Twin studie

power twin návrhů vyplývá ze skutečnosti, že dvojčata mohou být monozygotní (jednovaječná (MZ): vývoj z jediného oplodněného vajíčka, a tudíž sdílení všechny jejich alely), nebo dizygotní (DZ: vývoj z dvou oplodněných vajíček, a tudíž sdílení v průměru 50% jejich polymorfní alely, na stejné úrovni genetické podobnosti, jak bylo zjištěno v non-dvojče sourozence). Tyto známé rozdíly v genetické podobnosti, spolu s ověřitelný předpoklad rovného prostředí pro jednovaječných a dvojvaječných dvojčat vytváří základ pro twin design pro zkoumání vlivů genetických a environmentálních rozptyl na fenotyp.

základní logiku studie dvojčat lze chápat s velmi malou matematikou mimo pochopení pojmů rozptylu a odtud odvozené korelace.

Klasické dvojče methodEdit

stejně Jako všechny chování genetického výzkumu, klasický dvoulůžkový studie začíná od posouzení rozptylu chování (tzv. fenotyp genetiky) ve velké skupině, a pokouší se odhadnout, jak moc je to z důvodu:

• genetické vlivy (dědičnost);
• sdílené prostředí – události, které se dějí, aby obě dvojčata, které se jich týkají stejným způsobem;
• nesdílené, nebo unikátní, nebo nonshared prostředí – události, které se vyskytují na jedno dvojče, ale druhé ne, nebo události, které mají vliv buď dvojče jinak.

tyto tři složky se obvykle nazývají a (aditivní genetika) C (společné prostředí) a E (jedinečné prostředí); odtud zkratka ACE. Je také možné zkoumat neaditivní genetické účinky (často označované D pro dominanci (model ADE); viz níže pro složitější návrhy dvojčat).

MODEL ACE udává, jaký podíl rozptylu ve znaku je dědičný, versus poměr způsobený sdíleným prostředím nebo nesdíleným prostředím. Výzkum se provádí pomocí programů SEM, jako je OpenMx, nicméně základní logika designu twin je stejná, jak je popsáno níže:

monozygotní (identická – MZ) dvojčata vychovaná v rodině sdílejí jak 100% svých genů, tak celé sdílené prostředí. Jakékoli rozdíly mezi nimi vzniklé za těchto okolností jsou náhodné (jedinečné). Korelace mezi identickými dvojčaty poskytuje odhad A + C. Dizygotických (DZ) dvojčata také sdílet C, ale podíl v průměru 50% svých genů: takže korelace mezi bratrských dvojčat je přímý odhad ½A+C. Pokud r je korelace, pak rmz a rdz jsou prostě korelace znaku v identických a bratrských dvojčat, resp. Pro každou konkrétní vlastnost, pak:

rmz = A + C rdz = ½A + C

a je tedy dvojnásobným rozdílem mezi identickými a bratrskými dvojčaty: aditivní genetický efekt (Falconerův vzorec). C je jednoduše MZ korelace mínus tento odhad a. náhodný (jedinečný) faktor E je 1-rmz: tj. (Jinks & Fulker, 1970; Plomin, DeFries, McClearn, & McGuffin, 2001).

Opět platí, že rozdíl mezi těmito dvěma součty nám pak umožňuje řešit pro A, C A E. Jako rozdíl mezi identické a bratrské korelace je způsobeno výhradně na polovinu genetické podobnosti, aditivní genetický efekt “ A “ je prostě dvojnásobek rozdílu mezi identické a bratrské korelace:

= 2 (rmz − rdz)

Jako identické korelace odráží plný účinek a, C, E lze odhadnout odečtením této korelace od 1

E = 1 − rmz

a Konečně, C mohou být odvozeny:

C = rmz −

Moderní modelingEdit

Začátek v roce 1970, výzkum přešli k modelování genetické, vlivy na životní prostředí pomocí metody maximální věrohodnosti (Martin & Okapy, 1977). Při výpočetně mnohem složitější, tento přístup má řadu výhod, které je činí téměř univerzální v současném výzkumu.

příklad strukturální model (pro dědičnost výšky mezi dánských mužů) je uvedeno:

: ACE model ukazuje raw (non-standardizovaný) rozptyl koeficientů

B: ACE model ukazuje standardizovaný rozptyl koeficientů

Model vlevo ukazuje syrové rozptyl na výšku. To je užitečné, protože zachovává absolutní účinky genů a prostředí, a vyjadřuje je v přirozených jednotkách,jako je změna výšky mm. Někdy je užitečné standardizovat parametry, takže každý je vyjádřen jako procento z celkového rozptylu. Protože máme rozkladu rozptylu do, C, a E, celkový rozptyl, je prostě A + C + E. pak můžeme rozsahu, jednotlivé parametry jako podíl z této částky, tj. Standardizované–A = A/(A + C + E). Dědičnost je standardizovaný genetický efekt.

