of genetic-phenotypic information into the clinical practise

34 Translation of genetic-phenotypic information into the clinical practise