1

Variación genética en el genoma

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

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

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

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

Genoma

humano

vs

Genomas

humanos

¿A quién representa el genoma humano?

2

G

C

Variación genética humana

Polimorfismo

vs

mutación

Variación genética

3

Especiación

Aislamiento

reproductor

Árbol de la vida

4

Frecuencia

Alélica

Tiempo

1

0

gen.4Nt 1

1/

Naturaleza de los SNPs:

Teoría neutralista de la evolución molecular

El polimorfismo es un estado transitorio

en el proceso de fijación de alelos

neutros

Motoo Kimura

Teoría neutralista de la evolución molecular

5

SNPs

Naturaleza y Clasificación

Single Nucleotide Polymorphism (SNP)

•Cambio de un nucleótido

•Transversión-Transición | Indel

•Cambio dos o pocos nucleótidos o indels – >

Simple Nucleotide Polymorhism

•SNP codificante

•Sinónimo

•No sinónimo o remplazamiento

•SNP no codificante

Variación heredable del genoma humano

SNPs

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

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

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

Single Nucleotide

Polymorphism

SNPs

6

Variación heredable

del genoma humano

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

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

SNPs

Variación fenotípica

Variación genética humana

Fenotipo = Genética + Ambiente

7

Base genética de la

individualidad humanaA 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

Información disponible

Se han posicionado en el GH más de 11

millones de SNP

~50% de las diferencias en DNA son

debidas a uno o pocos nucleótidos

En promedio dos personas difieren en 3

millones de nucleótidos

Interés

Contribución de los genes a enfermedades comunes como el cáncer, la

diabetis o la enfermedad mental

Significado de la variabilidad genética humana

SNPsSingle Nucleotide Polymorphism

Variación genética humana

Niveles de descripción de la variación genética en el genoma

SNPs BRCA2

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

one-dimensional: SNP

multi-dimensional: Haplotype

8

SNPs

HLA

Distribución heterocigosidad Cromosoma 6

(2001 Nature 409: 928-941)

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 G G T T C T G C G C GA G G G T T A T G C G C G

A G A G T T C T G C T C GA 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 GA G A G T T C T G C T C G

A G G G T T A T G C G C GA G G G T T A T G C G C GA 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

SNPs

9

Desequilibrio de ligamiento (D’ Lewontin)

B1 B2 Total

A1 p11 = p1q1 + D p12 = p1q2 - D p1

A2 p21 = p2q1 - D p22 = p2q2 + D p2

Total q1 q2 1

D’ = D / Dmax

SNPs

DAB = pAB - pApB

rAB = D2/ (pA(1-pA) pB(1-pB))

SNPs

Desequilibrio de ligamiento

B1 B2 Total

A1 9 1 10

A2 2 4 6

Total 11 5 16

D = 0,5625 – 0,625 x 0,6875 = 0,1328

p1^ = n1. /2n = 10 / 16 = 0,625

q1= n.1 /2n = 11 / 16 = 0,6875^

10

Recombinación y

Desequilibrio de

ligamiento

Estructura multidimensional de la variabilidad genética en el

genoma humano

SNPs

DAB (t + 1) = (1 – c) DAB (t )

Desequilibrio de ligamiento

Distribución del DL a lo largo del gen de la lipasa lipotroteína humana

(LPL). 66 SNPs en apr. 10 kb de 142 cromosomas

Bloques de

ligamiento o

Tag SNPs

SNPs

11

Estructura multidimensional de los Haplotipos

The empirical

space:

Data

desideratum

SNPs

Human genetic diversity database

SNP1 SNP2 SNP3

Secuence

individual 1

Secuence

individual 2

...

...

