Клинический экзом что это
В отличие от других диагностических тестов, которые люди достаточно часто проводят на протяжении всей своей жизни, генетическое тестирование оказывает влияние как на пациента, так и на семью. Вот почему мы говорим с пациентом о различных типах наследования, поскольку результаты могут указывать на риск возникновения болезни и для других членов семьи. Мы также говорим о различных результатах, которые мы можем получить. Мы можем найти ответ; мы ничего не можем найти; и мы почти всегда находим варианты, которые недостаточно хорошо описаны, и мы не знаем, что они означают. (они называются «вариантами неизвестного значения»).
Уникальным для секвенирования целых экзомов является способность находить генетические варианты, которые связаны с будущим риском возникновения болезней, которые еще не известно сегодня пациенту. Они называются «вторичными» или «случайными выводами». К ним относятся риски наследственных онкологических синдромов и наследственные проблемы с сердцем, такие как гипертрофическая кардиомиопатия или наследственные проблемы с сердечным ритмом, такие как длинные периоды QT. Тестирование также может выявить, является ли человек носителем генетического заболевания, мы также предлагают информацию о метаболизме психофармакологических препаратов ( «фармакогеномика»).
Из-за получения большого объема информации, полученного в результате этого тестирования мы обсуждаем психосоциальные последствия этих результатов для пациентов и их семей, а также проблемы конфиденциальности и семейных отношений.
Уникальую последовательность целых экзомов при тестирование идеально проводится не только с пациентами, но и с образцами их родителей. Медицинская оценка позволяет полностью описать фенотип каждого пациента и историю семьи до начала тестирования. Мы объясняем, что результаты занимают много времени, часто от трех до четырех месяцев, и могут быть дорогими ( в США от 7 000 до 12 000 долларов).
Перед тестированием важно понять, каковы ожидания пациента? У каждого пациента могут быть разные надежды; поэтому мы спрашиваем каждого пациента: «Что вы надеетесь извлечь из этого теста?»
Большинство пациентов и семей надеются найти точный диагноз. До сих пор наш опыт заключался в том, что мы находим ответ примерно в 25-30% случаев, но это означает, что от 70% до 75% времени мы ничего не делаем. И вновь мы встречаемся с некоторыми неоднозначными результатами, которые мы еще не можем интерпретировать.
После того, как медицинская команда получает результаты из лаборатории, дополнительный обзор вариантов часто требует многопрофильной команды и большое количество часов работы. Итак, мы готовим пациента, что даже после того, как результаты получены, команде может потребоваться дополнительное время, чтобы проанализировать релевантность этих результатов.
Почти во всех случаях необходимо назначить повторную встречу с пациентом, чтобы просмотреть и обсудить все результаты с пациентом и семьей.
После постановки диагноза пациенты могут переживать широкий спектр эмоций, включая облегчение, шок и разочарование. Многие сразу начинают думать о будущем, что можно сделать дальше, как они будут сообщать о результатах генетического тестирования членам семьи. Если диагноз точно неопределен пациенты могут испытать разочарование и задаются вопросом, будем ли мы узнавать больше информации в будущем. Они могут спросить врача, является ли это состояние вообще генетическим, и должны ли они ожидать болезни у других детей, не зная, есть ли шанс, что это может повториться? Они также могут почувствовать облегчение, что ничего плохого не было обнаружено, что дает некоторое подтверждение того, что болезнь не является генетической. К сожалению, бывают случаи, когда у нас просто нет ответов на все вопросы пациентов.
Интерпретация результатов и передача результатов в семье занимают много времени и привлекает многодисциплинарную команду. И, наконец, мотивы и реакции наших пациентов уникальны и могут быть очень разными, отличаясь от наших собственных.
Новости
Секвенирование клинического экзома. Что такое клинический экзом?
Клинический экзом – это совокупность всех генов, кодирующих белок, клиническая значимость которых известна
Экзом – совокупность всех экзонов. Он составляет менее 2% от всего генома.
