АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Материалы и методы. Выборки населения и отбор участников

Выборки населения и отбор участников

Выборки населения проводились в США (Стейт Колледж, штат Пенсильвания, Уильямспорт, штат Пенсильвания, и Бронкс, Нью-Йорк); Бразилиа, Бразилия; и Кабо-Верде (Сан-Висенте, и Сантьяго), согласно исследовательскому протоколу, утвержденному Независимым комитетом по этике (IRB) Университета штата Пенсильвания, под названием "Генетика пигментации, родословной и черт лица человека." Пигментацию кожи измеряли с использованием узкополосной рефлектометрии с DermaSpectrometer (Cortrex Technology, Хадсунн, Дания) в Соединенных Штатах и Бразилии и DSMII (Cortrex Technology, Хадсунн, Дания) в Кабо-Верде. DermaSpectrometer показания были пересчитаны в масштабе DSMII с помощью умножением на 1,19, наклон получен из сравнения показаний с обоих приборов на той же выборке участников (данные не представлены). Информация о росте, весе, возрасте, происхождении и поле была собрана путем опроса. ДНК собирали как щеткой с внутренней поверхности щеки, так и используя ланцеты для сбора крови и FTA карты с четырьмя кружками (Whatman, Флора Парк, Нью-Джерси). Чтобы свести к минимуму возрастное изменение лицевой морфологии, мы набрали участников в возрасте от 18 до 40 лет. Из этих добровольцев мы выбрали людей с долей >10% западноафриканского происхождения и <15% с сочетанием коренного американского и восточно-азиатского происхождения, что было измерено с помощью 176 информативных маркеров этно-популяционного происхождения (AIM). Это было необходимо для того, чтобы уменьшить примесь от других родительских популяций, кроме западноафриканской и европейской. Эти критерии исключения не применялись к родительским популяциям в Кабо-Верде, где учитывалась, в основном, дигибридная природа этой популяции. Наконец, мы исключили участников, 3D изображения чьих лиц ограничивали волосы на лице и голове. После отбора участников по этим критериям, осталось 592 участников (154 из США, 191 из Бразилии, и 247 из Кабо-Верде).

SNP‑генотипирование и оценка происхождения генома

Генотипирование 176 AIM для выборок из США и Бразилии проводилось на системе генотипирования ультра-высокой пропускной способности 25 К SNPstream (Beckman Coulter, Фуллертон, Калифорния), как описано ранее [11]. Этно-популяционное происхождение было определено с помощью различных панелей AIM по одному из двух способов. Определение с помощью полного набора из 176 AIM проводилось на подвыборках из США и Бразилии с использованием метода максимального правдоподобия на модели, в которой учитывалось четыре популяции; европейская, западно-африканская, коренная американская и восточно-азиатская [11]. Определение этно-популяционного происхождения с 68 AIM проводилось на полных выборках (США, Бразилии и Кабо-Верде) с использованием ADMIXMAP в той степени, в которой эти маркеры были доступны у всех 592 участников. Один маркер (rs917502) из первоначальных 176 имел долю выявленных генотипов (call rate) менее 30% и не была включен в ADMIXMAP-анализ.

Образец Кабо-Верде анализировали c помощью Illumina Infinium HD Human1M-Duo Beadarray (Illumina, Сан-Диего, штат Калифорния) в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя. В общей сложности 537 895 аутосомных однонуклеотидных замен, прошедших контроль качества, были использованы для оценки этно-популяционного происхождения с помощью программы FRAPPE[26], учитывая две предковые популяции (Западно-африканская и европейская). Данные по генотипам HapMap, в том числе 60 не связанных между собой европейских американцев (CEU) и 60 не связанных между собой представителей западно-африканской популяции (YRI), были включены в анализ в качестве референсных панелей (фаза 2, выпуск 22, The HapMap Project; [27]). Мы определили список генов-кандидатов (selection-nominated candidate genes) для анализа нормального диапазона изменчивости лица у добровольцев смешанного европейского и западноафриканского происхождения. Информация по этно-популяционному происхождению и анализы ускоренной эволюции [28] были использованы для определения первостепенных генов среди широкого набора черепно-лицевых генов. Так как большинство геномных участков показывает низкие уровни изменения частоты аллелей в человеческих популяциях, гены, оказывающие влияние на черты, которые отличаются между различными группами населения, как правило, показывают большие различия в частоте и других особенностях локальной изменчивости; спектр частот аллелей спектров соответствует быстрым темпам локальной эволюции. Предварительный набор черепно-лицевых генов-кандидатов был создан с помощью поискав базе данных в Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) [24].

