- University of Pittsburgh

Миф о генетическом паспорте и о генетическом
детерминизме,
а также предсказательная способность и
экономическая эффективность клиникогенетической паспортизации
8 апреля 2010 г.
Доклад на заседании СПб отделения РОМГ
Никита Николаевич Хромов-Борисов
Кафедра медицинской информатики СПбГМУ
им. акад. И.П. Павлова
Тел.: (812) 234-18-40 – дом.
8-952-204-89-49 – моб.
Nikita.KhromovBorisov@gmail.com
1
Генетический паспорт
2
Основные темы для обсуждения
• 1. Болезни с элеменами наследственной предрасположенности
(БЭНП) суть количественные признаки. Поэтому ведущая роль в их
изучении принадлежит популяционной генетике, генетике
количественных признаков и генетической эпидемиологии.
• 2. Принцип неопределенности в
исследованиях генетических предрасположенностей.
• 3. Синдром статистической снисходительности.
• 4. Непреодолимо низкие разрешающая (диагностическая) и
предсказательная (прогностическая) способности исследований
генетических предрасположенностей.
• 5. Неоправданно низкая экономическая эффективность
практического применения результатов исследований генетических
предрасположенностей.
3
Hunter D.J., Khoury M.J., Drazen J.M.,
Letting the Genome out of the Bottle — Will We Get Our Wish?
N. Engl. J. Med. 358; 2, 2008. p. 105-107
• Исполнит ли наши желания
геном, выпущенный из
бутылки?
4
Владислав Сергеевич Баранов, член-корреспондент РАМН, заслуженный деятель науки
РФ, профессор, главный специалист по медицинской генетике Комитета по
здравоохранению Правительства Санкт-Петербурга, руководитель лаборатории
пренатальной диагностики НИИ акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта РАМН
5
Генетический паспорт – основа индивидуальной и предикативной
медицины. Под ред. член-корр. РАМН, засл. деятеля науки РФ,
д.м.н., проф. В.С. Баранова. Спб.: Изд-во Н-Л, 2009. – 528 с.
• Нетрудно предвидеть, что в обозримом будущем генетический
паспорт найдет широкое применение в клинической практике, а
многие генетические анализы и диагностические тесты станут столь
же рутинными, как и стандартные лабораторные исследования
(анализ крови, мочи, определение группы крови и резус-фактора,
тесты на инфекционные болезни и пр.) – стр. 439.
• Девизом медицинской науки сегодняшнего дня становится лозунг
«Наша наследственность – наше будущее».
• В России должна быть разработана государственная программа
«всеобщей генетизации»... – стр. 51.
6
Евгений Константинович Гинтер,
академик РАМН, ГУ МГНЦ РАМН (Москва)
7
Евгений Гинтер: «Генетический паспорт – это профанация»
«АиФ Здоровье», № 3 от 15 января 2009
http://www.aif.ru/health/article/23908
• Генетические паспорта в таком виде, в каком они существуют
сегодня, не нужны абсолютно.
• И в нашем центре мы этим не занимаемся.
• Сейчас во всем мире занимаются этим только частные
коммерческие структуры.
• И если уж совсем откровенно, думаю, ни в одной такой структуре ни
одного грамотного, квалифицированного врача-генетика нет, а если
и есть, то он занимается профанацией.
8
• Скажу больше, генетический паспорт в том виде, в котором его
сейчас выдают коммерческие структуры, может принести
существенный вред.
• Человеку говорят, что у него есть предрасположенность к сахарному
диабету или к ишемической болезни сердца.
• И что дальше?
• Ничего, кроме банальных советов вести здоровый образ жизни, не
курить, делать физкультуру, не есть слишком жирную пищу, дать
ему не смогут.
• Но эти рекомендации, известные с доисторических времен, хороши
для любого, даже на сто процентов здорового человека.
• Зачем же запугивать людей, вгонять их в депрессию?
9
Уроки ACE
Противоречия, недоразумения,
заблуждения, иллюзии и
соблазны
10
Nawaz S.K., Hasnain S.
Pleiotropic effects of ACE polymorphism.
Biochemia Medica 2009; 19(1):36–49
• Ангиотензин-превращающий фермент АПФ (ACE - Angiotensin converting enzyme)
(EC 3.4.15.1) является хлорид- и цинкзависимой карбоксипептидазой.
• У человека существуют две основные
изоформы АПФ: соматическая - сАПФ и
тестикулярная (герминальная) – тАПФ.
11
Castellon R. Hamdi H.K.
Demystifying the ACE Polymorphism: From Genetics to Biology
Current Pharmaceutical Design, 2007, 13, 1191-1198.
Изоформы АСЕ
12
Natesh R., Schwager S.L.U., Sturrock E.D., Acharya K.R.
Crystal structure of the human angiotensin-converting enzyme–lisinopril complex.
Nature Vol. 421, 2003. 551-554.
Пространственная структура tACE
13
Варианты локализации АПФ
•
•
•
•
•
•
•
в эндотелии кровеносных сосудов легких, мозга, васкулярного
периферического ложа, где АТII и брадикинин способствуют поддержанию
тонуса резистивных сосудов;
в сердечной ткани, где АПФ оказывается причастным к регуляции
сократительной функции миокарда, росту кардиомиоцитов и развитию
сердечной гипертрофии;
в сыворотке крови, где активность АПФ относительно невелика,
поддерживается выделением из тканей (прежде всего из легких) и служит
генерализованному образованию АТII;
АПФ обнаруживается также в мононуклеарных клетках, Т-лимфоцитах и
фибробластах;
в эпителиальных клетках, таких как ресничная кайма почек, плаценты,
кишечника и др., вовлеченных в адсорбционные и транспортные процессы;
разнообразна локализация АПФ в тканях мозга: в эндотелии сосудов мозга,
телах и аксонах нервных клеток;
наиболее высокая активность АПФ обнаружена в семенной жидкости и
репродуктивных органах.
14
15
Множественность физиологических фукций АПФ
• Он не только контролирует кровяное давление, но и
принимает участие в процессах оплодотворения,
формирования иммунных клеток, развития
атеросклероза.
• Его высокая экспрессия в иммунных клетках макрофагах
предотвращает формирование злокачественных
опухолей.
• Поэтому применение ингибиторов ACE может
спровоцировать рак и болезнь Альцгеймера.
16
RAS – Ренин-ангиотензиновая система
17
Castellon R. Hamdi H.K.
Demystifying the ACE Polymorphism: From Genetics to Biology
Current Pharmaceutical Design, 2007, 13, 1191-1198.
Множественная субстратная специфичность ACE
18
Ангиотензины I и II
19
Hamming I., Cooper M.E., Haagmans B.L., Hoope M.N., Korstanj R.,
Osterhaus A.D.M.E., Timens W., Turner A.J., Navis G., van Goor H.
The emerging role of ACE2 in physiology and disease.
J. Pathol. 2007; 212: 1–11
20
Молекулярная биология АПФ
• Обе формы (и сАПФ и тАПФ) кодируются
одним геном ACE.
• Ген ACE расположен в хромосоме 17 в
локусе 17q23.
• Длина гена ACE составляет 21 т.п.н. и
составлен он из 26 экзонов и 25 интронов.
21
Расположение (локализация) гена ACE
22
Структура гена ACE и варианты мРНК
За транскрипцию двух мРНК отвечают разные сайты инициации
траскрипции.
За экспрессию каждой изоформы отвечает свой промотор.
23
Инсерционно-делеционный диморфизм (I\D) в гене ACE
• В 1990 г. Rigat et al. обнаружили инсерционноделеционный диморфизм, заключающийся во вставке
или выпадении Alu- элемента длиной в 287 п.н. (NCBI ref.
SNP ID: rs1799752), расположенного в 16 интроне гена
ACE.
• Соотвествующие алллеи: I – инсерция и D – делеция.
24
Инсерционно-делеционный диморфизм (I\D) в гене ACE
25
Johnson A.D, Gong Y., Wan D., Langaee T.Y., Shin J., Cooper-DeHoff R.M., Schork N.J.,
Binkley P., Pepine C.J., Johnso J.A., Sadee W.
Promoter polymorphisms in ACE (angiotensin I–converting enzyme) associated with
clinical outcomes in hypertension.
Clin. Pharmacol. Ther. 2009; 85(1): 36–44.
Стркутура гена ACE и расположение исследованных аллелей. Здесь
rs13447447 – Alu-элемент в 15 интроне.
