Personal Genomes and Social/Ethical/ Legal Issues 02-223 - PowerPoint PPT Presentation

Personal Genomes and Social/Ethical/ Legal Issues 02-­‑223 ¡Personalized ¡Medicine: ¡ Understanding ¡Your ¡Own ¡Genome ¡ Fall ¡2014 ¡

Declining Cost of Genome Sequencing • The ¡genome ¡sequencing ¡is ¡expected ¡to ¡happen ¡rouEnely ¡in ¡ the ¡near ¡future ¡ ¡

Schadt, ¡MSB, ¡2012 ¡ The ¡era ¡of ¡big ¡data : ¡the ¡genome ¡data ¡are ¡already ¡being ¡collected ¡in ¡a ¡ large ¡scale ¡and ¡being ¡mined ¡for ¡ scien1fic ¡discovery ¡ to ¡drive ¡more ¡ accurate ¡descripEve ¡and ¡predicEve ¡models ¡that ¡inform ¡decision ¡ making ¡for ¡the ¡best ¡diagnosis ¡and ¡treatment ¡choice ¡for ¡a ¡given ¡paEent. ¡ ¡

Personal Genomes and Social/Ethical/ Legal Issues • How ¡can ¡we ¡balance ¡the ¡need ¡for ¡scienEfic ¡research ¡and ¡the ¡ need ¡to ¡protect ¡individuals? ¡

Privacy and Big Data Mining • A ¡Face ¡Is ¡Exposed ¡for ¡AOL ¡Searcher ¡No. ¡4417749 ¡ – Search ¡keywords ¡lead ¡to ¡idenEficaEon ¡of ¡the ¡individual, ¡Thelma ¡ Arnold, ¡a ¡62-­‑year-­‑old ¡widow ¡who ¡lives ¡in ¡Lilburn, ¡Ga. ¡ • Numb ¡fingers ¡ • 60 ¡single ¡men ¡ • Dog ¡that ¡urinates ¡on ¡everything ¡ • homes ¡sold ¡in ¡shadow ¡lake ¡subdivision ¡gwinne[ ¡county ¡georgia. ¡ h[p://www.nyEmes.com/2006/08/09/technology/09aol.html?_r=0 ¡

Privacy and Big Data Mining • Credit ¡cards ¡and ¡privacy? ¡ • Social ¡network ¡service ¡(and ¡other ¡internet ¡service) ¡and ¡ privacy? ¡ • Genomes ¡and ¡privacy? ¡

PERSONAL GENOMES AND PRIVACY

Would ¡you ¡post ¡your ¡genome ¡on ¡the ¡web? ¡

Privacy and Watson’s Genome • Watson’s ¡genome ¡available ¡except ¡for ¡ApoE ¡gene ¡status ¡ – ApoE ¡gene ¡sequence ¡is ¡a ¡strong ¡predictor ¡of ¡late ¡onset ¡Alzheimer’s ¡ disease ¡ – Watson ¡did ¡not ¡want ¡to ¡know ¡the ¡sequence ¡ApoE ¡gene ¡

Genomes and Privacy • DNA ¡sequence ¡data ¡contain ¡informaEon ¡that ¡can ¡be ¡used ¡to ¡ uniquely ¡idenEfy ¡an ¡individual ¡(i.e., ¡genome ¡sequences ¡are ¡ like ¡fingerprints) ¡ • Balancing ¡the ¡need ¡for ¡scienEfic ¡study ¡and ¡privacy ¡

Genomes and Privacy • Privacy ¡concerns ¡ – Genome ¡sequence ¡data ¡and ¡other ¡related ¡types ¡of ¡data ¡(gene ¡ expressions, ¡clinical ¡records, ¡epigeneEc ¡data, ¡etc.) ¡are ¡collected ¡for ¡a ¡ large ¡number ¡of ¡paEents ¡for ¡medical ¡research ¡ – Most ¡types ¡of ¡data ¡are ¡freely ¡available ¡through ¡internet ¡ except ¡for ¡ genotype ¡data ¡ ¡ • NCBI ¡GEO ¡database ¡for ¡gene ¡expression ¡data ¡ – Genotype ¡data ¡are ¡available ¡to ¡scienEsts ¡through ¡restricted ¡access ¡ (NIH ¡dbGAP) ¡

The Cancer Genome Atlas (TCGA) Data

Access Control for TCGA Data • Open ¡access ¡data ¡Eer ¡ – De-­‑idenEfied ¡clinical ¡and ¡demographic ¡data ¡ – Gene ¡expression ¡data ¡ – Copy-­‑number ¡alteraEons ¡in ¡regions ¡of ¡the ¡genome ¡ – EpigeneEc ¡data ¡ – Summaries ¡of ¡data, ¡such ¡as ¡genotype ¡frequencies, ¡compiled ¡across ¡ individuals ¡ • Controlled-­‑access ¡data ¡Eer ¡ – Individual ¡germline ¡variant ¡data ¡ – DNA ¡sequence ¡data ¡ – One ¡should ¡apply ¡for ¡an ¡access ¡to ¡the ¡data ¡through ¡NIH ¡(database ¡of ¡ genotypes ¡and ¡phenotypes) ¡

