211service.com
Wanneer zelfs genoomsequencing geen diagnose geeft
Sam D'Orazio
De vierjarige Beckett Edwards heeft het werk gehad als het gaat om genetische tests. En zijn familie heeft nog steeds geen antwoord.
Kort na zijn geboorte merkten zijn ouders, Eric en Tricia, dat zijn spieren slap waren. Toen hij tweeënhalf was, begon Beckett zijn vocabulaire van 40 tot 50 woorden te verliezen. Nu kan hij nog maar een handvol woorden zeggen en vooral brabbelen.
Zoals alle ouders van wie het kind niet in orde is, willen Eric en Tricia, die in Los Angeles wonen, een diagnose. Artsen vermoeden dat Beckett een genetische aandoening heeft en het antwoord ligt in zijn DNA. Genetische tests helpen artsen vaak om diagnoses te stellen en, in sommige gevallen, patiënten naar behandelingen te leiden (zie Langzame vooruitgang naar betere geneeskunde). Die hoop heeft de familie Edwards meegenomen op een diagnostische odyssee, door middel van een reeks steeds gedetailleerdere tests, waarbij uiteindelijk het volledige genoom van Beckett werd gesequenced. Naarmate de kosten van gensequencing dalen, zijn uitgebreidere tests een realistische optie voor patiënten geworden.
De artsen van Beckett stelden eerst standaard genetische tests voor, waaronder een voor een erfelijke aandoening genaamd Prader-Willi, een zeldzame ziekte die leek te passen bij sommige van zijn symptomen. Maar die tests waren negatief.
Met een handvol ziekten uitgesloten, ging het gezin verder met de volgende fase: sequencing van het hele exoom. Dat houdt in dat alle bekende genen van een persoon worden gesequenced - de ex in exome staat voor uitgedrukt, wat betekent dat alleen het DNA de taak heeft om de productie van eiwitten te sturen. Het exoom vertegenwoordigt slechts 1,5 procent van de zes miljard DNA-letters in het genoom van een persoon, maar mutaties in genen veroorzaken het meest waarschijnlijk ziekte. Jill Mokry, genetisch adviseur aan het Baylor College of Medicine in Houston, noemt het exoom het laaghangende fruit van de genetica.
Alle drie de leden van de familie Edwards kregen een sequentiëringstest voor het hele exoom. Aangezien de ouders van Beckett gezond zijn, kunnen ongebruikelijke DNA-mutaties die ze hebben, worden uitgesloten als oorzaak van zijn ziekte. Exome-sequencing werd ongeveer zeven jaar geleden voor het eerst geïntroduceerd in gespecialiseerde klinieken. Studies hebben aangetoond dat het ongeveer 25 tot 30 procent van de tijd een diagnose kan stellen. Bijvoorbeeld, een studie gepubliceerd in Natuur in maart ontdekte dat sequencing van het hele exome met succes leidde tot een diagnose bij 29 procent van 150 pediatrische neurologiepatiënten, vergeleken met 7 procent voor standaard genetische tests. Een ander studie vanaf februari toonde aan dat een volledige exome-test een genetische oorzaak identificeerde bij 26,5 procent van 200 volwassenen met erfelijke hartproblemen, vergeleken met 18 procent voor conventionele genetische tests.
Eric en Tricia dachten dat het exoom de genetische mutatie zeker verantwoordelijk zou houden voor de symptomen van Beckett. Maar toen het ook geen duidelijke boosdoener aan het licht bracht, adviseerde een arts van de Universiteit van Californië, Los Angeles, dat de familie een aanvraag indient bij de Netwerk voor niet-gediagnosticeerde ziekten , een studie gelanceerd door de National Institutes of Health om patiënten met voorheen niet-geïdentificeerde medische aandoeningen te helpen.
Beckett werd aangenomen kort nadat de studie in de herfst van 2015 was geopend, en vorig jaar kreeg hij een sequencing-test voor het hele genoom. Whole-genome sequencing biedt een uitlezing van al het DNA op de chromosomen van een persoon en heeft het potentieel om bijna alle vormen van genetische variatie te identificeren. Eric Edwards zegt dat hij met deze test zeker dacht dat ze een diagnose zouden krijgen.