Model comparisonEdit

hlavní výhodou modelování je možnost jednoznačně porovnat modely: Spíše než jednoduše vrací hodnotu pro každou složku, modelář může vypočítat intervaly spolehlivosti na parametrech, ale, v zásadě, můžete odstranit a přidat cesty a testování účinku pomocí statistik jako AIC. Například pro testování předpokládaných účinků rodiny nebo sdíleného prostředí na chování lze model AE objektivně porovnat s úplným modelem ACE. Můžeme se například zeptat výše uvedeného obrázku na výšku: může být C (sdílené prostředí) upuštěno bez významné ztráty fit? Alternativně lze pro každou cestu vypočítat intervaly spolehlivosti.

Multi-skupiny a vícerozměrné modelingEdit

Vícerozměrné modelování může dát odpovědi na otázky o genetickém vztahu mezi proměnnými, které se objevují nezávislé. Například: sdílejí IQ a dlouhodobou paměť geny? Sdílejí environmentální příčiny? Mezi další výhody patří schopnost vypořádat se s interval, práh, a spojitých dat, zachování plné informací z dat s chybějícími hodnotami, integrace latentní modelování s naměřenými proměnnými, které měří prostředí, nebo nyní, měřeno molekulární genetické markery, jako jsou Snp. Kromě toho se modely vyhýbají problémům s omezením v metodě hrubé korelace: všechny parametry budou ležet, jak by měly, mezi 0-1 (standardizované).

multivariační a vícečetné vlnové studie s měřeným prostředím a opakovanými měřeními potenciálně kauzálního chování jsou nyní normou. Příklady těchto modelů zahrnují rozšířené dvojité vzory, simplex modely, a modely růstové křivky.

SEM programy jako OpenMx a další aplikace hodí k omezení a více skupin provedli nové techniky přístupné přiměřeně kvalifikovaných uživatelů.

modelování prostředí: MZ nesouhlasný designsEdit

Jako MZ dvojčata sdílejí oba jejich geny a jejich rodiny-úroveň faktory životního prostředí, rozdíly mezi MZ dvojčaty odrážet E: unikátní prostředí. Výzkumní pracovníci mohou používat tyto informace pro pochopení prostředí, v silné způsoby, což umožňuje epidemiologické testy kauzality, které jsou jinak obvykle ovlivněna faktory, jako je gen-prostředí kovariance, reverzní příčinných souvislostí a matoucí.

příklad pozitivního MZ nesouhlasného efektu je uveden níže vlevo. Dvojče, které skóre vyšší na trait 1 také skóre vyšší na trait 2. To je kompatibilní s „dávkou“ znaku 1 způsobující zvýšení znaku 2. Samozřejmě, rys 2 může také ovlivnit rys 1. Rozložení těchto dvou možností vyžaduje jiný design(viz příklad níže). Nulový výsledek je neslučitelný s kauzální hypotézou.

zobrazení MZ-nesoulad údajů

MZ nesouhlasný test hypotézu, že cvičení chrání proti depresi

Vezměte si například, v případě pozorována souvislost mezi depresí a cvičení (Viz Obrázek výše vpravo). Lidé, kteří jsou depresivní, také hlásí malou fyzickou aktivitu. Dalo by se předpokládat, že se jedná o příčinnou souvislost: že „dávkování“ pacientů cvičením by zvýšilo jejich náladu a chránilo před depresí. Následující obrázek ukazuje, jaké empirické testy této hypotézy byly nalezeny: nulový výsledek.

Podélné nesoulad vzory

jak je vidět na následujícím obrázku, tento návrh může být rozšířen na více měření, s následným nárůstem druhů informací, které se člověk může naučit. Tomu se říká model s křížovým zpožděním (více znaků měřených více než jednou).

