aCGH

Postępy w diagnostyce
genetycznych przyczyn
zaburzeń ze spektrum autyzmu
dr n. med. Krzysztof Szczałuba
[email protected]
Plan
• Cele diagnostyki genetycznych przyczyn
ASDs
• Najnowsze techniki diagnostyczne
• Markery kliniczne
• Rekomendacje w praktyce klinicznej
• Częstsze problemy kliniczne (przykłady)
OBJAŚNIENIA
aCGH – Porównawcza Hybrydyzacja Genomowa do
Mikromacierzy
NGS – Sekwencjonowanie Nowej Generacji
Cele diagnostyki genetycznych
przyczyn ASDs
• Wiedza istotna dla rodziców: 74% (31/42)
[Genet Med, 2013] oraz 80% (129/162) [Front
Pediatr, 2014] za (wczesna interwencja,
planowanie rodziny, modyfikacja sposobu
postępowania) ale tylko 26% miało wykonane
badanie [Front Pediatr, 2014]
• ‘Treatable genes’? → ‘Actionable genes’
• Większość mutacji identyfikowanych
nowoczesnymi technikami to mutacje ‘de novo’
[NEJM, 2013]
• Poszerzenie wiedzy o przyczynach ASDs
Genetyka ASDs – strategia działania
CD – CV
nieznane
i/lub domniemane
warianty
CD – RV
del/dup 15q11q13
del/dup 16p11.2
SHANK3
etc.
zmienność genetyczna
Genetyczne uwarunkowanie ASDs
- hipotezy
• CD-CV (common disease-common variant):
rola częstych wariantów genetycznych (alleli) o
indywidualnie małej sile oddziaływania
(bliscy krewni = wyższe ryzyko ASDs, łagodne
spektrum ASDs u krewnych)
• CD-RV (common disease-rare variant): rola
rzadkiej zmienności = mutacji genowych
/aberracji chromosomowych de novo
(wczesny początek, +NI, duże różnice
współczynników zgodności MZ/DZ)
Techniki diagnostyczne w ASDs
• analiza molekularna pojedynczego/-ych
genu/-ów
mutacja genowa
• analiza kariotypu
aberracja
chromosomowa
--------------------------------------------------------------• cytogenetyka molekularna (m.in. aCGH)
mikroaberracja chromosomowa
• sekwencjonowanie genomowe (panele
wielogenowe,WES,WGS)
mutacja
genowa
ASDs - diagnostyka
• 10-20% - znane podłoże genetyczne
(głównie CD-RV)
• Mutacja genowa: z. łamliwego chromosomu X,
z. Retta, stwardnienie guzowate, PTEN,
SHANK3, NLGN, NRXN, neurofibromatoza typu
1, zespół Angelmana
• Mikro-/Aberracja chromosomowa (w
syndromicznym ASDs do 30%!)
Genet Med 13(4); 2011
Zespoły mikrodelecyjne
1q21 TAR
1q21.1 NI/Małogłowie
3q29
5q35 Sotos
7q11.23 Williams
8p23.1
15q11.2-q13 PWS/AS (BP1/2-3)
15q13.2-q13.3 NI/Padaczka(BP4-5)
16p13.11 Autyzm/NI/Schizofrenia
16p11.2 Autyzm
17p12 HNPP
17p11.2 Smith-Magenis
17q12 Cukrzyca+torbiele nerek/Autyzm
17q21.31
22q11.2 DiGeorge/VCFS
Zespoły mikroduplikacyjne
1q21 TAR
1q21.1 NI/Autyzm
3q29
5q35 Niskorosłość+małogłowie
7q11.23 Autyzm
8p23.1
15q11.2-q13 Autyzm (BP1/2-3)
15q13.2-q13.3 Choroby
psychiczne(BP4-5)
16p13.11
16p11.2 Autyzm
17p12 CMT1A
17p11.2 Potocki-Lupski
17q12 Padaczka
17q21.31 Zaburzenia zachowania
22q11.2 NI
ACMG Genetics Review Course, June 2011
+ inne hotspoty: Genet Med, 2013
Sekwencja docelowa
Mniej znane podłoże problemu klinicznego
WGS
?
Metoda badawcza – Metoda diagnostyczna
WES
Udział klinicysty
Markery
dgn?
Niższy odsetek rozpoznań???