26
Проблема: ошибки
генотипирования
27
Первая проблема:
Ошибки генотипирования аллелей I и D в гене ACE
• Вследствие преимущественной
амплификации аллели D гетерозиготы I/D
ошибочно классифицировались как
гомозиготы D/D с частотой 5-10%
• Т.е. иногда в составе гетерозигот I/D
аллель I недоаплифицируется.
28
Tomita H., Ina Y., Sugiura Y., Sato S., Kawaguch H., Morishita M., Yamamoto M., Ueda R.
Polymorphism in the angiotensin-converting enzyme (ACE) gene and sarcoidosis.
Am. J. Respir. Crit. Care Med. 1997;156:255–259.
Пример ошибочного определения с использованием внутреннего праймера,
специфичного для инсерции.
Дорожка 1 – стандарт для I/I и дорожка 2 – стандарт для D/I. Дорожки 3 – 6 – образцы,
индентифицированные как D/D с использование праймера, специфичного для
инсерции. Дорожка 5 – образец D/I, ранее ошибочно классифицированный как D/D.
29
Айтхожина Н.А., Людвикова Е.К. Полиморфизм промоторной области гена
ангиотензиногена и гена ангиотензин I-превращающего фермента при
артериальной гипертонии и ишемической болезни сердца в Казахских
этнических группах. Генетика - 2003. – Том 39, № 2. – С. 293-299.
Генотипы
Частоты (численности)
Первая пара
праймеров
Дополнительная амплификация с
внутренними праймерами для
инсерции I
I/I
0,34 (27)
0,34 (26)
I/D
0,20 (16)
0,37 (28)
D/D
0,46 (36)
0,29 (22)
n
1,00 (79)
1,00 (76)
< 10-6
0,07
Согласие с
равновесием
Харди-Вайнберга
(РХВ), Pval
30
Проблема: равновесие ХардиВайнберга (РХВ)
31
Диагностика равновесия Харди-Вайнберга (РХВ).
Программа HWDIAG v. 2.0 (21.08.2005)
http://www.sph.emory.edu/BRI-WCI/hwdiag.html
Слева: ложное статистически высоко значимое (P < 10-6) отклонение от
РХВ вследствие ошибочного генотипирования диморфизма I\D в гене ACE.
Справа: статистически незначимое (P = 0,070) отклонение от РХВ после
генотипирования с внутренними праймерами.
Ось абсцисс: доля гомозигот I/I. Ось ординат: доля гомзигот D/D.
32
Милосердова О.В., Сломинский П.А., Лимборская С.А. Зависимые от возраста
изменения частот аллелей и генотипов инсерционно-делеционного
полиморфизма гена ангиотензин-превращающего фермента.
Генетика - 2002. - Т. 38, N 1. - С. 105-107.
Возраст
I
D
< 10 [2,9 ± 3,4]
52%
48%
30 – 40
44%
56%
50 - 60
38%
62%
> 80
32%
68%
Противоречие: по другим данным аллель D якобы является
фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний
33
ACE и возраст.
Генетика 38(1):105-107(2002)
Группа
II
ID
DD
РХВ,Р
< 10
18
16
16
0,012
deficit
0,0092
30-40
12
20
18
0,25
50-60
13
50
37
0,67
> 80
7
18
25
0,21
Коэффициент инбридинга FIS =0,100,350,58
Проверка однородности: P = 0,015
34
Численности генотипов по диморфизму G1245T (Sp1) в гене Col1A1 в
двух выборках больных тяжелым остеопорозом из «популяции СанктПетербурга»
РХВ,
Pval
Однородность
групп, Pval
и BF
0,12
P = 0,014
Численности генотипов
Авторы
G/G
G/T
T/T
Всего
Мищенко и
др., 2006
32
17
8
57
Москаленко и
др., 2004
23
24
23
70
0,026
Всего
55
41
31
127
< 10-6
BF01 = 0,38
BF10 = 2,6
Обозначения: РХВ - равновесие Харди-Вайнберга; BF – Бейзов фактор
Отклонение от РХВ обусловлено избытком гомозигот (реальный
инбридинг или ошибки генотипирования?).
35
Проект формата для представления генетических данных и
результатов их анализа
Мищенко и др., 2006
Генотипы
Москаленко и др., 2004
Всего
Nij
fij
Nij
fij
Nij
fij
G/G
32
0,360,560,75
23
0,180,330,51
55
0,310,430,57
G/T
17
0,140,300,49
24
0,190,340,52
41
0,210,320,45
T/T
8
0,040,140,31
23
0,180,330,51
31
0,140,250,37
57
1,00
70
1,00
127
1,00
Всего
Согласие с
РХВ
точное Pval
0,12
0,026
< 10-6
FIS
0,020,280,52
0,090,310,52
0,150,330,49
Однордность
групп
точное Pval
0,014
BF01
0,38
BF10
2,6
FIS – коэффициент инбридинга (индекс фиксации). В подстрочниках указаны
точные 99%-е ДИ для полиномиальных вероятностей (долей), вычисленные
с помощью программы StatXact-8 (Cytel, USA)
36
• Мищенко Е.Б., Котова С.М., Санькова Т.П., Дорохова И.И.
• Анализ ассоциации минеральной плотности костной ткани и
остеопоретических переломов с COLIA1 Sp1-полиморфизмом у
больных остеопорозом и их родственников в Санкт-Петербурге.
• Медицинская генетика, 2006. – Т. 5. - № 12. – С. 40-44.
• Москаленко, М.В., Асеев М.В., Котова С.М., Баранов В.С.
• Анализ ассоциации аллелей генов Col1A1, VDR и CALCR с
развитием остеопороза.
• Экологическая генетика, 2004. – Т. II, № 1. – С. 38-43.
37
Вывод: когда наблюдается
статистически значимое
отклонение от РХВ, то прежде
всего надо проверить, не есть ли
это результат ошибок
генотипирования
38
Проблема: множественные
сравнения
39
Попарные сравнения, программа SANCT
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Row-wise comparisons (P-values):
Old
Young
Middle Old
Child
0,016
0,0030 0,32
1
Young
0,24
0,24
1
Middle 0,22
1
Old
1
α[adj] = 0,05/6 = 0,0083
α[adj] = 0,01/6 = 0,0017
Column-wise comparisons (P-values):
DD
ID
II
II 0,016 0,0079
1
ID 0,38
1
DD
1
α[adj] = 0,05/3 = 0,017
α[adj] = 0,01/3 = 0,0033
40
Анализ отдельных ячеек в таблице, программа SANCT
Группа
Child
II
18
ID+DD
32
excess
Young+
Middle
+Old
32
168
Группа
Child
Young
Middle
II
ID
DD
0,0023
0,027
0,017
0,182
0,019
0,210
Old
0,043
0,41
• Нижние P-значения вычислены с поправками на
множественность сравнений
41
Пионеры
• Иващенко Т.Э., Глазков П.В., ХромовБорисов Н.Н., Баранов В.С.
• Популяционное исследование
тринуклеотидных повторов CTG в гене
миотониновой протеинкиназы I.
• Генетика, 1997. Т. 33, № 9, С. 1287-1290.
42
Анализ структуры в таблицах сопряженности
• Хромов-Борисов Н.Н., Лаззаротто Г.Б., Кист Т.Б.Л.
• Биометрические задачи в популяционных
исследованиях.
• Методы популяционной биологии (Материалы
докладов VII Всероссийского популяционного
семинара (Часть 2). 16-21 февраля 2004 г.
Сыктывкар. С. 62-86.
43
Вывод: игнорирование проблемы
множественных сравнений (или проверки
множественных гипотез) приводит к
ложным заключениям о якобы
статистически значимых эффектах
44
Krege J.H., Kim H.-S., Moyer J.S., Jennette J.C., Peng L., Hiller S.K., Smithies O.
Angiotensin-converting enzyme gene mutations, blood pressures, and cardiovascular
homeostasis. Hypertension 1997;29;150-157.
P < 10-15
P = 0,20
Гомеостатическая адаптация успешно нормализует
кровяное давление у мышей с измененным числом копий
гена ACE
45
Cole J., Quach D.L., Sundaram K., Corvol P., Capecchi M.R., Bernstein R.E.
Mice lacking endothelial angiotensin-converting enzyme have a normal
blood pressure. Circ. Res. 2002; 90:87-92.