Клинический экзом – совокупность всех генов экзома, клиническая связь которых с заболеваниями научно доказана. Он составляет примерно четверть генов полного экзома, однако именно в нем располагаются около 85% всех известных медицине клинически значимых мутаций.
Секвенировние клинического экзома
Секвенировние клинического экзома является оптимальным исследованием при подозрении на наследственные заболевания с точки зрения соотношения вероятности нахождения клинически значимых мутаций и затрат на исследование. 85% всех известных клинически значимых мутаций содержится именно в нем.
Секвенирование – установление нуклеотидной последовательности ДНК, самый точный анализ наследственной информации на сегодняшний день. Генетическая структура ДНК определяет наличие генетических (наследственных) заболеваний. Доступно более 4800 генов.
Наследственные заболевания и секвенирование
Что позволяет заподозрить наличие наследственного патологии?
-Семейный характер заболевания
-Тяжелое хроническое прогредиентное рецидивирующее течение болезни
-Специфические симптомы (малые аномалии развития и врожденные пороки развития)
-Множественность поражения органов и систем организма
-Врожденный характер заболевания
-«Молодой» возраст начала заболевания, необычный характер течения
-Резистентность к наиболее распространенным методам терапии
-Наличие в анамнезе паталогически протекавших беременностей, в том числе самопроизвольное замирание беременности и выкидыши.
Наследственные заболевания являются актуальной проблемой современного здравоохранения. По данным ВОЗ оценочное число наследственных болезней может достигать 10000, а количество больных – 10% всего населения земного шара.
Первостепенная задача, стоящая перед лечащим врачом, состоит в исключении или подтверждении генетической природы заболевания, что позволяет определить тактику лечения, дать прогноз жизни и здоровья больному и его родственникам.
Постановка клинического диагноза редкого заболевания часто бывает затруднена, особенно у новорожденных. В таких случаях молекулярная диагностика имеет определяющее значение.
В зависимости от конкретной клинической задачи требуется исследование разных по размеру участков генома – от одного нуклеотида до всего генома.
В каких случаях необходимо секвенирование клинического экзома?
-При подозрении на генетическую патологию, для которой нет специализированных генетических тестов.
-В случае поиска мутации в генах, для которых нет специализированных генетических тестов.
-В случае необходимости комплексного генетического тестирования при подозрении на генетическую патологию.
-При неясной клинической картине заболевания в случае, когда точный выбор необходимых для анализа генов затруднен.
-При выяснении носительства моногенных заболеваний при планировании ребенка.
Кто наши пациенты?
-Дети, в том числе новорожденные, с неясной симптоматикой.
-Пациенты без выраженной симптоматики, в семье которых были или есть случаи генетических заболеваний, с целью оценки возможности развития наследственного заболевания у них.
-Пациенты с выраженной симптоматикой с целью подтверждения или исключения наследственной природы заболевания.
-Пациенты с выраженной симптоматикой с целью подтверждения или исключения наследственной природы заболевания в случае, если классические методы генетического тестирования не дали результатов
-Семейные пары, планирующие детей, с целью выявления у них носительства наследственных заболеваний, которые могут быть переданы по наследству.
-Пациенты, интересующиеся влиянием своих индивидуальных генетических особенностей на риск развития онкологических, сердечно-сосудистых, эндокринных и других заболеваний, с целью понимания оптимального для них образа жизни, питания, плана приема медикаментов, плана спортивных занятий.
Преимущества методики секвенирования
Секвенирование проводится один раз в жизни. Повторное исследование не требуется. При появлении в медицине новых данных о тех или иных генах, мутациях и заболеваниях достаточно вернуться к полученным единожды данным и проанализировать их с учетом новой информации.
При секвенировании пациент и врач получает всю необходимую информацию о структуре генов, что исключает необходимость дополнительного генетического тестирования и неопределенность при постановке диагноза.
ВАЖНО: 
По вопросам данных исследований обращайтесь по телефону : +7 (921) 947-65-38
С прайс-листом на все генетические анализы можно ознакомиться здесь
Адрес медико-генетического центра «Жизнь»:
Санкт-Петербург, Коломяжский пр., д. 28, кор. 2 (вход со двора)
Cеквенирование экзома
Метод секвенирования нового поколения (NGS), ограниченный областями генома, кодирующими белок. Охватывает 1% генома, но содержит около 85% вариантов нуклеотидной последовательности, вызывающих заболевания.
