Ancestral genomic submicroscopic inversions of human genome and their relation with multifactorial human diseases

Abstract

Significant advances were performed in mapping and characterizing different types of structural variation in the human genome such as point mutations, insertions, deletions, etc. Nevertheless, there is still an important genetic component in multifactorial diseases that it is still unknown. Inversions are chromosome mutations in which a given loci change its orientation respect to a reference and present a balanced genetic material (neutral copy number). Our group developed tools in order to infer some variants of ancestral submicroscopic inversions (0.5 Mb – 5Mb) using computational methods with SNP arrays, and documented that inversions correlates with genetic expression. Recent studies shows that, some inversions, regarding to be neutral in copy-number, could affect to the expression of certain genes. Therefore, It is thought that submicroscopic inversions could have a contributive effect in certain diseases, there are not properly studied. Our target was try to determine the contribution of those inversions, with the phenotype of four complex disease models: Autism Spectrum Disorders (ASD), Schizophrenia Spectrum Disorders (SSD), Rheumatoid Arthritis (RA) and Ulcerative Colitis (UC), in available datasets (~27,000 samples). Our results have determined that: • The inversions 17q21.31 and 8p23 are related to ASD and SSD risk. Concretely, 17q21.31 are associated with multiplex ASD families (OR=1.20 p-value 9.52e-05). Meanwhile the inverted allel (17q), gives SSD risk (OR=0.86 p-value 0.007). • We better characterize 15q24 inversion found three putative inversion-induced haplotypes (NI, Ia and Ib). Homozygous for NI correlated with over-expression of MAN2C1 over many brain areas, where Ib homozygosity was highly under-expressed. • RA and UC, we found runs of homozygosity regions (RA OR=9.32 95%CI [2.66-63.45]) and 3p24.3 (UC OR=7.77 95% CI [2.08-54.56]). Additionally, we found haplotypes that could be inversions that are already associate to them, but we are pending to further validations.

S'han realitzat grans avenços en caracterització dels diferents tipus de variació en el genoma humà, com ara mutacions puntuals, insercions, delecions, etc., però encara existeix un component genètic de les malalties, determinada per l'heretabilitat, que és desconeguda. Les Inversions són mutacions cromosòmiques en què un fragment de cromosoma canvia la seva orientació respecte a la de referència i són difícils de genotipar per ser neutres en nombre de còpies. El nostre grup ha desenvolupat una eina per inferir algunes variants d’inversions submicroscòpiques ancestrals (0.5MB - 5MB) per mètodes computacionals utilitzant microarrays d’SNPs, i ha documentat que es correlacionen amb expressió gènica. El nostre objectiu ha estat intentar determinar la contribució de les inversions cromosòmiques al fenotip en quatre models de malalties complexa: autisme, esquizofrènia, artritis reumàtica i colitis ulcerosa. Realitzat estudis de cas control i de segregació en trios, els nostres resultats han determinat que: • Les inversions 17q21.31 i 8p23 s’associen a risc d’autisme i esquizofrènia. Concretament, la 17q21.31, s’associa especialment amb aquells individus provinents de famílies multiplex (OR=1.20 p-value 9.52e-05). Per altra banda, l’al•lel contrari (17q) confereix risc d’esquizofrènia (OR=0.86 p-value 0.007). • Hem caracteritzat tres haplotips relacionat amb la inversió de la regió 15q24 (NI, Ia i Ib) que segueixen un patró d'herència Mendeliana amb una alta frequència en Europeus (NI=20%, Ia=50%, Ib=30%). L'homozigositat per l'al•lel no invertit correlaciona amb la sobre-expressió de MAN2C1 en varies àrees del cervell (mentres que l'al•lel Ib està sota expresat). • Pel que fa a l’artritis reumàtica (RA) i la colitis ulcerosa (UC), hem trobat unes regions d’homozigositat 4q32 (RA OR=9.32 95%CI [2.66-63.45]) i 3p24.3 (UC OR=7.77 95% CI [2.08-54.56]) . Addicionalment, també hem trobat uns haplotips que podien ser inversions que també hi estarien associats però estan pendents de validacions addicionals.