X染色體印記效應(yīng)檢驗及合并X染色體失活與印記效應(yīng)的關(guān)聯(lián)分析研究.pdf

1、背景:
　　關(guān)聯(lián)分析(association analysis)是用來檢驗等位基因頻率或基因型頻率在兩組個體（患病人群和正常人群）之間是否存在差異的方法。其主要目的是為了定位疾病位點，利用疾病位點和標記位點的關(guān)系來找到遺傳變異。如果標記位點和疾病位點之間的距離很接近，它們可能存在連鎖不平衡(linkage disequilibrium)，那么這兩個位點很有可能是共同遺傳給后代的。如果在患病的人群中這個標記位點的頻率比正常人群的高，

2、利用關(guān)聯(lián)分析方法就可能將該疾病位點進行定位。
　　遺傳印記效應(yīng)(genomic imprinting)是熟知的一種病因?qū)W因素。遺傳印記基因的表達取決于等位基因是來自父親還是來自母親，而這種現(xiàn)象可能會導(dǎo)致疾病和基因之間的關(guān)聯(lián)。遺傳印記現(xiàn)象會影響后代在子宮內(nèi)的發(fā)育以及出生后個體的成長發(fā)育。與常染色體上變異的遺傳印記作用有關(guān)的疾病有:Beckwith-Wiedemann綜合征、Prader-Will綜合征、Angelman綜合征、糖尿病

3、和精神分裂癥等。另外，X染色體上的印記基因在復(fù)雜疾病和性狀的形成上也許起到了關(guān)鍵的作用，如Turner綜合征和孤獨癥等。目前已經(jīng)有很多方法可以用來檢驗基于核心家庭和一般家系常染色體上的遺傳印記效應(yīng)。有關(guān)X染色體上印記效應(yīng)的檢驗，僅僅有最近新提出的基于核心家庭數(shù)據(jù)的X染色體質(zhì)量性狀位點上的親代不對稱檢驗方法(parental-asymmetry test on X chromosome，XPAT)。然而該方法并不適用于一般的家系數(shù)據(jù)。

4、r>　　X染色體失活(X chromosome inactivation，XCI)是一種劑量補償(dose compensation)的機制，通常發(fā)生在胚胎發(fā)育早期，女性的兩條X染色體中的一條發(fā)生了失活現(xiàn)象，從而導(dǎo)致女性個體的每一個細胞中，只有一條來自父親或者母親的染色體表達。通常，這種X染色體失活的現(xiàn)象是隨機的，即女性的兩條X染色體失活的比例是50％∶50％。但是，如果失活現(xiàn)象不是隨機的，那就稱之為偏倚失活(skewed X chro

5、mosome inactivation)。偏倚失活通常意味著有75％或以上的細胞失活同一條X染色體，而另外25％的細胞失活另一條X染色體。另外，跟常染色體一樣，X染色體還存在著一種特殊現(xiàn)象就是逃逸失活(escape from X chromosome inactivation)的情況，即兩條X染色體均表達，沒有失活。在一些女性個體中的某一條X染色體上，大概有四分之三的基因是沉默了的，其余四分之一的基因?qū)儆谔右菔Щ顓^(qū)域。然而，現(xiàn)有的X染色

6、體上的關(guān)聯(lián)分析方法中，僅考慮了X染色體失活，并沒有合并遺傳印記的效應(yīng)。
　　目的：
　　本文的研究目的主要有以下兩點:(1)基于家系數(shù)據(jù)，提出X染色體質(zhì)量性狀位點上遺傳印記效應(yīng)檢驗方法;(2)基于兩代人的病例對照數(shù)據(jù)，提出同時合并X染色體失活和印記效應(yīng)的關(guān)聯(lián)分析方法。
　　方法:
　　(1)考慮X染色體上的位點，參考常染色體上的PPAT方法，利用家系中所有有信息的核心家庭，當(dāng)感興趣的SNP位點與疾病之間存在關(guān)聯(lián)的

7、情況下，提出基于家系數(shù)據(jù)的X染色體親代不對稱檢驗方法(pedigree parental-asymmetry test on X chromosome，XPPAT)。當(dāng)某些家系中存在缺失基因型個體時，根據(jù)觀察到的個體基因型，采用Monte Carlo重抽樣方法對缺失個體的基因型進行反推，進一步提出基于家系數(shù)據(jù)的X染色體Monte Carlo親代不對稱檢驗方法(Monte Carlo pedigree parental-asymmetry