Сконструирован
вариант ACE,
который
экспрессируется
только в
гепатоцитах.
Оказалось, что у
таких мышей
кровяное
давление
осталось
нормальным.
46
Hamdi H.K., Castellon R. A genetic variant of ACE increases cell survival: a
new paradigm for biology and disease.
Biochem. Biophys. Res. Comm. 318 (2004)187–191
Дифференциальная
выживаемость
эпителиальных клеток
человека.
P < 0,001
47
Hamdi H.K., Castellon R. A genetic variant of ACE increases cell survival: a new
paradigm for biology and disease.
Biochem. Biophys. Res. Comm. 318 (2004)187–191.
Дифференциальная экспрессия гена
ACE в культуре эндотелиальных
клеток с генотипам ACE-II и ACE-DD.
Numb - компонет клеточной
сигнальной системы Notch, играет
ключевую роль в поддержании
нервных клеток.
Nanog – другой гомеодоменный
белок, присутствует только в
эмрионных стволовых клетках (ЭСК)
и играет ключевую роль в
поддержании их плюрипотентности.
Klotho – ключевой регулятор
старения клеток.
uPA – урокиназа, обладает
антиапоптотической активностью
uPAR – рецептор урокиназы.
G3PDH – контроль.
48
Luft F.C.
Geneticism of Essential Hypertension
Hypertension 2004;43;1155-1159
•
•
•
•
Guyton A.C., Coleman T.G.
Quantitative analysis of the pathophysiology of hypertension.
Circ. Res. 1969;24 (5 Suppl):1–19.
Guyton, Coleman et al.,
разработали аналоговую модель
циркуляции крови и регуляции
кровяного давления.
Здесь показан только один из 16
компонентов этой модели.
Желающие могут попытаться
внести в эту далеко неполную
схему уточнения генетического
характера.
Сложность этих процессов
заставляет усомниться в том, что
влиянием немногих аллелей
удастся объяснить генетическую
детерминацию изменений
кровяного давления.
49
Rigat B., Hubert C., Alhenc-Gelas F., Cambien F., Corvol P., Soubrier F. J.
An insertion/deletion polymorphism in the Angiotensin I-converting enzyme gene
accounting for half the variance of serum enzyme levels.
Clin. Invest. 1990. 86:1343-1346.
Концентрации
иммуннореактивного
ACE (μg/liter) у
индивидуумов с
генотипами II, ID, и DD.
Вертикальные линии
представляют средние
значения со
стандартными
отклонениями для
каждой группы.
50
Danser A.H.J., Batenburg W.W., Meiracker A.H., Danilov S.M. ACE phenotyping as a
first step toward personalized medicine for ACE inhibitors. Why does ACE genotyping
not predict the therapeutic efficacy of ACE inhibition?
Pharmacol. Ther. 113 (2007) 607–618.
Концентрация
ACE в сердечной
ткани (слева) и в
плазме крови
(справа) у
нидивидуумов с
генотипами I/I, I/D,
и D/D.
Вклад
полиморфизма I,D
в изменчивость
по содержанию
ACE составил
22% и 31%,
соответственно.
51
Rice G.I., Jones A.L., Grant P.J., Carter A.M., Turner A.J. Circulating activities of
angiotensin-converting enzyme, its homolog, angiotensin-converting enzyme 2, and
neprilysin in a family study. Hypertension 2006;48;914-920.
Диаграмма рассеяния
значений активности ACE у
индивидуумов с разными
генотипами.
Обседовано 537 субъектов из
133 семей (89 родословных).
Коэффициент наследуемости
h2 = 0,25.
Горизонтальные линии –
медианы, вертикальные
отрезки – 95%-е
доверительные интервалы
для медианы.
52
http://smed.ru/guides/363/?q=%E0%ED%E3%E8%EE&search_type=tree#article
Референсные значения
Возраст
< 12
13 – 16
Взрослые
Активность, Ед/л
9,4 – 37
9 – 33,4
6,1 – 26,6
У здоровых индивидуумов в норме уровень
концентрации ACE между индивидуумами может
колебаться в 5 раз, а внутрииндивидуальная
вариабельность намного ниже.
http://medbiol.ru/medbiol/ace/00008b43.htm
53
Rice G.I., Jones A.L., Grant P.J., Carter A.M., Turner A.J. Circulating activities of
angiotensin-converting enzyme, its homolog, angiotensin-converting enzyme 2, and
neprilysin in a family study. Hypertension 2006;48;914-920.
• Корреляция между
уровнем содержания ACE
и систолическим и
диастолическим
артериальным
давлением.
• Показаны линии
регрессии и значения
коэффициентов
детерминации.
54
Danser A.H.J., Deinum J., Osterop A.P.R.M., Admiraal P.J.J., Schalekampb M.A.D.H.
Angiotensin I to angiotensin II conversion in the human forearm and leg. Effect of the
angiotensin converting enzyme gene insertion/deletion polymorphism.
J. Hypertens. 1999, 17:1867-1872.
• Конверсия и деградация
анигиотензина I не зависят от ID диморфизма в гене ACE.
• Пустые кружочки – пациенты,
не принимавшие диуретик;
закрашенные кружочки пациенты, принимавшие
диуретик.
• Горизонтальные отрезки –
средние значения.
55
Милосердова О.В., Сломинский П.А., Тарская Л.А., Соренсен М., Спицын В.А.,
Лимборская С.А. Полиморфные маркеры генов ангиотензиногена и
ангиотензин-превращающего фермента у якутов. Отсутствие ассоциации с
уровнем кровяного давления. Генетика, Том 37, №, 2001. С. 712-715.
Варьирование
систолического
давления у
якутов с
различными
гентипами по
гену ACE.
56
Jeffery S., Saggar Malik A.K., CrosbY A., BlanD M., Eastwood J.B., Amoah-Danquah J., Acheampong J.W., Plange-Rhule J.
A dominant relationship between the ACE D allele and serum ACE levels in a Ghanaian population
J. Med. Genet. 1999;36:869-870
Table 1 Serum ACE in U/l for each ACE genotype
ACE genotype
II
ID
24
26
48
82
60
27
48
62
42
56
42
31
47
74
57
42
15
35
45
57
19
31
25
25
24
36
43
55
98
62
25
44
28
62
27
26
61
52
82
21
33
52
56
71
74
62
68
33
32
38
97
34
44
37
32
37
30
39
36
35
29
132
103
77
Mean
34.5 (13.6)
51.3 (23.8)
(SD)
Median 31 (19-74)
47.5 (15-132)
(range)
DD
50
21
20
43
37
33
24
46
53
89
83
70
50
125
20
69
21
65
35
77
90
65
117
82
100
38
41
38
53.3 (29.5)
23
35
8
60
31
46 (8-125)
57
Инсерционно-делеционный диморфизм в гене ACE и
активность АПФ, программа Instat+
http://www.rdg.ac.uk/ssc/software/instat/instat.html
58
Kraft P., Zeggini E., Ioannidis J.P.A.
Replication in genome-wide association studies. In press
• Обычно случайные эффекты оценивают с
помощью 95%-х ДИ (доверительных интервалов)
только для средних значений изучаемого
эффекта.
• Но не следует забывать, что в идеале надо
исследовать и само распределение эффектов в
популяции в целом.
• Для этого используют предсказательные
интервалы (ПИ).
59
95%-е интервалы предсказания для
гомозигот II
60
95%-е интервалы предсказания для
гетерозигот ID
61
95%-е интервалы предсказания для
гомозигот DD
62
Репрезентативность выборки
• Один из важнейших вопросов, решаемых
аналитической статистикой:
• Достаточно ли имеющихся статистических
данных для того, чтобы выводы, сделанные на
их основе, были точными и надежными?
• Другими словами, представительна ли
(репрезентативна ли) имеющаяся выборка?
63
Сколько же
• Сколько лягушек придется перецеловать,
пока не найдешь свою принцессу ?
• Босс В. Лекции по математике. Т. 4:
Вероятность, информация, статистика. М.:
КомКнига, 2005. – 216 с.
64
Статистика с доверием
• Дает ли статистика нам право
доверять ей?
• Как проверить, является ли
игральная кость правильной?
65
Имитация ЗБЧ, программа SUStats
http://www.jsc.nildram.co.uk/examples/sustats/SUStats.html
66
Donahue M.P., Allen A.S., Genetic association studies in cardiology
Am. Heart J. 2005; 149:964- 70.