Технический обзор
Экзомное секвенирование — это целенаправленный метод секвенирования нового поколения (NGS), который ограничен областями генома, кодирующими белок. Экзом охватывает приблизительно 1% генома, но содержит около 85% вариантов нуклеотидной последовательности, вызывающих заболевания.
Биоинформатикам, пытающимся выявить среди множества находок гены, вовлеченные в более чем 6800 редких заболеваний, секвенирование экзома позволяет быстро и экономически эффективно идентифицировать однонуклеотидные полиморфизмы и инделы (небольшие инсерции и делеции).
1% генома охватывает экзом
85% вариантов нуклиотидной последовательности
6800 редких заболеваний
При диагнозе с клинической неоднородностью
Примеры: эпилепсия, эпилептические энцефалопатии, мышечные дистрофии/мышечные расстройства, атаксия, невропатии, кардиомиопатии, дисплазии соединительной ткани, иммунодефициты, глухота, слепота при исключении основных синдром-ассоциированных вариантов
С атипичными клиническими проявлениями или фенотипами. С клинической точки зрения трудно выделить конкретный ген или группу генов
Пример: Наследственные атаксии, атипичный паркинсонизм
При генетически гетерогенных состояниях, когда число вовлеченных генов в заболевание велико
Примеры: умственная отсталость и тяжелый иммунодефицит, аутизм
При отягощенной наследственности, когда другие генетические исследования не позволили установить диагноз
Пример: пациент с задержкой нервно-психического развития и аналогично пораженные брат и сестра, хромосомный микроматричный анализ отрицателен.
В ходе интерпретации данных полноэкзомного секвенирования можно найти различные варианты — известные патогенные или доброкачественные, с неизвестной клинической значимостью или редкие варианты, неописанные ранее. Для того, чтобы определить клиническую значимость и сопоставить найденный вариант с генетическим заболеванием, необходимо владеть как можно большим объемом клинической информации о пробанде и его ближайших родственниках. Сокрытие любой клинической информации, включая семейный анамнез пациента, может повлиять на результаты тестов и их интерпретацию. Отсутствие клинической информации может привести к исключению генетических вариантов, которые могут быть актуальны для пациента, а также к присвоению неверной клинической значимости выявленным вариантам.
Выделение ДНК → Подготовка ДНК библиотек → Обогащение регионов → Секвенирование → Биоинформатическая обработка данных
Включает анализ последовательности всего экзома пациента и родителей или других членов семьи.
Тройной подход в экзомном секвенировании улучшает диагностическую точность, облегчая анализ вариантов нуклеотидной последовательности и позволяя выявлять мутации de novo, которые лежат в основе многих заболеваний с ранней манифестацией и тяжелым течением.
«Клинический экзом»
Секвенирование экзонов только тех генов, мутации в которых, приводят к развитию известных заболеваний
На сегодня в базе OMIM описано более 4700 таких генов. Несмотря на то, что данная разновидность анализа дешевле, список генов постоянно подвергается обновлению, следовательно, он менее информативен.
Панельное секвенирование
Основывается на анализе группы генов, объединенных в мультигенные панели. Данный вид диагностики сфокусирован на конкретном синдромальном показании.
Случайные результаты при таком подходе маловероятны. Панели выходят из употребления по мере открытия новых генов, связанных с заболеванием или выявления атипичных симптомов, пересекающихся с показаниями к использованию той или иной панели.
По мере добавления данных требуется только переанализ, но не повторное секвенирование
При эпилепсии, врожденной мышечной дистрофии, деменции, пренатальном тестирование и экзомноем секвенировании новорожденных
Позволяет выявить как унаследованные, так и мутации de novo
Научное подтверждение
Диагностическая эффективность экзомного секвенирования
Эпилепсия является общим знаменателем гетерогенной группы эпилептических расстройств с различными причинами, в том числе генетическими, и симптомами.