Liczba pacjentów
Panele
celowane
Sekwencjonowanie eksomowe w ASDs (1)
• Sporadyczne przypadki: 11/20 prawdopodobnie
patogennych, w tym 4 nowe geny kandydujące [O’Roak,
2011]
• Simons Simplex Collection [O’Roak, 2012]:
sporadyczne cięższe spektrum (nakładanie fenotypowe
z NI) - 248 de novo w 60 genach (120 niesynonimiczne i
LOF)
• Neale, 2012: model oligo- lub wielogenowy – niepełna
penetracja, tylko nieco więcej nowych mutacji niż w
grupie kontrolnej, ograniczona rola zmian de novo
• Cukier, 2014: rodzinne przypadki (multiplex) – 36
SNVs segregujących w 40 rodzinach
• Chahrour, 2012: warianty patogenne AR w 4 z 16
rodzin niespokrewnionych
Sekwencjonowanie eksomowe w ASDs (2) –
wnioski i ograniczenia
• Znaczący efekt nakładania fenotypowego ASDs: NI,
padaczka, schizofrenia, depresja
• Lista tzw. recurrent genes i recurrent hits!
• Interakcje białkowe – modele z udziałem białek p53, FMR1,
WNT i modelowanie chromatyny – genowe modelowanie
funkcjonalne
• Bamshad, 2011: „Istotną zmienność genetyczną obserwuje
się w eksomach całkowicie zdrowych osób. W ten sposób,
każda osoba z oraz bez ASDs jest nosicielem per se około
jednego wariantu de novo skracającego białko.”
• Gratten, 2013: „Zwiększenie siły badania poprzez
zwiększenie liczebności kohorty do tysięcy rodzin powinno
umożliwić identyfikację genów kandydujących tylko wtedy, gdy
w genach tych u probandów stwierdzi się trzy lub więcej
mutacje de novo utraty funkcji”
Sekwencjonowanie genomowe w ASDs
• Jiang, 2013: 6 wariantów de novo w 32 rodzinach
• Michaelson, 2012: pary bliźniąt MZ - 668 mutacji:
565 (87%) de novo i 53 (9%) prawdziwie
dodatnich(!!!) SNVs odziedziczonych od jednego z
rodziców
• Nie wiadomo jak znacząco zastosowanie WGS w
porównaniu z WES w zaburzeniach spektrum
autyzmu wpływa na zwiększenie efektywności
diagnostycznej
• Ograniczenia finansowe tego typu badań
aCGH i WES – efektywność
diagnostyczna [JAMA, 2015]
aCGH
WES
Grupa badana
258
95 trios
Diagnoza (%)
24 (9,3%)
8(8,45%)
Essential autism
6,3%
Complex autism
(Autyzm+)
Sumaryczny
37,5%
15/95 (15,8%)
Zmienne fenotypowe istotne diagnostycznie
(% - udział w populacji ASDs)
• Rozwój fizyczny: dysmorfia 15-20%,
wielkogłowie 35%, małogłowie 5-15%, wada
OUN 20%
• Problemy neurologiczne: drgawki 25%,
nieprawidłowe EEG 50%, zaburzenia snu 65%
• Przebieg kliniczny: wiek ujawnienia, regres
rozwojowy 30%
• Wywiad rodzinny: ASDs 25%, ch. alkoholowa
30%, ChAD 30%
Genet Med 13(4); 2011
ASDs + niepełnosprawność
intelektualna
meta-analiza 19 badań
Journal of Autism and Developmental Disorders 2003; 33(4)
ASDs - zależności fenotypowe
Genetics of MR,
SJL Knight, Oxford 2010
aCGH – efektywność diagnostyczna
Niektóre skierowania na badanie aCGH
Baylor TCM, Texas
Wrzesień 2009
Opóźnienie p-r / NI
n=1711
16,65%
Wielowadzie
1503
14,62%
ASDs
643
6,26%
Drgawki / Padaczka
454
4,41%
ADHD
29
0,28%
+ dysmorfia
Gestalt na zdjęciach – próba cyfryzacji
(eLife; 3: e02020)
• Dysmorfia twarzy – 30-40% zespołów genetycznych
• Model komputerowy dopasowujący gestalt do zdjęć
typowych twarzy w 91 zespołach; 36 punktów (7
żuchwy, 6 ust, 7 nosa, 8 oczu, 8 brwi)
• Implikacje proteomiczne (sieci białkowe)
• Inne publikacje: głównie Hammond, Arch Dis Child
2007, AJHG 2005, Hum Mutat 2012
Autyzm vs Autyzm+
Autyzm = 187 (80%)
Płeć M/F
Średnie IQ/IR (SD)
Drgawki
Nieprawidłowe EEG
Wada OUN
Diagnoza syndromiczna
(sprzed ery aCGH/WES)
Ryzyko powtórzenia
Autyzm+ = 46 (20%)
6.5:1 (162:25)
70.4 (25.4)
17% (31/187)
30% (32/107)
13% (15/122)
0% (0/187)
3.2:1 (35:11)
53.1 (22.8)
39% (18/46)
46% (12/26)
28% (8/29)
24% (11/46)
podwyższone
de novo
Am J Med Genet 135A, 2005
Dziecko autystyczne w praktyce
specjalisty genetyki klinicznej
• Autyzm+ (complex) vs. Autyzm (essential)
• Autyzm+ 20-30% ASDs, markery kliniczne
(m.in. dysmorfia, małogłowie), gorsze
rokowanie, niższa proporcja M/F, niższe ryzyko
powtórzenia, nieobciążony wywiad rodzinny
Efektywność diagnostyczna w grupie autyzm+
do 30%
ASDs – diagnostyka genetyczna
(rekomendacje Baylor, TCM 2008)
•
•
•
•
•
kariotyp – wszyscy chorzy
aCGH – wszyscy chorzy
FRAX – wszyscy chorzy
PTEN – rozważyć gdy obwód głowy >2,5SD
MECP2 – rozważyć u płci żeńskiej
kto ma to zrobić?