Het genoom van Beckett werd gesequenced door het HudsonAlpha Institute of Biotechnology in Alabama, waar een onderzoek gaande is om exoom- en genoomsequencing te vergelijken. De prijs van het instituut om een heel genoom te sequencen is ongeveer $ 6.500, terwijl het sequencen van een exoom $ 5.000 tot $ 5.500 kan kosten, zegt Liz Worthey, een geneticus bij HudsonAlpha. Omdat de kosten voor beide tests zo gelijk zijn geworden, raadt Worthey aan dat patiënten die geen diagnose hebben gekregen, het exoom overslaan en rechtstreeks naar het genoom gaan.
Het instituut bekeek de volledige genomen van 70 moeilijk te kraken gevallen die eerder exome-sequencing hadden gekregen zonder antwoorden te krijgen. In 17 gevallen, of ongeveer 24 procent, leverde het volledige genoom een genetische mutatie op die ofwel de definitieve of waarschijnlijke oorzaak was van de symptomen van de patiënt. Bij 47 anderen, of ongeveer 67 procent, bevatten de genomen van patiënten een ongebruikelijke DNA-variant die niet direct aan hun ziekte kon worden gekoppeld.
Vaak vinden we de variant in het genoom, maar dat gen of die regio is voor zover we weten gewoon niet geassocieerd met ziekte, dus we kunnen niets met zekerheid zeggen, zegt Worthey.
De analyse, die vorige maand werd gepresenteerd op de jaarlijkse Clinical Genetics Meeting in Phoenix, toonde aan dat sequencing van het hele genoom soms een diagnose kan stellen terwijl eerdere sequencing van het hele exoom dat niet kon. Maar het onthult ook dat het genoom nog steeds niet goed wordt begrepen en dat wetenschappers nog niet alle veranderingen in het genoom kennen die ziekten kunnen veroorzaken.
Isaac Kohane, van de afdeling Biomedische Informatica van de Harvard Medical School, zegt dat mensen die een genoom analyseren, eenvoudigweg een oorzaak over het hoofd zien - een zogenaamd vals-negatief.
Ons vermogen om te onderscheiden wat daadwerkelijk ziekte kan veroorzaken, is nog vrij grof, zegt Kohane. We hebben dus een onbekend fout-negatief percentage.
Een ander probleem is dat niet alle interpretaties van het genoom gelijk zijn: verschillende onderzoeksteams zouden de sequentieresultaten van dezelfde patiënt anders kunnen analyseren. De sequencing zelf is geautomatiseerd met een machine, en onderzoekers gebruiken speciale software en online tools om de grote hoeveelheden geproduceerde data te doorzoeken (zie Internet of DNA). Niet alle wetenschappers zijn even bedreven in het ontleden van genoombestanden, zegt Kohane.
Net zoals het krijgen van een biopsie op een knobbel in je borst een second opinion verdient voor een diagnose van kanker, geldt dat ook voor het herlezen van een genoom, zegt Kohane.
De familie Edwards heeft nog een paar kansen op een diagnose. Matthew Herzog, een onderzoekscoördinator voor het Undiagnosed Diseases Network aan de UCLA, zegt dat onderzoekers andere manieren onderzoeken om onopgeloste gevallen te kraken, zoals RNA-sequencing, die veranderingen analyseert in de manier waarop DNA wordt getranscribeerd. Het is ook mogelijk om verdachte DNA-veranderingen bij muizen en zebravissen te repliceren, om te zien of ze symptomen veroorzaken die vergelijkbaar zijn met die bij een menselijke patiënt.
Herzog en zijn collega's denken dat ze een patiënt in Nieuw-Zeeland hebben geïdentificeerd die dezelfde symptomen heeft als Beckett. Als ze de sequentie van het genoom van die patiënt kunnen krijgen, kan het een DNA-mutatie onthullen die beide kinderen delen.
Maar Eric Edwards geeft toe dat hij en zijn vrouw op het punt staan waarop we voorbereid zijn dat we het misschien nooit zullen weten.