67
Остеопороз
•
•
•
J. Brent Richards, Fotini K. Kavvoura,, Fernando Rivadeneira, Unnur
Styrkársdóttir, Karol Estrada, Bjarni V. Halldórsson, Yi-Hsiang Hsu, M. Carola
Zillikens, Scott G. Wilson, Benjamin H. Mullin, Najaf Amin, Yurii S. Aulchenko, L.
Adrienne Cupples, Panagiotis Deloukas, Serkalem Demissie, Albert Hofman,
Augustine Kong, David Karasik, Joyce B. van Meurs, Ben A. Oostra, Huibert A.P.
Pols, Gunnar Sigurdsson, Unnur Thorsteinsdottir, Nicole Soranzo, Frances M.K.
Williams, Yanhua Zhou, Stuart H. Ralston, Gudmar Thorleifsson, Cornelia M. van
Duijn, Douglas P. Kiel, Kari Stefansson, André G. Uitterlinden, John P.A. Ioannidis,
Tim D. Spectorfor the GEFOS (Genetic Factors for Osteoporosis) Consortium.
Collaborative Meta-analysis: Associations of 150 Candidate Genes With
Osteoporosis and Osteoporotic Fracture.
Ann Intern Med. 2009 October 20; 151(8): 528–537.
68
• Идентифицировано 150 генов-кандидатов и 36 016 их вариантов
(«снипов»).
• МПКТ определена у 19 195 участников (14 277 женщин) из 5
европейских стран.
• Для большинства вариантов генов («снипов»), ранее объявленных
связанными с остеопорозом, их связь с этим заболеванием не
подтверждается.
• Связь с отеопрозом подтверждена лишь для 9 генов (ESR1, LRP4,
ITGA1, LRP5, SOST, SPP1, TNFRSF11A, TNFRSF11B, and TNFSF11).
• Подобное может оказаться справедливым и для других болезней с
элементами наследственной прдрасположенности (БЭНП).
• Не исключено, что 9 указанных локусов будут иметь клиничекое
применение, если удастся безопасно влиять на их функцию.
69
Элементы теории диагностики
70
Истинное состояние здоровья и результаты теста
Генотип
Болезнь
Нет болезни
(D = 0)
Есть болезнь
(D = 1)
«Обычный»

Специфичность
X
Ошибка II рода
(Ложный -) 
«Предрасполагающий»
X
Ошибка I рода
(Ложный +) 

Мощность 1 - ;
Чувствительность
71
Массовый маммографический
скрининг
• Banks E., Reeves G., Beral V., Bull D., Crossley B., Simmonds M., Hilton E.,
Bailey S., Barrett N., Brier P., English R., Jackson A., Kutt E., Lavelle J.,
Rockal L., Wallis M.G., Wilson M., Patnick J.
• Influence of personal characteristics of individual women on sensitivity
and specificity of mammography in the Million Women Study: cohort
study
• BMJ 2004; 329; 477
72
AtteStat
http://attestatsoft.com/download.htm
Маммография
Рак молочной
железы
Всего
есть
нет
+
629
3 885
4 514
−
97
117 744
117 841
Всего
726
121 629
122 355
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Критерий хи-квадрат:
2 = 14119,4; P = 10-300
Распространенность
(вычисленная):
Распространенность
Prev = 0,0059 ≈ 0,6%
Чувствительность:
Sen = 0,820,870,91
Специфичность:
Spe = 0,9660,9680,970
73
Проверьте свою интуицию
• Допустим, что у женщины (не дай бог)
маммография дала положительный
результат.
• Как Вы думаете, какова вероятность того,
что этой женщины действительно рак
молочной железы?
74
Предсказательная полезность диагностического теста
• Получив у данного пациента положительный (или отрицательный)
результат данного диагностического теста,
• мы более всего заинтересованы получить ответ на основной
прагматический вопрос:
• Какова вероятность того, что у этого пациента действительно
имеется (или действительно отсутствует) данная болезнь?
• Статистическая оценка такой вероятности называется
предсказательной полезностью теста.
• Синонимы: предсказывающая, прогнозирующая, прогностическая;
ценность, важность, значение теста.
• По-английски: Predictive value (of a test).
• Пост-тестовая вероятность
75
Теорема Бейза в действии
• Вероятность того, что человек с положительным
результатом диагноза действительно болен (или
заболеет) данной болезнью




Prev

Pr
T
|
D


PrD | T  





Prev  PrT | D  1  Prev   PrT | D 

prevalence  sensitivity
prevalence  sensitivity  1  prevalence  1  spesificity 
 PPV
76
PPV и NPV - предсказательные способности
положительного и отрицательного результатов
• Прогностичность
положительного
результата:
• PPV = a/(a + b) =
• = 629 : 4514 =
• = 0,14
• PPV = 0,120,140,16 ≈ 14%
• Прогностичность
отрицательного
результата:
• NPV = d/(c + d) =
• = 117744 : 117841 =
• = 0,9992
• NPV = 0,99890,99920,9994
77
Utility of the apolipoprotein E genotype in the
diagnosis of Alzheimer’s disease
• Mayeux R., Saunders A.M., Shea S., Mirra S., Evans D., Roses A.D.,
Hyman B.T., Crain B., Tang M., Phelps C.H.
• N. Engl. J. Med. 1998; 338:506-511.
78
В исследовании принимали участие также следующие
исследователи и Центры по болезни Альцгеймера:
•
Baylor College of Medicine: S. Appel, R. Doody, J. Kirkpatrick, J. Li; Case Western Reserve University: P.
Whitehouse, D. Geldmacher, J. Stuckey; Columbia University: M. Shelanski, J. Goldman, B. Tycko; Duke
University Medical Center: M. Pericak-Vance, C. Hulette; Emory University: M. Gearing, H. Kim; Harvard
Medical School: J. Growdon, D. Reardon, T. Hedley-Whyte; Indiana University: B. Ghetti, M. Farlow, H.
Hendrie, F. Unverzagt; Johns Hopkins University: D. Price, C. Kawas; Mayo Clinic: R. Petersen, S. Waring,
J. Parisi, S. Thibodeau; Mount Sinai School of Medicine: K. Davis, D. Marin, H. Haroutunian, D.
Greenberg; New York University: S. Ferris, B. Quinn, B. Reisberg, M. de Leon; Oregon Health Sciences
University: J. Kaye, G. Murdoch, M. Ball; Rush–Presbyterian–St. Luke’s: D. Bennett, E. Cochran; University
of California–Davis: W. Jagust, B. Reed, W. Ellis; University of California–Los Angeles: H. Vinters, J.
Cummings; University of California–San Diego: L. Thal, R. Katzman, D. Galasko, M. Sundsmo; University
of Kansas: W. Koller, K. Lyons; University of Kentucky: W. Markesbery, D. Wekstein, M. Kindy; University
of Michigan: S. Gilman, N. Foster, R. Albin, A. Sima, J. Fink; University of Pennsylvania: J. Trojanowski, C.
Clark; University of Pittsburgh: S. DeKosky, M. Kamboh, R. Ferrell; University of Rochester: P. Coleman,
D. Ryan; University of California–Irvine: C. Finch, J. Buckwalter, C. Miller; University of Texas
Southwestern Medical Center: R. Rosenberg, C. White III, M. Weiner; University of Washington–Seattle:
M. Raskind, E. Peskind, J. Leverenz, D. Nochlin; Washington University Medical Center: J. Morris, E.
Grant, A. Goate.
79
• Обследованы клинические диагнозы и диагнозы, полученные
на основе аутопсий, у 3177 пациентов из 26 клинических
центров для больных болезнью Альцгеймера при оценки
слабоумия.
• Все патологические и клинические диагнозы были проведены
без знания о генотипах по гену APOE.
• У 252 пациентов (8%) не были доступны данные о
клинических диагнозах и у 143 пациентов (5%) не были
доступны данные о патологических диагнозах.
• У оставшихся 2782 пациентов генотипы по гену APOE были
доступны для 1850 пациентов и дополнительные 338
генотипов были определены путем анализа замороженных
или зафиксированных тканей.
• Таким образом, полная информация была доступна для 2188
пациентов (69%).
