Czy w niedalekiej przyszłości sekwencjonowanie całego genomu da możliwość szybkiego wykrywanie wielu chorób rzadkich?

Pytanie nadesłane do Redakcji

Czy wobec coraz niższej ceny oraz coraz lepszej wydajności oprogramowania i sprzętu analitycznego (analiza dużych baz danych), sekwencjonowanie całego genomu nie stanie się panaceum na szybkie wykrywanie wielu chorób rzadkich, o których normalnie nikt by nie myślał w diagnostyce różnicowej?

Odpowiedź

Ogólnie można na to pytanie odpowiedzieć twierdząco. Jednak czym innym jest wykonanie takiego badania ze wskazań medycznych, a czym innym komercyjnego testu diagnostycznego wykonywanego na życzenie pacjentów (DTC) z czystej ciekawości.

W ciągu ostatnich 10 lat liczba tzw. chorób rzadkich, w których określono etiologię genetyczną (znaleziono konkretny gen) po zastosowaniu sekwencjonowania następnej generacji (NGS) zwiększyła się prawie 2,5-krotnie. Zatem tendencja w genetyce klinicznej do wykonywania takich badań będzie coraz większa. Dotychczas, aby ustalić rozpoznanie wielu chorób, badania genetyczne prowadzono krok po kroku, zaczynając od kariotypu, a następnie rozszerzając je na inne swoiste metody. Po sprawdzeniu wielu genów pod kątem występowania patogennych mutacji często nie udawało się ustalić rozpoznania i diagnostyka się kończyła. Aktualnie, dysponując technikami NGS (sekwencjonowanie eksomowe [WES] oraz całogenomowe [WGS]), można łatwiej i szybciej zidentyfikować warianty genetyczne odpowiadające za wystąpienie danej choroby.

Preferowane obecnie podejście do diagnostyki chorób dziedzicznych polega na tzw. fenotypowaniu odwrotnym (reverse phenotyping). Sprowadza się ono do identyfikacji genotypu (genotype first), a następnie oceny prawdopodobieństwa, że konkretny wariant determinuje fenotyp pacjenta. Od kilku lat różne instytucje prowadzą bazę chorób rzadkich, testując pacjentów z nierozpoznanymi jednostkami chorobowymi i starając się ustalić związek przyczynowy między mutacją czy wariantem genetycznym a występowaniem określonego fenotypu. Przeciętnie taki efekt jest jeszcze umiarkowany. Badania, którymi objęto duże kohorty dzieci z chorobami rzadkimi, wykazały, że w 25–27% przypadków udaje się to rozpoznanie potwierdzić. Diagnostyka prowadzona jest trzytorowo:

• jedno podejście polega na badaniu sekwencji kodujących wszystkich eksonów około 23 000 genów (WES) lub całego genomu (eksonów i intronów – WGS);

• drugi kierunek polega na badaniu panelu genów związanych z chorobami o podobnych lub „nakładających” się fenotypach – na przykład u pacjenta z podejrzeniem choroby z kręgu chorób neurogenetycznych czy pierwotnych niedoborów odporności można wybrać panel genów celowany właśnie na tę grupę chorób. Badanie WES obejmuje tylko około 1% genomu, zatem w porównaniu z WGS jest szybsze i tańsze. Wykrywa zmiany lub warianty tylko w sekwencjach kodujących translację białek, nie dostarcza jednak informacji odnośnie do pozostałej części genomu, w obrębie którego znajdują się sekwencje regulujące ekspresję genów. Takie dane można natomiast uzyskać po wykonaniu WGS. Panele genowe są najszybszym sposobem identyfikacji mutacji/wariantów genetycznych (SNV), umożliwiając wielokrotne (>100 x) „pokrycie” (odczytanie) analizowanych sekwencji, co skutkuje mniejszą liczbą wyników fałszywie dodatnich/ujemnych, większą szansą identyfikacji znaczących dla fenotypu zmian, a także mozaikowości somatycznej.

• trzecie podejście to badanie rodzinne trójek (ang. trio) – rodzice i dziecko albo rodzice i dwoje dzieci, z których jedno jest chore, a drugie zdrowe. Tego typu badania są niezwykle przydatne i swoiste, ponieważ pozwalają z jednej strony określić, czy dana mutacja lub wariant rzeczywiście może odpowiadać za fenotyp, który stwierdzamy w tej rodzinie, a z drugiej pozwalają określić model dziedziczenia, ponieważ można przeprowadzić analizę segregacji.

Na pewno NGS ma dużą przyszłość, szczególnie w odniesieniu do chorób, w których odyseja diagnostyczna trwała latami, a i tak nie zawsze pozwalała ustalić rozpoznanie. W licznych opracowaniach wykazano, że stosowanie NGS (WES, WGS) w grupie krytycznie chorych noworodków przebywających na oddziałach intesywnej terapii prowadziło do szybkiej (w czasie godzin) identyfikacji genetycznych przyczyn stanu dziecka (w jednej z publikacji w 57%, w porównaniu z 9% przy tradycyjnej diagnostyce) i niejednokrotnie umożliwiło zmianę leczenia, przy okazji eliminując niepotrzebną i obciążającą dalszą diagnostykę oraz znacząco zmniejszając koszt hospitalizacji.

Piśmiennictwo

1. Ceyhan-Birsoy O., Murry J.B., Machini K. i wsp.: Interpretation of genomic sequencing results in healthy and Ill newborns: results from the BabySeq Project. Am. J. Hum. Genet., 2019; 104: 76–93
2. Berg J.S., Agrawal P.B., Bailey D.B. Jr i wsp.: Newborn sequencing in ggenomic medicine and public health. Pediatrics. 2017; 139 (2): e20162252
3. Fernandez-Marmiesse A., Gouveia S., Couce M.L.: NGS technologies as a turning point in rare disease research, ddiagnosis and treatment. Curr. Med. Chem., 2018; 25 (3): 404–432
4. Hill M., Hammond J., Lewis C. i wsp.: Delivering genome sequencing for rapid genetic diagnosis in critically ill children: parent and professional views, experiences and challenges. Eur. J. Hum. Genet., 2020; 28: 1529–1540
5. Kingsmore S.F., Cakici J.A., Clark M.M. i wsp.: A rrandomized, controlled trial of the analytic and diagnostic performance of ssingleton and ttrio, rrapid ggenome and exome ssequencing in Ill infants. Am. J. Hum. Genet., 2019; 105: 719–733