Сложности в определении эпилепсий без диагностических гипотез с неспецифическими симптомами возникают довольно часто. Диагностическая эффективность секвенирования экзома у больных с эпилепсией по разным данным составляет от 34 до 49% (Tumienė, B., et al.,2018, Forman E.B., 2018, Helbig KL., et al., 2016) по сравнению с 8% при применении хромосомного микроматричного анализа (Кожанова Т.В., 2019). Секвенирование экзома в 1,9 раза более результативно, чем диагностический выход панели «Наследственные эпилепсии» (диагностическая эффективность 19,0%; Р=0.0018)(Costain G., 2019). Установление генетического диагноза может повлиять на выбор лечения, как было продемонстрировано у пациентов с нарушениями в генах SCN1A, SCN8A, SLC2A1 (Snoeijen-Schouwenaars, F. M., et al., 2018).
На сегодняшний день генетическое исследование при эпилепсии рекомендуется начинать с секвенирования нескольких генов и/или целевых панелей и, наконец, выполнять экзомное секвенирование в оставшихся недиагностированных случаях.
Врожденные мышечные дистрофии (ВМД) представляют собой гетерогенную группу расстройств, характеризующихся дебютом преимущественно в раннем детском или юношеском возрасте и наличием признаков дистрофии в первую очередь проксимальных мышц верхних и нижних конечностей. Частота генетической диагностики ВМД остается низкой и составляет примерно 24%. Семьи с с невыявленными патогенными вариантами ВМД сталкиваются с неопределенностью в отношении риска прогрессирования заболевания, а также передачи потомству и необходимостью непрерывного медицинского наблюдения. Диагностический коэффициент экзомной генетической диагностики пациентов с мышечной дистрофией, для которых прицельное секвенирование по Сэнгеру не позволило выявить генетическую причину нарушения, составил 40% для одиночных пробандов и от 34% до 60% для секвенирования «трио» (Ghaoui R., et al., 2015; Harris, E., et al., 2017).
Деменция является наиболее частым нейродегенеративным расстройством, затрагивающим от 1% до 3% населения во всем мире. Большая генетическая гетерогенность является сложной задачей для диагностики, поскольку фенотип у многих пациентов либо не является синдромальным, либо молекулярно-генетическая причина все еще неизвестна.
Экзомное секвенирование является золотым стандартом диагностики нейродегенеративных расстройств. По литературным данным, у пациентов, которым не удалось установить диагноз после панельного исследования, диагностическая эффективность экзомного секвенирования составила 22%- 27% (E Chérot, et al.,2018; Bojan Zalar, et al., 2018).
Приблизительно 2-4% беременностей осложняются значительными пороками развития плода. Стратегия пренатального тестирования и выбор тестов должны быть индивидуальны и соотнесены с результатами УЗИ и семейным анамнезом. Современные варианты включают: анализ кариотипа, флуоресцентную гибридизацию in situ (FISH) и хромосомный микроматричный анализ (ХМА) для анализа хромосомных аномалий.
Различные методы исследования кариотипа обеспечивают диагностическую эффективность около 35 % (Zhang S., 2017, Hillman S.C., 2013). Таким образом, при использовании этих методик более половины плодов со структурными аномалиями остаются без диагноза.
В двух недавних крупномасштабных исследованиях сообщалось о результатах экзомного секвенирования «трио», выполненных на плодах с пороками развития и нормальным кариотипом (Petrovski S., et al., 2019, Lord J., et al., 2019). Оба исследования показывают, что экзомное секвенирование увеличивает диагностический выход при исследовании плода с врожденными пороками развития примерно на 8-19% после кариотипирования и результатов ХМА, а частота обнаружения патогенных вариантов сильно коррелирует с количеством аномалий развития плода.
Экзомное секвенирование является фенотип-зависимым тестом, поэтому врач должен предоставить лаборатории адекватную информацию, необходимую для получения наиболее точной интерпретации результатов. Клиническая информация должна включать подробные отчеты о визуализации плода с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) и/или ультразвукового исследования плода, предварительные результаты комбинированного скрининга, этническая принадлежность, репродуктивный анамнез и семейный анамнез, включая кровное родство родителей.