Genomes and Privacy • How ¡much ¡should ¡we ¡be ¡concerned ¡about ¡the ¡privacy ¡issues ¡ regarding ¡personal ¡genome ¡data? ¡ • Non-­‑geneEc ¡data ¡can ¡be ¡used ¡to ¡predict ¡the ¡genotypes ¡of ¡ individuals ¡ (Bayesian ¡method ¡to ¡predict ¡individual ¡SNP ¡genotypes ¡from ¡gene ¡ expression ¡data, ¡Schadt ¡et ¡al. ¡Nature ¡GeneEcs, ¡2012) ¡ – Uses ¡gene ¡expressions ¡as ¡non-­‑geneEc ¡data ¡and ¡predicts ¡the ¡genotypes ¡ based ¡on ¡the ¡gene ¡expressions ¡

Predicting Genotypes with Non-Genetic Data (Schadt et al., 2012) • Study ¡design ¡ – Learn ¡a ¡predicEve ¡model ¡for ¡predicEng ¡genotypes ¡given ¡gene ¡ expression ¡data ¡from ¡training ¡set ¡ – Use ¡the ¡learned ¡predicEve ¡model ¡to ¡test ¡whether ¡genotype ¡can ¡be ¡ predicted ¡correctly ¡given ¡gene ¡expression ¡from ¡test ¡set ¡

Predicting Genotypes with Non-Genetic Data (Schadt et al., 2012) • Two ¡datasets ¡from ¡non-­‑overlapping ¡groups ¡of ¡individuals ¡ – the ¡human ¡liver ¡cohort ¡(HLC): ¡liver ¡gene ¡expression ¡and ¡genotype ¡data ¡ for ¡378 ¡European-­‑ ¡American ¡individuals ¡ ¡ – Roux-­‑en-­‑Y ¡gastric ¡bypass ¡cohort ¡(RYGB): ¡genotype ¡data ¡and ¡expression ¡ data ¡for ¡liver ¡and ¡adipose ¡Essue ¡from ¡580 ¡European-­‑American ¡subjects ¡ undergoing ¡Roux-­‑en-­‑Y ¡gastric ¡bypass ¡(RYGB) ¡ • Learn ¡model ¡from ¡HLC ¡data ¡(training ¡set) ¡and ¡predict ¡RYGB ¡ genotypes ¡given ¡RYGB ¡expressions ¡(test ¡set) ¡

Predicting Genotypes from Gene Expressions Leh ¡semicircle: ¡observed ¡ • genotypes ¡ Right ¡semicircle: ¡predicted ¡ • genotype ¡ Blue ¡line: ¡correctly ¡ • matched ¡individuals ¡ • White ¡line: ¡incorrectly ¡ matched ¡individuals ¡

Predicting Genotypes from Gene Expressions • Leh ¡semicircle: ¡observed ¡ genotypes ¡ Right ¡semicircle: ¡predicted ¡ • genotype ¡ Blue ¡line: ¡correctly ¡matched ¡ • individuals ¡ White ¡line: ¡incorrectly ¡ • matched ¡individuals ¡ • Overall, ¡we ¡can ¡ resolve ¡99% ¡ ¡ ¡of ¡the ¡ idenEEes ¡of ¡ individuals ¡

Privacy and Watson’s Genome • Watson’s ¡genome ¡available ¡except ¡for ¡ApoE ¡gene ¡status ¡ – ApoE ¡gene ¡and ¡late ¡onset ¡Alzheimer’s ¡disease ¡ • GeneEc ¡informaEon ¡is ¡hard ¡to ¡hide. ¡Why? ¡ – Linkage ¡disequilibrium! ¡ On ¡Jim ¡Watson's ¡APOE ¡status: ¡geneEc ¡informaEon ¡is ¡hard ¡to ¡hide ¡ Eur ¡J ¡Hum ¡Genet. ¡Feb ¡2009; ¡17(2): ¡147–149 ¡

Personal Genome Project (www.personalgenomes.org) • Volunteers ¡from ¡the ¡general ¡public ¡ working ¡together ¡with ¡researchers ¡to ¡ advance ¡personal ¡genomics ¡ • Aims ¡to ¡sequence ¡genomes ¡of ¡100,000 ¡ individuals ¡from ¡the ¡general ¡public ¡ • Volunteers ¡should ¡be ¡willing ¡to ¡make ¡their ¡ geneEc ¡and ¡trait ¡informaEon ¡publicly ¡ available ¡ ¡

PROTECTING RESEARCH PARTICIPANTS

Informed Consent for Scientific Research • Standard ¡pracEce ¡for ¡enrolling ¡human ¡subjects ¡in ¡a ¡research ¡ study ¡ ¡ – fully ¡informing ¡potenEal ¡parEcipants ¡on ¡all ¡aspects ¡of ¡a ¡study ¡including ¡ the ¡aims ¡of ¡the ¡study, ¡risks, ¡benefits, ¡costs, ¡and ¡protecEon ¡of ¡personal ¡ privacy ¡ – The ¡origins ¡of ¡modern ¡day ¡informed ¡consent ¡for ¡medical ¡research ¡can ¡ be ¡traced ¡to ¡the ¡Nuremberg ¡Code ¡in ¡1947 ¡in ¡an ¡effort ¡to ¡protect ¡ parEcipants ¡in ¡research ¡studies ¡(Homan, ¡1991). ¡ ¡

Nuremberg Code • Research ¡ethics ¡principles ¡for ¡human ¡experimentaEon ¡ ¡ • Established ¡aher ¡the ¡Nuremberg ¡Trials ¡at ¡the ¡end ¡of ¡the ¡ Second ¡World ¡War ¡ h[p://www.hhs.gov/ohrp/archive/nurcode.html ¡