O documento discute estudos genéticos de doenças complexas, incluindo: (1) estudos de associação em todo o genoma que buscam variantes genéticas comuns associadas a doenças; (2) desafios como explicar apenas uma pequena parte da variação genética e incluir variantes raras; (3) o uso de interações proteína-proteína para entender melhor a arquitetura genética de doenças.

1. Genética de doenças complexas e
estudos de associação
do genoma inteiro
Leandro Lima
Doutorando em Bioinformática-USP
Orientadora: Helena Brentani
Co-orientador: Ronaldo Hashimoto
(28/11/2013)

2. Doenças Mendelianas (ou de
herança Mendeliana)
- Raras
- Causadas por um só gene
- Variações com alta penetrância

3. Doenças multifatoriais
- São doenças poligênicas e com influência do meio. São
mais comuns que as doenças Mendelianas.
- Como saber a composição genética de uma doença
desse tipo?
Herdabilidade: é a porcentagem da variação fenotípica
causada pela variação genotípica
Ex: altura (dado que a variação em uma população é de
50cm, quanto dessa variação é causado pelo ambiente
e quanto é causado pela variação genética?)

4. Figura: Bush and Moore (2012)

5. Exemplo dos planetas
Planeta dos clones
Suponha a existência de um planeta em que todos os
moradores tem o mesmo material genético. A
variação fenotípica (ex: altura ou peso) é
determinada só pela influência do ambiente
Planeta com ambiente totalmente constante
Agora suponha um planeta em que todos os seres
tenham o material genético diferente, mas o ambiente
seja igual em todos os lugares. A variação fenotípica
é determinada somente pela componente genética
(variação genotípica)

6. Estudos com gêmeos
(irmãos gerados na mesma gestação)
Gêmeos monozigóticos (MZ)
- são gerados a partir do mesmo zigoto
(óvulo+espermatozóide)
- tem o mesmo material genético ao nascerem
Gêmeos dizigóticos (DZ)
- podem ser gerados a partir de mais de um zigoto
- têm cerca de 50% do material genético igual
(mesma porcentagem que dois irmãos nascidos
em gestações diferentes)

7. Estudos com filhos adotivos
Dada a existência de filhos adotivos com uma
doença...
- há na família original outros casos da doença
(indicando influência genética)?
- e na família adotiva (indicando influência do
ambiente)?
Ou ainda...
- verificar se filhos de pais afetados que foram
adotados por outra família desenvolveram a
doença (indicando influência genotípica) ou não
(indicando influência do ambiente).

8. Concordância
- Dado que um dos gêmeos tem um
traço/doença, a concordância é a
porcentagem das vezes em que o outro irmão
também terá o traço/doença
Ex: dados 100 pares de gêmeos MZ em que
pelo menos um tinha esquizofrenia, em 60
pares o outro irmão também tinha.
Logo, cmz = 60%.

9. Cálculo da herdabilidade
h² = (Cmz - Cdz)/(1 – Cdz),
em que h² é a herdabilidade (que mede a
fração da variação em razão dos genes); Cmz é
a taxa de concordância entre co-gêmeos MZ e
Cdz entre co-gêmeos DZ (Otto et al., 2004).

10. Estudos de ligação
- São estudos que têm o objetivo de encontrar
partes do DNA que são herdadas juntas
- São usados para relacionar regiões (loci) a um
traço ou doença

11. Estudos de ligação
Figura: http://www.phgfoundation.org/tutorials/variantsDisease/2.html

12. Ehlers-Danlos disease
Teare and Barrett (2005)

13. Figura: Bush and Moore (2012)

14. Figura: Bush and Moore (2012)

15. Problemas em estudos de ligação
- Muitas doenças não são causadas por um
gene (variação) específico
- Dessa forma, identificar os marcadores fica
bem mais difícil

16. Estudos de associação
- Relacionam variações a doenças
Resultados positivos de associação podem ser
relacionados a:
1. associação ao acaso (falso positivo)
2. desequilíbrio de ligação (associação indireta)
3. viés amostral (ou estratificação populacional)
4. associação real
Fonte: http://www.phgfoundation.org/tutorials/variantsDisease/4.html

17. Associação indireta
Figura: Bush and Moore (2012)

18. Projeto HapMap e 1000 genomas
- Têm o objetivo de encontrar as principais
variações comuns presentes em diferentes
populações (ex: africana, européia e asiática)
- Usando amostras de mais de 1000 pessoas,
foram reportadas cerca de 300.000 a 600.000
SNPs.

19. Processo do Projeto HapMap
Figura adaptada do site do HapMap (http://hapmap.ncbi.nlm.nih.gov/whatishapmap.html)

20. Desequilíbrio de ligação
Figura: http://www.molvis.org/molvis/v14/a205/images/mv-v14-1727-f2.jpg

21. Desequilíbrio de ligação
Figura: Bush and Moore (2012)

22. Estudos de associação em genoma
inteiro (ou GWAS, genome-wide
association studies)
Figura: Wikipedia (GWAS)

23. Problemas do GWAS
- Nas plataformas padrão só há variantes
comuns
- Como capturar interações gênicas?
- Arquitetura de doenças complexas é diferente
Possíveis soluções:
> Vias metabólicas
> Levar em conta dados de região promotora,
fatores de transcrição, ilhas de metilação,
(e/m)QTL, microRNA, interação proteínaproteína

24. Hipótese doença comum/variação comum (DCVC)
- Doenças mais comuns seriam causadas por variações
mais comuns na população
Problema: GWASs têm conseguido explicar somente
uma pequena parte da variação genética
- Possíveis causas:
1. Muitas variantes comuns de pequeno efeito
(solução: usar muito mais amostras)
2. Muitas variantes raras de grande efeito
(solução: incluir variantes raras nas plataformas)
3. Alguma combinação de fatores genotípicos, do meio e
interações epigenéticas
(solução: estudar interações gênicas)

25. Uso de interações proteína-proteína

26. Referências
Bush WS, Moore JH (2012) Chapter 11:
Genome-Wide Association Studies. PLoS
Comput Biol 8(12): e1002822.
Otto PG, Otto PA, Frota-Pessoa O. Genética
Humana e Clínica. Editora Roca, 2ª edição,
2004.
Teare MD, Barrett JH (2005). Genetic linkage
studies. Genetic Epidemiology 2. Lancet 2005;
366: 1036–44

27. Perguntas?