GWAS

[GWAS 논문] https://www.nature.com/articles/s43586-021-00056-9
위의 논문 중 일부분 정리

GWAS

개개인의 Genetic varient 의 allel frequency 비교하여 표현형과 유전자형 사이의 관계를 알아냄.
일반적으로 개개인의 여러 SNP를 분석한다. (한사람당 몇만~ 의 SNP에 대한 정보를 가지고 있음)
전체의 서열을 분석하는 Whole genome sequencing과 구분.

Overview of steps for conducting GWAS.

1. Data processing

input file

• 익명화된 개인 ID
• 가족관계
• 성별
• Phenotype 정보
• Covariate (공변량) : 잡음인자와 보고자 하는 독립변수가 공유하는 변량
• Genotype call : 각 개체의 유전자형 결정

Quality control

• rare, monomorphic 한 varient 제거
• Hardy - Weinberg equilibrium 안맞는 varient 제거
• missing SNP 제거
• Genotype 오류 확인, 제거
• Phenotype 확인

QC 까지 마치면 phasing 과 imputation 진행

Phasing

paternal or maternal 확인

Imputation

direct 하게 보지 못한 유전자형에 대한 통계적 추론

• haplotype 이용 : 1000 Genome project 혹은 TopMed 이용
  *연관에 의해 같이 유전되는 SNP 집합 패턴

• GWAS consotia : 정기적으로 QC, Imputation 수행, 서버에 업로드됨
  https://imputationserver.sph.umich.edu/index.html#!
  https://imputation.biodatacatalyst.nhlbi.nih.gov/#!

2. Association 수행

Biometrical model기반
Phenotype : binary 또는 Continous
age, sex, ancestry 같은 공변량 확인

- Linear regression for GWAS

${\boldsymbol{Y}}\sim {\boldsymbol{W}}{\boldsymbol{\alpha }}+{{\boldsymbol{X}}}_{s}{{\boldsymbol{\beta }}}_{s}+g+e$
$g\sim N(0,{\sigma }_{{\rm{A}}}^{2}{\boldsymbol{\psi }})$
$e\sim N(0,{\sigma }_{e}^{2}{\boldsymbol{I}})$

3. False Positive 확인

Gene - phenotype 연관성 분석
False positive : 관련 없는데 있다고 판단
공통적인 유전자 변이가 아닌 associated 변이만 찾기

• Bonferroni testing threshold
  P < 5 × 10–8 (representing a false discovery rate of 0.05/106)

population 따라 고려. 크기 클수록 엄격
highly polygenic 할 경우 associated gene 무시될 가능성 고려

4. Result

GWAS 결과 -> p values with phenotype

사용 전 추가 분석 필요

• LD (Linkage Disequilibrium)

• statistic fine-mapping
  LD로 인해 non-causal varient 가 연관되어 있을 수 있음.

  • Fine mapping
    GWAS로 확인한 유전자 위치 내에서 Phenotype과 관련있을 집합의 우선순위 결정하도록 설계
    1. Conditional Association Analysis
    2. Baysian Model
    
    

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PLINK

• QC, Association 수행하는 tool kit
  .vcf 변환 등.

• ped , map 파일을 이용하며 유저가 많을 경우 binary 파일로 변환하여 사용
  -> bim, fam, bed file이 생성됨

• 여러 유저의 GWAS 정보를 기반으로 연관 분석 등을 수행하는 tool일 뿐...

.bim

Chromosome	Varient identifier (Marker ID)	Position in morgans or centimorgan	Position (bp)	Allel 1 (usually minor)	Allel 2 (usually Major)
1	rs2821050	3.7593	3497109	T	C

.fam

Family ID	User ID	Paternal ID	Maternal ID	Sex code	Phenotype
1	022_S_4320	0	0	1 : Male 2 : Female	1: Control 2: Case -9/0/non : Missing

.bed

SNP, 환자 정보 들어있는 binary 파일. 대량 정보 저장- 열 수 X

Method

.fam에 phenotype 넣어서 분석.
binary 혹은 continous 값 대입.