80
• Патологическая (аутопсийная) диагностика
было принята за эталон (стандарт)
81
Соответствие между наличием аллели APOE*ε4 и
патологическим диагнозом болезни Альцгеймера у 2188
пациентов с деменцией (приобретенным слабоумием)
Патологический диагноз
Генотип по гену APOE
Болезнь Альцгеймера
Другие причины
слабоумия
Количество больных
Наличие одной или обеих
аллелей ε4
1142
133
Отсутствие аллеи ε4
628
285
Всего
1770
418
Чувствительность
диагностики БА по
наличию аллели APOE*ε4
Специфичность
диагностики БА по
наличию аллели APOE*ε4
1142:1770≈65%
0,620,650,67
285:418≈68%
0,620,680,74
82
Ощутите разницу, программа PPVNPV.xls
www.cardiff.ac.uk/medic/aboutus/departments/
primarycareandpublichealth/resources/PPVNPV.xls
Маммография
APOE
83
Nawaz S.K., Hasnain S. Pleiotropic effects of ACE polymorphism.
Biochemia Medica 2009; 19(1):36–49.
Заболевания, связанные («ассоциированные») с
диморфизмом I\D в гене ACE
Связь установлена
Связь отсутствует
Связь спорная
Диабетическая нефропатия
Диабет типа 2
Гипертензия
Атеросклероз
Дибетическая ретинопатия
ИБС и сердечные приступы
Болезнь Альцгеймера;
аллель D - защитная
Рак желудка
Рак кишечника
Болезнь Паркинсона
Системная красная
волчанка
Продолжительность жизни
Рак молочной железы
Рак ротовой полости
Лечение остеопороза
84
Гены-кандидаты некоторых частых мультифакторных заболеваний и наследственной
предрасположенности к некоторым патологическим состояниям, которые тестируются в
лаборатории ПД НИИ АГ им. Д.О. Отта СЗО РАМН
• ACE – из двух аллелей I и D аллель D указана как
«неблагоприятная»
• Привычное невынашивание
• ИБС
• Артериальная гипертензия
• Гипертоническая болезнь
• Атеросклероз коронарных сосудов
• Сахарный диабет тип 2
• Диабетическая нефропатия при СД1
• Ожирение и метаболический синдром
• Гестоз
85
Генетический паспорт – основа индивидуальной и
предикативной медицины
•
•
•
•
Наследственная тромбофилия - стр. 342.
Долгожительство – старение – стр. 391 – аллель D.
Выносливость у спортсменов – стр. 405 – аллель I.
Предрасположенности к быстроте реакции, силе и
координационным способностям спортсменов – стр. 406
– аллель D.
86
Nawaz S.K., Hasnain S. Pleiotropic effects of ACE polymorphism.
Biochemia Medica 2009; 19(1):36–49.
• Диморфизм I\D в гене ACE и диабет
• Крупномасштабное наблюдение в течение 10 лет (9,6 – 10,6) за
24309 европеодными женщинами, изначально не имевшими
диабета, показало отсутствие какой-либо связи с диморфизмом I\D
в гене ACE.
• Этот результат был подтвержден во многих других исследованиях
различных этнических групп.
• Так что этот диморфизм вряд ли можно считать фактором
риска для диабета.
•
Conen D., Glynn R.J., Buring J.E., Rridker P.M., Zee R.Y. Renin–angiotensin and endothelial
nitric oxide synthase gene polymorphisms are not associated with the risk of incident type
2 diabetes mellitus: a prospective cohort study. J. Intern. Med. 2008, 263; 376–385.
87
Одна из предпосылок
принципа неопределенности:
разнонаправленная
плейотропия
88
Hemming M. L., Selkoe D.J.
Amyloid β-protein is degraded by cellular angiotensinconverting enzyme (ACE) and elevated by an ACE inhibitor
J. Biol. Chem. 2005, Vol. 280, No. 45, p. 37644–37650
• В опытах in vitro обнаружено, что АПФ способен
разрушать амилоидные бета-пептиды.
• Отсюда следует, что АПФ может оказаться
фактором, защищающим от болезни
Альцгеймера.
89
Bertram L., E. Tanzi R.E. Thirty years of Alzheimer’s disease
genetics: the implications of systematic meta-analyses.
Nature Revs. Neuroscie. Vol. 9, 2008, 768-778.
90
91
Nawaz S.K., Hasnain S. Pleiotropic effects of ACE polymorphism.
Biochemia Medica 2009; 19(1):36–49.
• Диморфизм I/D в гене ACE и болезнь
Альцгеймера (БА)
• Действительно была обнаружена
положительная связь (ассоциация) между
аллелью I и БА.
• Этот эффект был неоднократно подтвержден
масштабными мета-анализами,
суммировавшими результаты 39 иследований с
6 037 больными БА и 12 099 здоровыми.
92
Lehmann D.J., Cortina-Borja M., Warden D.R., Smith A.D., Sleegers K., Prince J.A.,
van Duijn C.M., G. Kehoe P,G. Large meta-analysis establishes the ace insertiondeletion polymorphism as a marker of Alzheimer’s disease.
Am. J. Epidemiol. 2005; 162:305–317.
Отношения шансов (OR)
для развития болезни
Альцгеймера у гомозигот
D/D против носителей
аллели I (I/I + I/D).
Горизонтальные линии
суть 95%-е доверительные
интервалы.
У гомозигот I/I повышен
риск заболевания болезнью
Альцгеймера.
OR = 1,11,21,4
В подстрочниках указаны
границы 95%-х ДИ.
P = 0,0004
93
Разнонаправленная плейотропия
• Celiac.com 01/27/2010 –
• Новейшие исследования показывают, что одни и
те же генетические варианты (аллели,
гаплотипы, генотипы), которые придают
человеку предрасположенность к
возникновению и развитию одного набора
заболеваний, могут придавать ему меньшую
предрасположенность к возникновению и
развитию других болезней.
94
Вывод: щелкни кобылку в нос
– она махнет хвостом
Козьма Прутков
95
Очевидно проще и надежнее
осуществлять «фенотипирование» АПФ
(т.е. определение его активности), нежели
генотипирование гена ACE
96
Баранов и др., 2009, с. 242
• I\D полиморфизм [в гене ACE] не является
функциональным.
• В большинстве исследований достоверных
различий в частотах аллелей и генотипов
этого полиморфизма у больных АГ
(артериальной гипертензией) не
обнаружено.
97
Генно-детерминированная профилактика
Баранов и др., 2001, с. 16; Баранов, 2009, с. 47.
• Назначение ингибиторов АСЕ и
антагонистов рецепторов к ангиотензину II
• … следует рассматривать как наиболее
адекватную медикаментозную
профилактику дисфункции и гипертрофии
левого желудочка, гипертонической
болезни, ИБС и застойной сердечной
недостаточности
у лиц с D/D-генотипом ACE.
98
Предпосылки для индивидуальной медицины
99
Генетический детерминизм
«Что записано в геном, того не
вырубишь и топором»
100
Принцип неопределенности
в исследованиях генетических
предрасположенностей
101
Предпосылки принципа неопределенности
• Предрасполагающие аллели встречаются и у больных и у
здоровых.
• Различие лишь в частоте этих аллелей между группами
больных и здоровых.
• То есть заведомо, наличие в генотипе данного человека
предрасполагающей аллели не свидетельствует о
неизбежном наличии у него болезни в настоящем или о
ее возникновении в будущем.
102
Иванов и др. Генетика, 2006, с.105
• Каждый ген влияет на многие признаки, а
каждый признак определяется многими
генами.
• Источники неопределенности:
• Пенетрантность,
• Экспрессивность,
• Плейотропия
103
Непредсказуемость генетических
предрасположенностей
• Зная генотип, нельзя однозначно предсказать фенотип, и
наоборот:
• Зная фенотип, невозможно однозначно предсказать
генотип.
• Справедливость Принципа неопределенности в генетике
предельно очевидна:
• даже зная всю последовательность генома данного
человека, мы никогда не сможем предсказать многие из
его признаков, ну хотя бы, например, окружность его
талии.
104
Лев Московкин о V съезде ВОГиС
http://leo-mosk.narod.ru/works/09_06_22_VOGIS.htm
• Реплика Константина Скрябина по поводу
клинико-генетической паспортизации:
человек может прожить всю жизнь и не
заболеть этой болезнью, но ходить очень
грустный – вот я завтра заболею.