A/A

A/C

G/C

C/C

G/T

T/T

Disequilibrium

among SNPs

Estimation of frequencies

12

5q31 Región asociada a enfermedad de Crohn

Análisis estructura haplotípica 500 kb

de 103 SNPs comunes (>5%)

Bloque 1

76% GGACAACC

18% AATTCGGG

Bloque 1

76% GGACAACTC

15% AATTCGGTG

3% AATTCGGCG

Tag SNP

5q31

•65-85 % del genoma humano puede

estar organizado en bloques

•Unos pocos SNPs en un organismo

marcan un haplotipo.

•Con sólo estudiar 300000-600000 tag

SNPs de los 10 millones de SNPs

basta para identificar eficientemente los

haplotipos del genoma humano.

Análisis estructura haplotípica 500 kb

de 103 SNPs comunes (>5%)

13

Estructura de la variación genética

5q31

Tamaño 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)

Estudio de 929 bloques

haplotípicos de África, Asia y

Europa

14

•Dos partes de genoma

humano

•Recombinación

•No recombinación

•Cada genoma individual es

un mosaico de bloques

haplotípicos, que explica un

30% de la variabilidad total

•El individuo, más que las

poblaciones, deber ser el

foco de los estudios de

variación genética

Linkage Disequilibrium

Linkage blocks

Recombination

Hotspot

Associated Sites

TagSNPs

15

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

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

16

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

1. 270 muestras de DNA diferentes

grupos étnicosAfricano (YRI)

Asiático (CHO y JPT)

Europeo (CEU)

2. >1.000.000 SNPs espaciados 5 kb y

comunes (Minor Freq Allele, MFA >

0,05)

3. Estructura haplotípica

El catálogo haplotipos para cada bloque constituye

-> el mapa haplotípico del genoma humano

SNPs

Fase I

1. 270 muestras de DNA diferentes

grupos étnicosAfricano (YRI)

Asiático (CHO y JPT)

Europeo (CEU)

2. >3.100.000 SNPs

3. Estructura haplotípica

El catálogo haplotipos para cada bloque constituye

-> el mapa haplotípico del genoma humano

El proyecto HapMap: catálogo de la

variación haplotípica humana

Fase II

17

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

1. Disponer datos genotípicos diferentes grupos

étnicos

2. Selección TagSNPs estudio asociación ->

Potencial para Whole Genome Association

studies

3. Evaluación significación estadística e

interpretación resultados

4. Estudio de los alelos menos comunes

5. Estudio variación estructural

6. Farmacogenómica

Aplicaciones biomédicas

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

18

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

Bases de datos de variación genética

Online Mendelian

Inheritance in Man

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/que

ry.fcgi?db=OMIMCatalog of human genetic

and genomic disorders

International HapMap

Project

http://www.hapmap.org

Personalized

Genomes: J. Watson’s

genome

http://jimwatsonsequence.cshl.edu/cgi-

perl/gbrowse/jwsequence/

Entrez dbSNP http://www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/S

NP/

Database of Genotype

and Phenotype

http://view.ncbi.nlm.nih.gov/dbgap

MamPol

DPDB

http://mampol.uab.cat

http://dpdb.uab.cat

Human Genome

Variation Database

http://hgvbase.cgb.ki.se/

19

La edad de

oro del estudio de la variacióngenética

Human genetic & phenotypic diversity database

SNP1 SNP2 SNP3

Secuence

individual 1

Secuence

individual 2

...

...

A/A

A/C

G/C

C/C

G/T

T/T

...

Disease

1

Healthy

Phenotype

Estimation phenotypic effect

Association studies:

Phenotpyic effect of SNPs

Genotype

...

Trait i

x2

x1

Cervical

Cancer

20

BioBanks: Studies of cohorts at a great scale

•deCODE (Islandia)

•Estonia

•Germany

•Canada

•Japan

•China

USA

Variabilitat genètica, CNV

Grandes regiones del genoma presentan diferentes nº de copias y éstas son polimórficas entre individuos. Dos individuos pueden diferir en 6Mb o más debido a CNVs

CNVsCopy Number Variations