Strategier for genetisk kartlegging av komplekse sykdommer
Genetisk predisposisjon og autoimmunitet
Familiestudier og ulike dyremodeller har indikert at multiple gener bidrar til autoimmunitet, og man antar at små og additive effekter fører til en sykdomsfenotype (10). Genetisk heterogenitet, det at forandring i forskjellige gener kan gi samme sykdomsfenotype, vanskeliggjør deteksjon av gener som predisponerer for komplekse sykdommer. I tillegg er ofte miljøfaktorer involvert (11, 12). Alt dette medfører at identifisering av genene som forårsaker autoimmune sykdommer, representerer en teknisk mye større utfordring enn påvisning av gendefekter som gir monogene sykdommer.
Identifikasjon av sykdomsgener ved komplekse sykdommer
I dag benyttes i hovedsak to strategier for å bestemme gener som predisponerer for komplekse sykdommer: koblingsanalyser og assosiasjonsstudier.
Koblingsanalyser blir utført i familiemateriale, og målet er å finne hvor ofte to loci blir separert av meiotisk rekombinasjon. Hvis to loci ligger på hvert sitt kromosom, vil de alltid nedarves uavhengig av hverandre (ingen kobling). Loci som ligger nær hverandre på samme kromosom, skilles sjeldnere av meiotisk rekombinasjon, og disse vil som oftest nedarves sammen (kobling). Gener som er identifisert ved koblingsanalyser, må bekreftes i populasjonsbaserte assosiasjonsstudier. Slike assosiasjonsstudier tester om et spesifikt allel eller en spesifikk mutasjon forekommer hyppigere hos pasienter enn hos en kontrollgruppe. Alternativt kan assosiasjonsstudier benyttes direkte på gener hvor man har mistanke om defekter som fører til den aktuelle sykdommen (kandidatgener). Fordeler og ulemper ved disse metodene vil bli diskutert.
Koblingsanalyser. Det er i de senere år blitt utviklet genetiske markører for hele genomet, både for mus, rotte og menneske (13 – 15). Ved bruk av dette har man klart å identifisere kromosomlokaliseringen til en rekke gener som predisponerer for autoimmunitet både i dyremodeller og hos menneske (16, 17). Disse mikrosatellittmarkørene er ofte dinukleotidrepetisjoner som er jevnt fordelt i hele genomet. Mikrosatellittene inneholder høye nivåer av variasjon mellom individer. Videre er markørene flankert av unike sekvenser, noe som muliggjør bruk av PCR-teknikken for deteksjon. Siden mikrosatellittene er svært polymorfe, er det relativt stor sjanse for at parentale kromosomer bærer ulike alleler for en gitt markør, noe som muliggjør oppsporing av genetisk bidrag fra foreldre til sykt avkom. En region som er identifisert ved koblingsanalyser, vil inneholde altfor mange gener til at man kan teste ut alle disse i assosiasjonsstudier, så videre koblingsanalyser i den aktuelle regionen med flere markører er nødvendig for å innsnevre området.
Ett problem ved bruk av koblingsanalyser ved komplekse sykdommer er at man må spesifisere en modell for hvordan sykdommen nedarves, noe som kan føre til falskt positive resultater ved valg av uriktig modell. I den senere tid er det blitt utviklet metoder for å identifisere kobling uten å måtte spesifisere en genetisk modell, såkalt modellfri (ikke-parametrisk) koblingsanalyse. Ved hjelp av denne metoden søker man å identifisere områder i genomet som deles av syke slektninger. En mye benyttet variant av modellfri koblingsanalyse er «affected sibpair»-metoden – man tester om søskenpar arver identiske kopier av kromosomale regioner signifikant oftere enn det som forventes når man ikke har kobling. Denne metoden er ikke sensitiv for spesifikasjon av genetisk modell, og vil derfor ikke kunne gi falskt positive resultater ved uriktig genetisk modell. Problemer forbundet med denne metoden er imidlertid at søsken deler store områder av genomet, den egner seg derfor ikke til detaljerte koblingsanalyser, men mer som en første pekepinn på hvor de interessante regionene befinner seg. I tillegg kreves et stort antall søskenpar for å kunne få signifikante resultater, noe som kan være vanskelig for sjeldne sykdommer.
Assosiasjonsstudier. En annen strategi for å identifisere gener ved komplekse sykdommer er assosiasjonsstudier. Denne typen studier baserer seg på sammenlikning av en gruppe pasienter med en kontrollgruppe fra samme populasjon. Disse må ikke være i slekt med hverandre. Et problem i forbindelse med assosiasjonsstudier er at det kan være flere forklaringer på en assosiasjon mellom en sykdom og et bestemt allel i et kandidatgen. Det kan være at dette allelet er årsaken til sykdommen ved at det gir funksjonelle endringer i proteinet eller at det gir endringer i ekspresjon. En annen mulighet er at dette allelet er i koblingsulikevekt med at annet allel i nærheten som er den virkelige årsaken til sykdommen. En siste mulighet er at assosiasjonen er falsk på grunn av uriktig valg av kontrollgruppe.
Det er svært viktig at både pasienter og kontrollpersoner kommer fra samme homogene populasjon. For å unngå problemer med dette er det utviklet andre typer assosiasjonsstudier, der man benytter seg av interne kontroller. Eksempler på dette er «haplotype relative risk» (HRR) og «transmission disequilibrium test» (TDT). Disse metodene benytter seg ikke av case control-design, man tester for hvilke alleler som overføres fra foreldre til sykt avkom. De alleler som ikke overføres, vil fungere som kontroller, og man unngår problemet med valg av kontrollgruppe.
Koblingsanalyser og kandidatgenstrategi ved Sjögrens syndrom