105
Предсказательная способность
клинико-генетической
паспортизации
106
Рекомендации
• Khoury M.J., McBride C.M., Schully S.D., Ioannidis J.P.A., Feero W.G.,
Janssens A.C.J.W., Gwinn M., Simons-Morton D.G., Bernhardt J.M., Cargill
M., Chanock S.J., Church G.M., Coates R.J., Collins F.S., Croyle R.T., Davis
B.R., Downing G.J., DuRoss A., Friedman S., Gail M.H., Ginsburg G.S., Green
R.C., Greene M.H., Greenland P., Gulcher J.R., Hsu A., Hudson K.L., Kardia
S.L.R., Kimmel P.L., Lauer M.S., Miller A.M., Offit K., Ransohoff D.F., Roberts
J.S., Rasooly R.S., Stefansson K., Terry S.F., Teutsch S.M., Trepanier A.,
Wanke K.L., Witte J.S., Xu J.
• The Scientific Foundation for Personal Genomics: Recommendations
from a National Institutes of Health–Centers for Disease Control and
Prevention Multidisciplinary Workshop
• Genet. Med. 2009:11(8):559 –567
107
Использование генетических ассоциаций для
оценки риска и предсказания болезни
• Даже если генетическая ассоциация оказывается
статистически высоко значимой, то непременно
встает вопрос, насколько полезной будет эта
информация для оценки риска и предсказания
болезни?
• Необходимо измерять чувствительность,
специфичность, ценность положительного
предсказания (PPV) и ценность отрицательного
предсказания (NPV).
108
Теорема Бейза в действии
109
Условный пример
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Пусть распространенность болезни с элементами наследственной
предрасположенности (БЭНП) в некоторой популяции равна
P(D+) = 1%.
Допустим, что у больных доля носителей генотипа (аллели, гаплотипа) g1,
предрасполагающего к данной БЭНП, равна
P(g1|D+) = 20% и она в 2 раза выше, чем у индивидуумов без этой БЭНП:
P(g1|D-) = 10%.
Этому соответствуют значения RR = 2 и OR = 4,4 и разность рисков
RD = 10%.
По формуле Бейза вероятность БЭНП у носителя генотипа g1 примерно в 2
раза превышает ее распространенность:
PPV1 = P(D+|g1) = 1,98%.
Очевидно, что на основе столь малого значения можно делать
предсказания о наличии или развитии данной БЭНП у конкретного
индивидуума.
110
Предсказательная ценность нескольких независимых
предрасполагающих генетических маркеров
Число
предрасполагающих
Доля носителей
PPV
локусов в генотипе
предрасполагающего
генотипа G+ в популяции
1
0,020
0,1
2
0,039
0,01
3
0,075
0,001
4
0,14
0,0001
5
0,24
10-5
6
0,39
10-6
7
0,71
10-7
8
0,84
10-8
9
0,91
10-9
10
0,95
10-10
111
Отношения шансов (OR) для диабета 2 типа, соответствующие числу
предрасполагающих алллей в генотипе
112
Риски БЭНП на основе генетического тестирования
(a) – распределение носителей предрасполагающих генотипов в
популяции.
(b) – значение OR постоянно: OR = 1,5.
(с) – значения OR варьируют от 1,05 до 2,0, а частоты
предрасполагающих генотипов варьируют от 1% до 60%
Распространенность болезни принята равной 10%.
113
Люди с высоким риском очень редки
• Эти графики показывают, что действительно, чем больше
у носителя предрасполагающих генотипов, тем выше
риск заболевания.
• Теоретически можно идентифицировать людей с очень
высоким риском заболевания, но практически они будут
встречаться чрезвычайно редко.
• У большинство людей риск заболевания лишь слегка
выше (или даже ниже), чем средний риск заболевания в
популяции.
114
Проблема: взаимодействия
• Надо подчеркнуть, что в этих примерах не
рассматриваются ген-генные
взаимодействия и влияния средовых
факторов.
• И их учесть в человеческих популяциях
очень трудно.
• Причем зачастую такие взаимодействия
нелинейны.
115
Kraft P., Wacholder S., Cornelis M.C., Hu F.B., Hayes R.B., Thomas G., Hoover R.,
David J. Hunter D.J., Chanock S. Beyond odds ratios — communicating disease risk
based on genetic profiles. Nature Rev. Genetics Vol. 10, 2009, 264-269.
Сильная
статистическая связь
между
генотипом и
болезнью не
может
служить
показателем
предсказательной
ценности
116
Что такое «отношение шансов» (OR)?
• Это трехэтажное отношение:
• 1. Вероятность есть отношение количества исходов n,
благоприятствующих данному событию (A) к общему
количесту исходов N: P(A) = n/N
• 2. Шансы (Odds) суть ставки за и против, т. е. отношение
вероятности данного события P(A) к вероятности
противоположного события P(nonA) = 1 – P(A): Odds =
P(A) : [1-P(A)]
• 3. Отношение шансов (OR – Odds Ratio) есть отношение
шансов за и против события A к шансам за и против
события B:
• OR = {P(A) : [1-P(A)]}/{ P(B) : [1-P(B)]}
117
Что такое отношение рисков (RR)?
• Это есть отношение двух условных
вероятностей (долей), например, доля
носителей предрасполагающего генотипа
g в группе больных P(g|D+) к доле
носителей этого генотипа в контрольной
группе P(g|D-):
• RR = P(g|D+) / P(g|D-)
118
Mäki M., Mustalahti K., Kokkonen J., Kulmala P., Haapalahti M., Karttunen T.,
Ilonen J., Laurila K., Dahlbom I., Hansson T., Höpfl P., Knip M. Prevalence of celiac
disease among children in Finland . N. Engl. J. Med. – 2003. Vol. 348. – P. 2517-2524.
Тест на аутоантитела
Гаплотипы
Положительный
Отрицательный
Всего
DQ2+DQ8
54
1357
1465
остальные
2
2214
2216
Всего
56
3571
3627
Однородность групп
Pvak
2·10-20
BF
2·10-18
Размеры эффекта
OR
944875
RR
2,22,52,7
RD
0,500,580,62
119
Кривые рабочей
(оперативной) характеристики
диагностического теста:
ROC-кривые
ROC – Receiver Operating
Characteristics
120
AUC –
площадь под ROC-кривой
Используется в тысячах работ,
статистически состоятельная мера
качества диагностического теста
121
Варианты AUC
100%
100%
0
%
True Positive Rate
True Positive Rate
AUC = 100%
0
%
0
%
False Positive Rate
100
%
0
%
False Positive Rate
100
%
100%
100%
0
%
False Positive Rate
True Positive Rate
True Positive Rate
AUC = 90%
0
%
AUC = 50%
100
%
AUC = 65%
0
%
0
%
False Positive Rate
100
%
122
van Hoek M., Dehghan A., Witteman,J.C.M., van Duijn C.M., Uitterlinden
A.G., Oostra B.A., Hofman A., Sijbrands E.J.G., Janssens A.C.J.E.
Predicting type 2 diabetes based on polymorphisms from genome-wide
association studies. A population-based study.
Diabetes 57:3122–3128, 2008
• Показано, что 9 из 18 известных генетических вариантов связаны с
диабетом 2 типа.
• Их объединение имеет низкую предсказательную ценность для
предсказания диабета 2 типа.
• Генетические варианты лишь слегка улучшают предсказание
диабета 2 типа по сравннеию с обычными клиническими
показателями.
• AUC = 0,570,600,63 - для предсказания, основанного только на
генетических маркерах; 0,630,660,68 для возрасат, пола и ИМТ; и
0,660,680,71 – для сочетания генетических маркеров и клинических
показателей.
123
ROC-кривые для предсказания заболеваемости диабетом 2
типа, основанные на 18 генетических маркерах,
клинических показателях (возраст, пол и ИМТ), и на обоих
Влияние
возраста, пола и
ИМТ на риск
заболевания
диабетом 2 типа в
данной
популяции
перевешивает
вклад
генетичеcких
вариантов.
124
Janssens A.C.J.W., Khoury M.J. Assessment of Improved Prediction Beyond
Traditional Risk Factors: When Does a Difference Make a Difference? Circ
Cardiovasc. Genet. 2010; 3; 3-5
Пример ROC-кривой и AUC
для предсказания диабета
типа 2. BMI – и ндекс массы
тела;
FPG – уровень глюкозы
натощак
125
Lu Q., Elston R.C. Using the optimal receiver operating characteristic
curve to design a predictive genetic test, examplified with type 2 diabetes.
Am. J. Hum. Genet. 2008, 82, 641–651.