ASDs – diagnostyka genetyczna
(rekomendacje ACMG 2008)
•
•
•
•
•
•
kariotyp (5%)
aCGH (10% - 20% - 30%!) [IMiD=12/146]
FRAX (5%)
PTEN (3%, gdy obwód głowy >2,5SD)
MECP2 (5% - tylko płeć żeńska)
inne (10%)
American College of Medical Genetics 2008
www.acmg.net
ASDs – diagnostyka genetyczna
(rekomendacje ACMG)
•
•
•
•
•
•
kariotyp (3%)
aCGH (10%) [IMiD=12/146]
FRAX (1-5%)
PTEN (5%, gdy obwód głowy >2,5SD)
MECP2 (4% dziewczynek)
Inne, w tym WES (10-20%)
Genet Med 2013
Zespół łamliwego chromosomu X
(FRAX)
• wykluczenie FRAX – najczęstsza(?) przyczyna
skierowań pacjentów ASDs na badania
genetyczne
• 1-3% ASDs (2004-2007)
• (2008) n=63: 60% FRAX=kryteria ASDs
• CDC 2010: +NI, wywiad rodzinny NI/FRAX
• większe prawdopodobieństwo identyfikacji
mutacji = wielkogłowie
Am J M Retard 2008; 113: 427-438
J Dev Behav Pediatr 2004; 25: 392-398
www.cdc.gov/ncbddd/autism
Przykłady kliniczne
Zespół Retta
fenotyp behawioralny
-Kontakt wzrokowy
-Wydłużony czas odpowiedzi na bodźce
-„rozumieją więcej niż lekarzom się wydaje”
-Body language i body contact
-Intensywne stereotypie dłoni
-Brain-pain-crying
-Zaburzenia snu
Praktyka kliniczna (1)
• 24/12 chłopiec skierowany z OWI F84.9
• markery: rodowód (-), wady/anomalie (-),
dysmorfia (-), opóźn r fiz (-), opóźn p-r (+),
drgawki (-), wielko-/małogłowie (-)
• Autyzm vs. Autyzm+
• kariotyp/aCGH
obserwacja (F84.0?F70?)
FRAX? zespół monogenowy? unknown?
Praktyka kliniczna (2)
• 24/12 chłopiec skierowany z OWI F84.9
• markery: rodowód (-), wady/anomalie (+)
(hipo-/dysplazja nerek, obustr przep
pachwin), dysmorfia (+), opóźn r fiz (-), opóźn
p-r (+), drgawki (-), wielko-/małogłowie (-)
• Autyzm vs. Autyzm+
• kariotyp/aCGH
zespół monogenowy?
(Pallister-Killian s.?)
rekomendacje w
opiece, porada genetyczna
ASDs – wskazania do konsultacji
genetyka klinicznego
•
•
•
•
•
+ dysmorfia w budowie
+ wada(-y) rozwojowa(-e) / anomalie w budowie
+ niepełnosprawność intelektualna / op rozw p-r
+ wielkogłowie >3SD / małogłowie <3SD
+ wywiad rodzinny ASDs lub innych chorób
neuropsychicznych u krewnych I stopnia
• + nieprawidłowy wynik badania genetycznego
• + regres rozwojowy
Genet Med, 2008
Texas Children’s Hosp guidelines 2011
Genet Med, 2013