V podélném nesoulad model, rozdíly mezi jednovaječná dvojčata mohou být použity, aby se v úvahu vztahy mezi rozdíly vlastností v čase (cesta), a pak zkoumat odlišné hypotézy, že přírůstky v trait1 řídit následnou změnu zvláštnost, že v budoucnosti (trasy B a E), nebo, a to je nejdůležitější, v další vlastnosti (cesty C & D). V příkladu lze testovat hypotézu, že pozorovaná korelace, kde depresivní osoby často také vykonávají méně než průměr, je kauzální. Pokud cvičení chrání před depresí, pak by cesta D měla být významná, s dvojčaty, která cvičí více a v důsledku toho vykazuje méně deprese.

AssumptionsEdit

z výše uvedeného modelování lze vidět, že hlavním předpokladem studie dvojčat je předpoklad rovných prostředí, známý také jako předpoklad rovných prostředí. Tento předpoklad byl přímo testován. Zvláštní případ nastává, když rodiče věří, že jejich dvojčata nejsou identická, i když jsou ve skutečnosti geneticky identická. Studie řady psychologických rysů naznačují, že tyto děti zůstávají stejně shodné jako dvojčata MZ vychovávaná rodiči, kteří s nimi zacházeli jako s identickými.

Molekulárně genetické metody pro odhad dědivosti mají tendenci produkovat nižší odhady než klasické dvě studie, které poskytují důkazy o tom, že stejné prostředí nanebevzetí classic twin design nemusí být zvuk. Studie z roku 2016 zjistila, že předpoklad, že prenatální prostředí dvojčat bylo stejné, byl do značné míry udržitelný. Vědci nadále debatují o tom, zda je předpoklad rovného prostředí platný.

Měří podobnost: přímý test předpokladů v twin designsEdit

mimořádně silná technika pro testování twin metoda byla uvádí Visscher et al. Namísto použití dvojčata, tato skupina využil skutečnosti, že zatímco sourozenci na průměrný podíl 50% svých genů, skutečné gen-sdílení pro jednotlivé sourozenecké páry se pohybuje kolem této hodnoty, v podstatě vytváří kontinuum genetické podobnosti nebo „twinness“ v rámci rodiny. Odhady dědičnosti založené na přímých odhadech sdílení genů potvrzují odhady z metody twin a poskytují podporu předpokladům metody.

rozdíly Pohlavíeditovat

genetické faktory se mohou mezi pohlavími lišit, a to jak v genové expresi, tak v rozsahu interakcí genu × prostředí. Bratrský opak sex dvojče jsou neocenitelné při vysvětlování těchto účinků.

v extrémním případě může být gen exprimován pouze u jednoho pohlaví (kvalitativní omezení pohlaví). Častěji mohou účinky genových alel záviset na pohlaví jedince. Gen může způsobit změnu hmotnosti 100 g u mužů, ale možná 150 g u žen-kvantitativní genový efekt. Takové účinky mohou mít vliv na schopnost genů se vyjádřit a mohou to dělat prostřednictvím pohlavních rozdílů. Například geny ovlivňující volební chování by neměly žádný účinek u žen, pokud by byly ženy vyloučeny z hlasování. Obecněji, logika testování rozdílů mezi pohlavími se může rozšířit na jakoukoli definovanou podskupinu jednotlivců. V takových případech, korelace pro dvojčata DZ stejného a opačného pohlaví se bude lišit, zradit účinek rozdílu pohlaví.

z tohoto důvodu je normální rozlišovat tři typy bratrských dvojčat. Standardní analytický pracovní postup by zahrnoval testování sex-omezení montáží modelů do pěti skupin, identický muž, identická žena, bratrský muž, bratrská žena, a bratrský opak sex. Modelování dvojčat tedy přesahuje korelaci k testování kauzálních modelů zahrnujících potenciální kauzální proměnné, jako je sex.

interakce genu × prostředí

účinky genu mohou být často závislé na prostředí. Takové interakce jsou známé jako interakce G×E, ve kterých se účinky genové alely liší v různých prostředích. Jednoduché příklady by zahrnovaly situace, kdy Gen znásobuje účinek prostředí: možná přidání 1 palce na výšku v prostředí s vysokými živinami, ale pouze půl palce na výšku v prostředí s nízkými živinami. To je vidět na různých svazích reakce na prostředí pro různé genotypy.

vědci se často zajímají o změny dědičnosti za různých podmínek: V prostředích, kde alely mohou řídit velké fenotypové účinky (jak je uvedeno výše), se relativní role genů zvýší, což odpovídá vyšší dědičnosti v těchto prostředích.

druhým efektem je korelace G × E, ve které určité alely mají tendenci doprovázet určitá prostředí. Pokud gen způsobí rodiče, aby si čtení, pak děti zdědí tuto alelu jsou pravděpodobně vychován v domácnosti s knihami v důsledku GE korelace: jeden nebo oba rodiče, má alely, a proto bude hromadit sbírku knih a předat na knihu-čtení alelu. Tyto účinky lze testovat měřením údajného environmentálního korelátu (v tomto případě knih v domácnosti) přímo.