Анализ «трио» предпочтительнее анализа только для плода или плода и одного родителя. Анализ трио имеет более высокие диагностические коэффициенты (на 20%) (Retterer K., 2016).
Если аномалии развития плода в значительной степени наводят на мысль о конкретном диагнозе, в качестве теста первой линии более подходящим является тестирование одного гена или фенотипическая панель генов. Пренатальное экзомное секвенирование может проводиться только при наличии клинически значимых показаний к такому исследованию. А при отсутствии таких показаний, интерпретация полученных данных невозможна.
По данным ВОЗ, 4-6% новорожденных в мире ежегодно появляются на свет с тяжелыми врожденными пороками развития. Врожденные пороки развития, по оценкам, присутствуют в 13% всех случаев поступления в отделения интенсивной терапии новорожденных в развитых странах (Widmann R., et al., 2017) и остаются ведущей причиной неонатальной смертности. Анализ литературы, показывает, что экзомное секвенирование имеет высокий диагностический выход (36-48%) при диагностике младенцев с врожденными пороками развития в очень тяжелом состоянии при отсутствии молекулярно-цитогенетических нарушений (Trujillano, D., et al.,2017, Meng L., et al., 2017, QI Zhi-Ye., et al.,2019).
Атипичная и ранее не описанная форма генетических расстройств, наблюдаемая у детей раннего возраста, бросает вызов традиционной парадигме многоуровневого генетического тестирования в отделениях интенсивной терапии. Таргетные панели являются разумными в большинстве случаях, но неудача или длительность при выявлении каузативных вариантов у тяжелобольных детей является существенной проблемой, которая может быть преодолена с помощью секвенирования экзома.
Наличие минимального количества клинической информации, то есть только одного единичного симптома, снижает специфичность результатов. Поскольку сложно выявить полную клиническую картину в первые дни жизни ребенка, рекомендуется делать «трио» анализ и только в тех случаях, когда стандартные методы диагностики, такие как анализ кариотипа, генные панели и ХМА нецелесообразны.
Экзомное секвенирование может обнаружить некоторые генетические изменения, которые не связаны с текущими признаками и симптомами пациента (вторичные находки). Тем не менее, эти выводы могут иметь важные последствия для здоровья пациентов и членов их семей.
Эти расстройства включают:
С другой стороны, некоторые виды генетических нарушений не имеют эффективного лечения и могут привести к смерти или пожизненной инвалидности. Вторичные находки могут быть включены в отчет пациента.
Вторичные находки могут не включаться в отчет, если вы сообщите нам, что не хотите быть о них проинформированы.
При интерпретации случайно найденных вариантов в генах, связанных с заболеваниями с неполной пенетрантностью и поздней манифестацией, сложно оценить риск для пациента. Так же, важно учитывать огромное количество вариантов, выявленных при секвенированнии экзома пациентов, определяя их приоритетность для последующего наблюдения.
При экзомном секвенировании «трио» могут быть выявлены: неродство родителя и ребенка, а также факт близкородственного брака. Пациент должен быть так же об этом проинформирован.
Cеквенирование нового поколения. Термин означает определение нуклеотидной последовательности (исследование первичной структуры) ДНК или РНК. Размер одного прочитанного фрагмента варьирует от 25 до 500 пар оснований..
Вид генетического полиморфизма, к которому относят различия индивидуальных геномов по числу копий хромосомных сегментов размером от 1 тыс. до нескольких млн. пар оснований.
Потеря участка последовательности ДНК азотистых оснований и выпадение соответствующих нуклеотидов.
Набор ДНК-фрагментов, подвергающихся секвенированию. Эти ДНК-фрагменты фланкированы идентичными ДНК-адаптерами– специальными последовательностями, необходимыми для одновременного секвенирования множества различных фрагментов ДНК.