8、 test on X chromosome,XMCPPAT)。通過模擬得到所提出方法的第一類錯誤率和檢驗效能。最后，通過一個來自北美的類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎基因數(shù)據(jù)對新提出方法進行實例驗證。
　　(2)參考Wang等人提出的最大化似然比的檢驗方法，針對不同的X染色體失活模式（隨機失活、偏倚失活和逃逸失活），將一個個體來自父親和母親的等位基因分別進行賦值。對女性的等位基因進行賦值時，用r∈[0，2]來衡量X染色體失活的偏倚程度，然后通過男性的

9、等位基因賦值來體現(xiàn)X染色體是否失活。而這種賦值方式的效應(yīng)量可以體現(xiàn)印記效應(yīng)是否存在。這樣可以將X染色體失活和遺傳印記效應(yīng)的信息同時合并到Logistic回歸模型中。對不同的r值，得到不同的LR值，記為LRr。取LRr的最大值作為檢驗統(tǒng)計量，注意到其在無關(guān)聯(lián)的原假設(shè)下的分布未知。所以，還采用了一種permutation的方法得到新提出方法的經(jīng)驗P值進行統(tǒng)計推斷。相應(yīng)的方法記為XCII方法(association test incorpor

10、ating X chromosome inactivation and imprinting effects)。通過模擬得到所提出方法的第一類錯誤率和檢驗效能。
　　結(jié)果:
　　(1)在不同的模擬背景下，包括兩種不同的樣本量、兩組不同的等位基因頻率、三種不同的近交系數(shù)和五種不同的遺傳印記效應(yīng)模型，模擬結(jié)果表明所提出的方法可以很好地控制第一類錯誤率。并且，新方法的檢驗效能比現(xiàn)有的XPAT方法要高出很多。通過Monte Carl

11、o重抽樣方法對缺失基因型進行反推，XMCPPAT方法在存在缺失基因型個體時能控制第一類錯誤率。再者，由于女性中近交系數(shù)的改變對XPPAT和XMCPPAT方法的結(jié)果幾乎不產(chǎn)生影響，因而新提出的XPPAT和XMCPPAT方法不受女性中Hardy-Weinberg平衡律（Hardy-Weinberg equilibrium，HWE）是否成立的影響。值得注意的是，對適用于缺失數(shù)據(jù)的XMCPPAT方法，采用了三種方式對等位基因頻率進行處理，包括:

12、真實的等位基因頻率、由女性奠基者估算出的等位基因頻率和由男性奠基者估算出的等位基因頻率，將統(tǒng)計量分別記為XMCPPATt、XMCPPATf和XMCPPATm。另外，基于完整數(shù)據(jù)，用XPPATfull進行檢驗，作為所有方法的金標準。從結(jié)果上看，應(yīng)用女性奠基者估算出的等位基因頻率的XMCPPATf方法與基于完整數(shù)據(jù)的XPPATfull方法以及基于真實的等位基因頻率的XMCPPATt方法檢驗效能很接近。這意味著，XMCPPATt和XMCPPA

13、Tf方法可以捕獲大部分缺失基因型個體的信息。然而，XMCPPATm不能很好地控制第一類錯誤率。
　　(2)模擬結(jié)果表明，XCII方法可以將第一類錯誤率穩(wěn)定在設(shè)定的顯著性水平附近，說明了XCII方法用以檢驗合并X染色體失活與印記效應(yīng)信息的位點與疾病之間關(guān)聯(lián)的有效性。在檢驗效能方面，當(dāng)X染色體失活和遺傳印記效應(yīng)同時存在時，XCII方法的檢驗效能整體上比Wang的方法高。當(dāng)僅有X染色體失活而印記效應(yīng)不存在時，XCII方法的檢驗效能仍比W

14、ang的方法高。因此，考慮X染色體上的關(guān)聯(lián)分析研究時，更推薦使用第三章新提出的XCII方法。
　　結(jié)論:
　　(1)新提出的XPPAT和XMCPPAT檢驗統(tǒng)計量可以有效地檢驗基于家系數(shù)據(jù)的X染色體質(zhì)量性狀位點上的印記效應(yīng)，XMCPPAT方法比現(xiàn)有的方法檢驗效能更高，更適用于對包含缺失基因型個體的數(shù)據(jù)進行印記效應(yīng)的檢驗。
　　(2)考慮X染色體上的關(guān)聯(lián)分析研究時，很多疾病同時跟X染色體失活和遺傳印記效應(yīng)相關(guān)聯(lián)，相比只考慮