AUC1 = 0,580 – тест, основанный
на трех SNP;
AUC2 = 0,657 – новый тест,
объединяющий предыдущие
SNP, 4 новых SNP и 4 средовых
фактора;
AUC3 = 0,671 – новый тест с
дополнением 5 новых SNP.
DUC12 = AUC1 - AUC2 = 0,077;
DUC13 = AUC1 – AUC3 = 0,091;
DUC23 = AUC2 – AUC3 = 0,014;
ROC-кривые для диабета 2 типа
126
Swets J.A, Dawes R.M., Monahan J.
Better decisions through science.
Scientific American, October 2000, 82-87.
Диагностика
рака
простаты
127
ПСА
Уровень
ПСА, нг/мл
Случай
Контроль
≤ 4,0
221
1439
4,1 – 9,9
926
233
10,0 – 19,9
654
38
20,0 – 49,9
457
14
50,0 – 99,9
229
2
≥ 100
317
1
AUC = 0,900,920,93
Prev = 8% = 0,08
128
Принципиальная
неизбежность
неопределенности
129
Moonesinghe R., Khoury M.J., Liu T., Ioannidis J.P.A.
Required sample size and nonreplicability thresholds for heterogeneous
genetic associations. PNAS 2008 vol. 105 no. 2 617–622.
• Значительная доля истинных связей (ассоциаций) может
оставаться невоспроизводимой.
• Имитационные модели доказывают неизбежную
неопределенность (невоспроизводимость) при анализе
генетических предрасположенностей.
• Объемы выборок в современных исследованиях
постепенно все увеличиваются, достигая в некоторых
случаях 40 000 субъектов.
• Вычисления показывают, что такие объемы выборок и
даже еще большие совершенно необходимы для для
подтвержения эффектов малого или умеренного
размера.
130
Hernández D., de la Rosa A., Barragán A., Barrios Y., Salido E., Torres A., Martín B., Laynez I.,
Duque A., De Vera A., Lorenzo V., González A. The ACE/DD genotype is associated with the
extent of exercise-induced left ventricular growth in endurance athletes.
J. Am. Coll. Cardiol. 2003;42;527-532.
Эхокардиографическое обследование
здоровых, некурящих, непринимавших анаболические
стероиды выносливых атлетов: (36 бегунов на средние и
длинные дистании, 4
пловца, 11 велосипедистов и 10 триатлонистов).
DT : E-волна времени торможения (DT)
у атлетов с генотипами D/D и I/D.
P = 0,008.
131
Подготовиться к Олимпиаде в Сочи российским
спортсменам могут помочь генетические паспорта.
http://www.gzt.ru/print/298187.html
• Полный генетический паспорт стоит около 30 тыс. рублей.
• «Стопроцентную точность, кому чем заниматься, мы дать не можем,
но можем определить вероятность того, где ребенок добьется
максимальных успехов.
• По мере возможности мы пытаемся внедрить этот метод в
профессиональный спорт, потому что увеличить эффективность
работы можно было бы очень существенно.
• Очевидно, что если повсеместно начать тестировать российских
школьников, выбирающих тот или иной вид спорта, и изначально
иметь представление об их потенциале, то число будущих
олимпийских чемпионов увеличится на порядок.
132
http://www.rususa.com/news/news.asp-nid-39986-catid-6
• Ученые признают, что генетическое
прогнозирование носит вероятностный
характер, оцениваемый от 40% до 80%.
133
Аршавин и Валуев
получили генетические паспорта
134
Медицинский центр «Жизнь»
http://www.lifemedical.ru/?p=1
• Полученную генную информацию хранить можно на
бумаге, флешке или чипе. Это и будет ваш генетический
паспорт. Имея его – можно идти по ЖИЗНИ В СОГЛАСИИ
СО СВОИМИ ГЕНАМИ.
• Сегодня сделать генетический паспорт достаточно
просто: для этого в Приморском районе существует
специальный медицинский центр «Жизнь».
• К.б.н. , научный руководитель МЦ «Жизнь», Глотов О.С.
135
http://www.runewsweek.ru/sport/8918/
07.06.2008
• В Лаборатории молекулярной
физиологии любой желающий
за 8000 руб. может пройти тест
и узнать, к какому виду спорта у него есть предрасположенность.
• По словам Ильдуса Ахметова через несколько лет деятельность
лаборатории будет направлена в первую очередь на детей, ведь
определить предрасположенность организма к тому или иному
виду спорта можно на самой ранней стадии - сразу же после
рождения ребенка.
136
http://www.ogoniok.com/5050/19/
http://www.sports.ru/tribuna/blogs/newsweek/63712.html
http://www.runners.ru/lentanews/259-sema.html
•
•
•
•
•
«все элитные
спортсмены –
генетически одаренные,
уникальные люди.
Как бы вы ни трудились, вам не стать олимпийским
чемпионом, если нет предрасположенности», – говорит
Newsweek старший сотрудник лаборатории спортивной
генетики СПб НИИ физической культуры Ильдус Ахметов.
137
ПИННИ
ЗАО «Постгеномные и нанотехнологические инновации»
119435, Москва, ул.М.Пироговская, д.1А,
тел/факс (499) 2464882, т.8(917)5844651
e-mail: pynny@yandex.ru, pynnygen2@mail.ru, pynnygen1@mail.ru
www.pynny.ru Р\с 40702810600010001990 в КБ «Альта-Банк»
www.genepassport.ru К\с 30101810900000000424 в ОПЕРУ МГТУ Банка России, БИК
044525424
ЗАО «Постгеномные
и нанотехнологические инновации
•
•
•
•
•
1 Профиль СПОРТ-минимум: "Анализ предрасположенности к занятиям спортом"
(минимальный список) (18 полиморфизмов) Стоимость профиля (включает анализ +
заключение спортивного генетика к.м.н.) - 5700 руб.
2 Профиль СПОРТ: "Анализ предрасположенности к занятиям спортом"
(расширенный список) (32 полиморфизма) Стоимость профиля (включает анализ +
заключение спортивного генетика к.м.н.) - 7800 руб.
3 Профиль СПОРТ-плюс: "Анализ предрасположенности к занятиям спортом и
распространенным заболеваниям" (55 полиморфизмов) Стоимость профиля
(включает анализ + заключение спортивного генетика к.м.н.) - 11250 руб.
4 Профиль МЫШЦЫ: "Увеличение мышечной массы и силы" (18
полиморфизмов) Стоимость профиля (включает анализ + заключение спортивного
генетика к.м.н.) - 5700 руб.
5 Профиль ФИГУРА: "Создание программы для коррекции фигуры (похудания)" (24
полиморфизмов) Стоимость профиля (включает анализ + заключение спортивного
генетика к.м.н.) - 6600 руб.
138
Доверяя проверяй
• Имеется большое опасение об отсутствии контроля за применением
генетических тестов и тот факт, что эти тесты предлагаются обществу
с очень бедной доказательной базой.
• Caroline Wright обследовала 29 компаний и уровень информации,
которую они предоставляют непосредственно потребителям.
• Она показала, что ни одна из них не предоставляет сведения о
клиническом обосновании и очень немногие сообщают о рисках.
• Научные публикации цитируются только в 50% случаев.
139
• Margaret Pepe пришла к выводу, что биомаркеры с
низкими значениями RR неизбежно не будут
удовлетворять стандартам для правдивых и надежных
тестов.
• Cecile Janssens с коллегами подробно изучили тесты на
связь генотип-болезнь, которые предлагаются
несколькими компаниями непосредственно
потребителям.
• Они показали, что значимые связи были найдены только
для 38% связей генотип-полиморфизм.
140
• Janssens et al. (2008) нашли также, что из
56 тестируемых генов 24 (43%) не
подтвержедны мета-анализами.
• Из остальных 260 мета-анализов 60 (38%)
были статистически значимы лишь
номинально.
141
Экономическая
эффективность клиникогенетической паспортизации
142
Rembold C.M. Number needed to screen: development of a statistic for
disease screening. BMJ – 1998. – Vol. 317. – P. 307–312.
• Полезным и наглядным показателем
эффективности и продуктивности
генотипирования является NNG (Number Needed
to be Genotyped) – количество подлежащих
генотипировнию:
143
Экономическая эффективность генотипирования
БЭНП
• Пусть распространенность болезни с элементами наследственной
предрасположенности (БЭНП) в некоторой популяции равна
• P(D+) = 1%.