často se role životního prostředí jeví jako maximální velmi brzy v životě a po zahájení povinné školní docházky rychle klesá. To je pozorováno například při čtenístejně jako inteligence. Toto je příklad efektu věku G*a umožňuje zkoumání obou korelací GE v důsledku rodičovského prostředí (ty jsou rozděleny s časem) a korelací G*E způsobených jednotlivci, kteří aktivně hledají určitá prostředí.

normy reakceedit

studie na rostlinách nebo v chovu zvířat umožňují měřit účinky experimentálně randomizovaných genotypů a kombinací prostředí. Naproti tomu lidské studie jsou obvykle pozorovací. To může naznačovat, že normy reakce nelze vyhodnotit.

stejně Jako v dalších oborech jako jsou ekonomie a epidemiologie, několik návrhů byly vyvinuty s cílem zhodnotit schopnost používat diferenciální genové sdílení, opakované expozice, a měří expozici prostředí (např. děti, sociální status, chaos v rodině, dostupnost a kvalita vzdělávání, výživa, toxiny atd.) bojovat proti tomuto zmatení příčin. Neodmyslitelnou přitažlivostí klasického designu dvojčat je to, že tyto záměny začíná rozmotávat. Například v identických a bratrských dvojčat sdílené prostředí a genetické účinky nejsou zahanbeni, jak jsou v non-twin familiární studie. Studie dvojčat jsou tedy částečně motivovány pokusem využít náhodný sortiment genů mezi členy rodiny, aby pomohly porozumět těmto korelacím.

Zatímco dvojče studie nám říká pouze to, jak geny a rodiny ovlivňují chování v rámci sledovaných škálu prostředí, a s upozorněním, že často genů a prostředí bude covary, to je značný pokrok oproti alternativě, která je bez znalosti rozdílných role genů a prostředí vůbec. Studie dvojčat se proto často používají jako metoda kontroly alespoň jedné části tohoto pozorovaného rozptylu: Dělení, například, co by dříve byli předpokládá, že rodinné prostředí do sdílené prostředí a aditivní genetiky pomocí experimentu plně a částečně sdílené genomů u dvojčat.

žádný návrh nemůže vyřešit všechny problémy. Další informace jsou k dispozici mimo klasický design twin. Návrhy adopcí jsou formou přirozeného experimentu, který testuje normy reakce umístěním stejného genotypu do různých prostředí. Asociační studie například umožňují přímé studium alelických účinků. Mendelovské randomizace alel také poskytuje příležitosti studovat účinky alel náhodně s ohledem na jejich související prostředí a jiných genů.

rozšířené vzory dvojčat a složitější genetické modelyEditovat

základní nebo klasický design dvojčat obsahuje pouze identická a bratrská dvojčata vychovaná v jejich biologické rodině. To představuje pouze podsoubor možných genetických a environmentálních vztahů. Je tedy spravedlivé říci, že odhady dědičnosti z twin designs představují první krok k pochopení genetiky chování.

rozptyl rozdělení twin studovat na aditivní genetické, sdílené a nesdílené prostředí je prvním krokem ke kompletní analýze, která bere v úvahu gen-prostředí kovariance a interakce, stejně jako jiné non-aditivní účinky na chování. Revoluce v molekulární genetice poskytla účinnější nástroje pro popis genomu a mnoho vědců sleduje molekulární genetiku, aby přímo posoudila vliv alel a prostředí na vlastnosti.

počátečním omezením návrhu dvojčat je to, že neumožňuje zvážit současně sdílené prostředí i neaditivní genetické účinky. Tento limit lze řešit zahrnutím dalších sourozenců do návrhu.

druhým omezením je, že korelace mezi genem a prostředím není detekovatelná jako zřetelný účinek. Řešení tohoto limitu vyžaduje začlenění modelů adopce, nebo návrhy dětí dvojčat, posoudit rodinné vlivy nesouvisející se sdílenými genetickými účinky.

Spojité proměnné a ordinální variablesEdit

Zatímco srovnávací studie porovnat vlastnosti buď přítomen, nebo nepřítomen v každé dvojče, související studie porovnat dohody v neustále se měnících vlastností, přes dvojčata.