HC7. Genomics in de moderne Geneeskunde

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college worden verschillende ontwikkelingen op het gebied van genetische testen besproken
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • De ontwikkeling van de Moon analyse op basis van artificiële intelligentie
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen met betrekking tot het tentamen gedaan
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Preventieve genetische testen

Een genoomanalyse heeft als grootste doel om van reactieve naar preventieve geneesmiddelen te gaan: er wordt voorkomen dat een aandoening zich manifesteert en tot uiting komt. 

Overzicht van genetische testen gedurende de levensloop:

• Voor de geboorte
  • Pre-conceptie screening
  • NIPT (non-invasie prenatale testing)
    • Voor opsporing van trisomie 13/18/21
• Geboorte
  • Tegenwoordig → hielprik
  • In de toekomst → genoom sequencing
• Gedurende het hele leven
  • ID/congenitale malformaties
    • Genoom screening
• Vanaf 50 jaar
  • Kanker (vaak individuele screening)

Voordelen

Genetische diagnostiek heeft meerdere voordelen:

• Geeft informatie over de kans op aandoeningen bij het nageslacht
• Creëert mogelijkheden voor diagnostiek vóór of tijdens de zwangerschap
• Informatie over de kans op genetische aandoeningen bij familieleden kan verstrekt worden
• Creëert de mogelijkheid tot pre-symptomatisch testen van familieleden
• Geeft toegang tot meer toegespitste zorg
• Berwerkstelligt vermindering van schuldgevoels van ouders over de oorzaak van problemen bij het kind

Obstakels 

Er zijn meerdere redenen om niet te screenen:

• Duur: er wordt geld besteed aan gezonde mensen
  • Wie betaalt het?
• Hoe moet het genoom van een gezonde persoon geanalyseerd worden?
  • Het menselijk genoom zit complex in elkaar:
    • Gaat twee kanten op (transcriptie gaat naar rechts en naar links)
    • Door splicing ontstaan er verschillende producten
    • Er is veel junk-DNA
    • Er zijn veel interacties
      • Gen-gen interacties
      • Eiwit-eiwit interacties
      • Biochemische interacties
• Wie deelt de uitslagen met de mensen?
  • Is dit de taak van de klinisch geneticus of van de regering?
• Ethische dilemma’s?
  • Zijn de voordelen groter dan de nadelen?
    • Soms lijdt een vroegere diagnose niet tot een beter leven

Data-analyse

Data -analyse vindt plaats volgens een aantal stappen:

1. Base calling
   • FASTQ-file
2. Alignment
   • BWA (BAM-files)
3. Re-aligning
   • GATK of andere tools
4. Indentificatie van varianten
   • GATK of andere tools
5. Variant recalibration 
   • GATK of andere tools
6. Annotatie
   • Seattle sequentie of andere tools
7. Filtering van de ~ 400.000 varianten
   • > 5% in de populatie, intergenetische regio’s
   • Verloopt volgens een aantal stappen:
   1. De varianten waarvan bekend is dat ze aanwezig zijn in het merendeel van de populatie worden weggefilterd
      • ~ 65.000 varianten
   2. De varianten buiten het exoom worden weggefilterd
      • ~ 10.000 varianten
   3. De varianten van slechte kwaliteit worden weggefilterd
      • ~ 4500 varianten
   4. Gen panels
      • ~ 200 varianten
      • Analyse van genen met een reeds bekende relatie tot een bepaalde aandoening
        • Bewegingsstoornissen
        • Spieraandoeningen
        • Ontwikkelingsachterstanden/aangeboren afwijkingen
        • Oncogenetische aandoeningen
   5. Varianten aanwezig in het in-house database worden weggefilterd
      • ~ 20 varianten
   6. Varianten aanwezig bij de ouders worden weggefilterd
   7. De overgebleven variant wordt bekeken
8. Interpretatie

Verschillende breedten van analyse

Analyse kan op verschillende schalen plaatsvinden:

• “Whole genome”/genoombrede analyse
  • Wordt nog niet gebruikt in de diagnostiek
• “Exome”/exoombrede analyse
  • 1% van het genoom
• Gerichte analyse

Exoombrede analyse

Exome sequencing:

Nu blijven genetische testen beperkt tot exome sequencing (WES) van patiënten die een mogelijke genetische oorzaak hebben voor hun medische historie.

• Bij exome sequencing wordt het DNA in stukjes gehakt en vermengd met sequenties die complementair zijn met alle stukjes exoom 
• Exome: alle exonen, ongeveer 20.000 → alle coderende delen van het erfelijk materiaal
  • Dit is slechts 1% van het hele genoom

Dit wordt gedaan in meerdere stappen:

1. De exonen van het DNA worden geselecteerd
2. Complementaire sequenties met magnetische “beads” worden toegevoegd
3. De exonen worden aangetrokken door het magnetische veld → worden onderscheiden van de overige deeltjes
4. De overgebleven stukjes worden vermenigvuldigd

Trio exoombrede analyse:

Trio exoombrede analyse wordt gedaan als een kind een ontwikkelingsachterstand heeft, maar beide ouders gezond zijn (de novo variant). Zowel kind als ouders krijgen exoom sequentie. Alle varianten die ook bij de ouders voorkomen worden eruit gefilterd. Naast de novo varianten, wordt er ook gekeken naar X gebonden varianten.

Moon analyse:

Moon analyse is gebaseerd op Human Phenotypic Onthology (HPO):

• Gebaseerd op artificiële intelligentie
• Relateert de data uit het genoom met de aandoening

Uitslag mogelijkheden:

Er zijn meerdere mogelijkheden voor een uitslag van een screening:

• Er worden één of meer afwijkingen gevonden waarvoor voldoende bewijs is dat dit causaal is
  • 5 verschillende klassen:
    • Benign
    • Likely benign
    • VUS (variant of unknown significance)
    • Likely pathogenic
    • Pathogenic
• Er worden onschuldige varianten gevonden
• Er worden niet-eerder-gerapporteerde afwijkingen gevonden die mogelijk causaal kunnen zijn
  • Een nieuwe variant van een bekend gen
  • Een nieuw gen dat op basis van functie wel of niet goed bij het fenotype past
• Nevenbevindingen: klinisch relevante afwijkingen die niet de oorzaak zijn van de klachten van de patiënt

Sommige aandoeningen worden niet gezien met exoomsequencing:

• Repeatziekten (Huntington, Fragiele X-syndroom)
• Verplaatsing van stukken erfelijk materiaal (gebalanceerde Robertsoniaanse translocatie)
• Deletie of duplicatie van stukken erfelijk materiaal
  • Dit komt relatief vaak voor bij patiënten die de genetische polikliniek bezoeken

Genoombrede analyse

Er zijn verschillende manieren om genoombrede analyse te laten plaatsvinden:

• Karyotypering
  • Opsporing van numerieke en structurele afwijkingen van > 5-10 MB
• SNP-array
  • Opsporing van numerieke afwijkingen van > 10-20 kB
  • Er wordt gecontroleerd of er twee kopieën van alles zijn
• NIPT (Niet-Invasie Prenatale Test)
  • Opsporing van grote deleties/duplicaties → het is een grove methode
    • Foetale cellen in het maternale bloed worden onderzocht
    • Voor o.a. trisomie 13, 18 en 21

Polygene/multifactorele aandoeningen

Polygene aandoeningen worden hebben meerdere oorzaken die zowel genetisch als uit de omgeving kunnen zijn. Een voorbeeld hiervan is spina bifida, dit kan veroorzaakt worden door:

• DNA
• Medicatie
• Gebrek aan foliumzuur