• Допустим, что разность рисков RD = 0,1
• Тогда NNG = 1/(0,1  0,01) = 1000.
• Это означает, что надо генотипировать примерно 1000 человек,
чтобы этим методом выявить на одного больного человека больше,
чем эталонным (стандартным) методом.
• Пусть цена одного анализа составляет 100 у.е.
• Тогда для выявления одного больного надо затратить примерно 100
тыс. у.е.
• При генотипировании по k маркерам затраты возрастут в k раз.
144
Популяционное мышление
Эрнст Майр
145
Метод «подсчета баллов», Баранов и др., 2009, с. 20-21.
• Условно «нормальной» (частой) аллели присваивается 0 баллов, а
каждой «фукционально ослабленной» (редкой) аллели – 1 балл.
• Согласно оценкам клиницистов нашего института, гомозиготам по
мутации F5 Leiden … следует давать максимально высокий
балл риска – 4 балла, гетерозиготам – 3 балла.
146
Инсерционно-делеционный диморфизм в гене ACE и
активность АПФ, программа Instat+
http://www.rdg.ac.uk/ssc/software/instat/instat.html
147
Plomin R., Haworth C.M.A., Davis O.S.P. Common disorders are quantitative
traits. Nature Rev. Genet. AoP, published online 27 october 2009;
• Полигенно
наследуемые
признаки являются
количественными, и
вклад средовых
факторов начинает
преобладать.
148
Полигенное наследование
Гены могут
действовать
независимо и
аддитивно.
Одни гены могут
изменять
проявление других
генов – межгенные
взаимодействия
(эпистаз).
Разные аллели
одного и того же
гена также могут
взаимодействовать
– внутригенные
взаимодействия.
Распространены
также
эпигенетические
эффекты.
Цитоплазматическая
наследственность и
ее взаимодействия с
ядерной.
149
Болезни с элементами наследственной
предрасположенности (БЭНП) суть предельные варианты
количественных признаков
• Мы предсказываем, что рано или поздно внимание исследователей
полигенных предрасположенностей будет более сосредоточено на
количественных аспектах болезней, а не на качественных.
• Более провокационо можно сказать, что с точки зрения полигенного
наследования предрасположенностей к болезням не существуют
частые болезни, но лишь предельные (экстремальные) значения
(варианты) количественных признаков.
• Plomin R., Haworth C.M.A., Davis O.S.P. Common disorders are
quantitative traits. Nature Rev. Genet. AoP, published online 27 october
2009;
150
Алексей Матвеевич Оловников.
• Старение как универсальная
хроническая "болезнь
количественных признаков" :
клеточное старение и РНКзависимая ионная модуляция
продуктивности генов.
• Биомедицинский журнал
Medline.ru
• Том 4, СТ. 28 (стр. 31)
• Февраль, 2003 г.
151
Старение есть универсальная генетическая
"болезнь количественных признаков".
• В ходе старения человека и животных не обнаружена экспрессия
принципиально новых макромолекул.
• Все, что происходит при старении, это именно не качественное, а
количественное изменение различных признаков, число которых
огромно.
• Если старение есть действительно болезнь
• количественных признаков, то уместно в
• рамках биогеронтологических исследований
• обратиться
• именно к тем ключевым молекулярным
• механизмам, которые лежат в основе
• регуляции
• у эукариот именно количественных признаков.
152
Наследуемость: Коэффициент наследуемости
• «Это все гены виноваты».
• Аспектом, который сбивает с толку непосвщенных,
является концепция наследуемости.
• Например, наследуемость (h2) ожирения очень высока, о
чем свидетельствует высокая конкордантность среди
идентичных близнецов по сравнению с неидентичными
близнецами.
• Однако ожирение явно определяется прежде всего
средой, на что указывает его возрастающая
распространенность в богатых странах.
153
Слова, слова ... (терминология)
• «Неблагоприятная» аллель (гаплотип, генотип) –
слишком сильное выражение, которое может
водить в заблуждение (как авторов, так и
пользователей), создавать иллюзию того, что
действительно найдено что-то несомненно
плохое для здоровья человека.
• Лучше, наверное, более нейтральное слово
«предрасполагающая» аллель (Гинтер, 2003).
154
Слова, слова ... (терминология)
• БНП - Болезни с наследственной предрасположенностью
(Иванов и др.).
• БЭНП - болезни с элементами наследственной
предрасположенности.
• МФЗ – мультифакториальные (или мультифакторные,
или многофакторные?) заболевания.
• Наверное лучше называть их многопричинными – МПЗ.
• И их причинами являются как полигены, так и
многочисленные и неконтролируемые факторы среды
(понимаемой широко).
155
Настоятельно рекомендую
156
• Для выявления связи «генотип-болезнь» более
приемлемы когортные исследования. Они более
затратные, но более надежные, нежели сравнения по
схеме «случай-контроль».
• Результаты должны подтверждаться исследованиями 23-х последовательных поколений обследуемых
(Голубовский).
• Наличие или отсутствие заболевания не является
качественным признаком. На самом деле МПБ суть
количественные признаки (Plomin; Оловников – для
старения), и здесь Принцип неопределенности очевиден.
157
• Основными показателями степени риска возникновения МПБ у
носителя данного генотипа является соответствующая пост-тестовая
(предсказательная) вероятность PPV (positive predictive value), для
которой необходимо вычислять доверительные интервалы (ДИ)
(Zaykin et al.), а также NNG – количество подлежащих
генотипированию и экономическая эффективность.
• Такие исследования должны повторяться многократно и
независимо в нескольких лабораториях, подобно клиническим
испытаниям, а их результаты должны быть свободно доступны
согласно ГОСТР 52379-2005 (Надлежащая клиническая практика –
GCP).
158
Открой личико
• Katrina Kelner, Deputy Editor for Life Sciences,
Science
• Журнал “Science” принял такую политику в
отношении открытости данных:
• «После публикации, все данные, необходимые
для понимания, оценки и проверки выводов
статьи, должны быть доступны всем читателям
журнала».
159
ярлычки
• Слепую, фанатичную веру во всесилие генов,
Питер Медовар (Peter Medawer) назвал
«генетицизмом» (Medawar PB. The Future Of
Man. New York: Mentor Books; 1961).
• А Ричард Левонтин (Richard Lewontin) –
генетическим детерминизмом.
• Бездумное увлечение изучением ДНК Николай
Владимирович Тимофеев-Ресовский окрестил
«ДНК-канием».
160
Распространенное заблуждение
• P-значение не есть вероятность нулевой
гипотезы H0 !
• P-значение есть вероятность получить
наблюдаемое значение статистики критерия
(T) и все его остальные (ненаблюдаемые)
значениz, еще более экстремальные (или еще
менее вероятные)
• при условии,
• что справедлива нулевая гипотеза
• P{T|H0} ≠ P{H0|T }
161
Калибровка p-значения
•
•
•
•
Sellke T., Bayarri M.J., Berger J.O.
Calibration of p Values for Testing Precise Null Hypotheses
The American Statistician, Vol. 55, No. 1. (2001), pp. 62-71.
При
p 1 e


1
P H 0 D   1 

  e p ln p 
1
162
Цена Р-значения
Нижняя граница
для вероятности
нулевой гипотезы
P(Ho)
Верхняя граница
для вероятности
воспроизведения
Р-воспр.
0,05
> 30%
< 50%
0,01
> 10%
< 70%
0,001
> 2%
< 90%
Р-значение
163
Воспроизводимость доверительных интервалов и P-значений
***<
?
**
?
*
?
*
**
*
*
***<
***<
*
***<
?
?
-20
.001
.074
.798
.818
.006
.096
.011
.125
.905
.082
.020
.006
.127
.011
.025
.001
.001
.012
.001
.280
.620
.330
.076
.086
.109
mdiff
H0
-10
51
50
49
48
47
46
45
44
43
42
41
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
0
10
Difference in verbal ability
20
30
Successive experiments
Cumming, G. (2008). Replication and p intervals: p values predict the future only vaguely,
but confidence intervals do much better. Perspectives on Psychological Science, 3, 286-300.
Программа ESCI PPS p intervals http://www.latrobe.edu.au/psy/esci/
40
164
Диалог
• - Надо забыть о P < 0,05
(точнее о 0,001 < P < 0,05).
• - Тогда надо закрыть всю нашу науку.
• - Да, такую науку надо закрывать.
165