Был проведен поиск по ключевым словам "черепно-лицевой» и «лицевой», чтобы определить набор известных генов, влияющих на черепно-лицевое развития. Данные OMIM для найденного каждого гена были проверены вручную для того, чтобы убрать из рассмотрения гены, которые вывелись в поиске по таким результатам, как "не найдено черепно-лицевых ассоциаций" и другим. С помощью поиска в OMIM был создан перечень 199 уникальных черепно-лицевых генов-кандидатов. Так как эта работа фокусировалась на смешанных популяциях западно-африканского и европейского происхождения, статистическая мощность обнаружения связи с черепно-лицевой изменчивостью наиболее высока для однонуклеотидных замен, показывающих большие различия частот аллелей между западно-африканской и европейской родительских популяций. Таким образом, различия в частоте аллелей между родительскими группами позволили установить наиболее приоритетные гены-кандидаты. Данные о частоте однонуклеотидного полиморфизма в предполагаемой родительской популяции (CEPH Europeans (КЕС) и Yoruban (YRI) West Africans) для всех однонуклеотидных замен в 199 генах-кандидатах в OMIM были получены из базы данных HapMap. Это привело к снижению подмножества генов, которые были затем проверены на наличие сигнатур не нейтральной эволюции на участке в 200 kb, окружающем каждый ген, с использованием комбинации трех статистических методов: специфичный к локусам метод ветвей (Locus-Specific Branch Length, LSBL) [29], логарифм доли гетерозиготности (lnRH) [30], и тест D Тадзимы (Tajima's D) [31]. Так как по этим тестам определяются различные аспекты истории популяции, мы рассматривали важным любой ген со статистическими доказательствами отбора по всем трем тестам или при убедительных доказательствах отсутствия нейтральной эволюции для генов-кандидатов (selection-nominated candidate genes) по двум тестам как в западно-африканской, так и в европейской родительской популяции. Следует отметить, что эти шаги были предприняты, чтобы увеличить вероятность, что функциональный однонуклеотидный полиморфизм будет доступен для тестирования способности методов, вроде BRIM, моделировать отдельные эффекты генов на лице человека. В этом анализе мы не утверждаем, что черепно-лицевые гены в целом или их подмножество в частности подвергались более чем среднему уровню не-нейтральной эволюции, или что эти гены на самом деле обладают генетической изменчивостью, которое влияет на нормальный диапазон изменения лица в этой выборке. В общей сложности, было, таким образом, выбрано 50 аутосомных генов СКИ, LMNA, SIL1, EDN1, RSPO2, TRPS1, POLR1D, MAP2K1, ADAMTS10, TBX1, PEX14, HSPG2, CAV3, CTNND2, TFAP2A, PEX6, PEX3, Meox2, Reln, ROR2, NEBL, CHUK, FGFR2, WT1, PEX16, BMP4, FANCA, RAI1, FOXA2, ЕЭК1, DPYD, ZEB2, SATB2, FGFR3, NIPBL, NSD1, ENPP1, GLI3, COL1A2, BRAF, ASPH, FREM2, SNRPN, FBN1, MAP2K2, RPS19, Dnmt3b, GDF5 и UFD1L) и набор однонуклеотидных замен с высокой частотой изменчивости аллелей (дельта> 0,4) в этих 50 черепно-лицевых генов-кандидатов в целях анализа ассоциаций с изменчивостью формы лица.

3D-изображение лиц и фенотипирование

Анализ главных компонент (PCA) [9] на наложенных и симметризованных конфигурациях квази-ориентиров у 592 участников сгененрировал 44 главные компоненты, которые вместе представляют 98% общей изменчивости лицевого пространства. Чтобы проверить эффект исключения главных компонент с незначительными параметрами, мы сперва реконструировали конфигурацию квази-ориентиров только из 44 главных компонент и сравнили их с первоначальным картированным лицом. Мы обнаружили, что среднее квадратическое отклонение (СКО), приходящееся на один квази-ориентир, составляло 0,2 мм. Локализованные различия между первоначальными лицами и лицами, представленными 44 главными компонентами, заметны вокруг радужной оболочки, век, под носом, уголках рта и составляют не более 0,45 мм. С помощью теплокарт и преобразования формы можно показать, как главные компоненты или любые другие независимые переменные влияют на лицо: теплокарты используют контрастные цвета, чтобы выделить определенные части лица, на которые оказывается влияние, в то время как преобразования формы иллюстрируют изменения в общей форме лица с помощью двух или большего числа изображений лиц в определенные промежутки времени. Преобразование формы выводится из среднего лица и стандартного отклонения (квадратный корень собственного значения) каждой главной компоненты от -3 до 3. На рис.2 показано, как первые 10 главных компонент влияют на лицо. Некоторые из этих компонент (например, PC1, PC2, PC3) оказывают влияние на многие части лица, в то время как для других компонент (например, PC4, PC5) характерен эффект только на отдельные части лица. Эффект каждой из 44 главных компонент, а также RIP-переменных могут быть визуализирован с помощью программного инструмента GUI, который мы написали под названием DNA2FACEIN3D.EXE. Руководство программы и обучение можно скачать здесь: http://tinyurl.com/DNA2FACEIN3D.