Изменение в последовательности ДНК, когда происходит вставка последовательности ДНК. Минимальный размер такой вставки составляет один нуклеотид
Впервые возникшее изменение в последовательности ДНК, возникшее в половых клетках (гонадах) или при оплодотворении, в отличие от унаследованного.
Определение всей последовательности ДНК, включая некодирующие участки. По этому параметру отличается от сиквенса экзома.
[2] Widmann R, Caduff R, Giudici L, et al. Value of postmortem studies in deceased neonatal and pediatric intensive care unit patients. Virchows Arch. 2017;470(2):217-223.
[3] Costain G, Cordeiro D, Matviychuk D, Mercimek-Andrews S., Clinical Application of Targeted Next-Generation Sequencing Panels and Whole Exome Sequencing in Childhood Epilepsy. Neuroscience. 2019 Oct 15;418:291-310
[4] E Chérot, B Keren, C Dubourg, W Carré, M Fradin, et al.. Using medical exome sequencing to identify the causes of neurodevelopmental disorders: Experience of 2 clinical units and 216 patients. Clinical Genetics, Wiley, 2018, 93 (3), pp.567-576.
[5] Forman EB, Gorman KM, Conroy J, et alCost of exome sequencing in epileptic encephalopathy: is it ‘worth it’?Archives of Disease in Childhood 2018
[7] Harris, E., Topf, A., Barresi, R. et al. Exome sequences versus sequential gene testing in the UK highly specialised Service for Limb Girdle Muscular Dystrophy. Orphanet J Rare Dis 12, 151 (2017).
[8] Helbig KL, Farwell Hagman KD, Shinde DN, et al. Diagnostic exome sequencing provides a molecular diagnosis for a significant proportion of patients with epilepsy. Genet Med 2016;18:898-905.
[9] Hillman SC, McMullan DJ, Hall G, et al. Use of prenatal chromosomal microarray: prospective cohort study and systematic review and meta-analysis. Ultrasound Obstet Gynecol. 2013;41:610–620.
[10] Lord J, McMullan DJ, Eberhardt RY, et al. Prenatal exome sequencing analysis in fetal structural anomalies detected by ultrasonography (PAGE): a cohort study. Lancet. 2019;393:747–757.
[11] Meng L, Pammi M, Saronwala A, et al. Use of Exome Sequencing for Infants in Intensive Care Units: Ascertainment of Severe Single-Gene Disorders and Effect on Medical Management. JAMA Pediatr. 2017
[12] Petrovski S, Aggarwal V, Giordano JL, et al. Whole-exome sequencing in the evaluation of fetal structural anomalies: a prospective cohort study. Lancet. 2019;393:758–767.
[13] Retterer K, Juusola J, Cho MT, et al. Clinical application of whole-exome sequencing across clinical indications. Genet Med. 2016;18:696–704.
[14] Snoeijen-Schouwenaars, F. M., van Ool, J. S., Verhoeven, J. S., van Mierlo, P., Braakman, H. M. H., Smeets, E. E., … Willemsen, M. H. (2018). Diagnostic exome sequencing in 100 consecutive patients with both epilepsy and intellectual disability. Epilepsia.
[15] Trujillano, D., Bertoli-Avella, A., Kumar Kandaswamy, K. et al. Clinical exome sequencing: results from 2819 samples reflecting 1000 families. Eur J Hum Genet 25, 176-182 (2017)
[16] Tumienė, B., Maver, A., Writzl, K., Hodžić, A., Čuturilo, G., Kuzmanić-Šamija, R., (2018). Diagnostic exome sequencing of syndromic epilepsy patients in clinical practice. Clinical Genetics, 93(5), 1057–1062.
[17] QI Zhi-Ye, DUAN Jiang,HE Xiang-Ying et al. Clinical application of whole exome sequencing in monogenic hereditary disorders in critically ill newborns[J]. CJCP, 2019, 21(7): 640-643.
[18] Zhang S, Lei C, Wu J, et al. A retrospective study of cytogenetic results from amniotic fluid in 5328 fetuses with abnormal obstetric sonographic findings. J Ultrasound Med. 2017;36:1809–1817.