Оценка наблюдателей и анкетирование

Мы использовали три метода визуализации и количественной оценки изменчивости лиц, чтобы систематически отразить эффект независимых переменных, полученных методом подстановок зависимых переменных (RIP), оказываемых на лицо в виде анатомически интерпретируемых результатов. Они основаны на сравнении лиц попарно, например, сравнивая наиболее женственное и наиболее маскулинное лицо, преобразованное по показателям RIP-S переменных с использованием трех основных значений: отношение площади, нормальное смещение и отношение кривизны. Эти два отношения и одно смещение, а также конкретные расстояния и углы между ориентирами можно назвать «параметрами изменения формы лица (FSCPs), и они являются средством перевода изменения формы лица от абстрактного лицевого пространства на язык лицевых характеристик, такие, что сравнение между клиническими или антропологических описаний лицах можно сравнить с результатами бутстрэппированного моделирования с подстановкой зависиимых переменных (BRIM). Статистическую значимость этих FSCPs можно оценить с помощью перестановки. Более подробное описание того, как это делается, доступно в дополнительном онлайн-материале.

Показатели наблюдения и ранжирования

Пол и происхождение

Учитывая хорошие способности людей распознавать многочисленные черты, особенности и выражения лиц, то разумно ожидать, что наблюдатель обеспечит полезную точку отсчета для изучения генетики черт лица. Мы обратились к оценкам и суждениям наблюдателей о поле и этно-популяционном происхождении, чтобы проверить информативность RIP-А и RIP-S.

Отбор.

В общей сложности лица 500 участников были отобраны и разделены на двадцать пять панелей по двадцать лиц, каждая панель включала лица участников исследования по всему диапазону уровней этно-популяционного происхождения геномов и равные числа мужских и женских лиц. Мы использовали gif-анимацию в серых условных цветах, чтобы значения этно-популяционного происхождения и определение пола рейтинги и суждения основывались на форме лица, а не по коже, радужной оболочке, пигментации или текстуре волос. Порядок анимации был рандомизирован.

Использование инструментов.

Мы использовали инструменты, содержащие анимированные, условно-цветные gif-изображения, и проводили анкетирование с использованием Survey Monkey (SurveyMonkey.com ООО; Palo Alto, CA). Четыре вопроса анкеты было предложено для каждого из 20 наблюдателей:

"Какая доля (от 0% до 100%) родословной этого человека, приходится на западно-африканское происхождение?" (оценка от 0 до 100.)

Какая одна категориальная группа лучше всего описывает этого человека? (оценка: коренной африканец, афро-американец, белый, европеец или американо-европеец, или смешанный)

Этот человек мужчина или женщина? (оценка: «мужчина» или «женщина»)

"Насколько, как вам кажется, женственно лицо этого человека?" (Оценка по 7-балльной шкале Лайкерта в диапазоне от 1 "очень женственное" до 7 "чрезвычайно маскулинное».)

Наблюдатели были рандомизированы по 20 панелям через ссылку на главную страницу сайта факультета антропологии. Наблюдатели были набраны из студентов, обучающихся в Penn State University. Из 1156 участников, 938 (81,1%) завершили обзоры. Число наблюдателей для 20 альтернативных опросов ранжировалось в диапазоне от 27 до 70 со средним значением 47. Наблюдатели, которые закончили менее половины опроса, а также те трое, чьи расхождения насчитывали более чем три стандартных отклонения от среднего, были исключены из анализа. Наблюдатели не были обучены и не были знакомы с участниками исследования, чьи лица они должны были оценивать.

Дата добавления: 2014-12-11 | Просмотры: 648 | Нарушение авторских прав