Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin, Dr. Klein, Dr. Rost und Kollegen

Clinical Exome Sequenzierung (CES)

Dipl.-Bioinf. Sebastian Eck

Im Vergleich zu Whole Exome Sequencing (WES), bei der alle proteincodierenden Bereiche angereichert und sequenziert werden, wird bei Clinical Exome Sequencing (CES) ein Subset des Exoms angereichert. Hierbei wurde auf krankheitsassoziierte Gene fokussiert, die in der Human Gene Mutation Database (HGMD) beschrieben sind. Die angereicherte Region umfasst hierbei derzeit 4.813 Gene und damit fast 62.000 Exons (weitere Informationen und vollständige Genliste siehe auf www.illumina.com). Der Vorteil der CES liegt in der Vorauswahl von krankheitsrelevanten Genen, die die Interpretation der identifizierten Varianten erleichtert. CES ist flexibel einsetzbar für verschiedene Indikationen wie ursächlich ungeklärte Entwicklungsstörungen sowie Erkrankungen, die durch Mutationen in mehreren verschiedenen Genen bedingt sein können.

Da Entwicklungsstörungen sehr oft sporadisch, d.h. als Einzelfall in der Familie auftreten, ist es naheliegend, Neumutationen in Genen, die z.B. bedeutsam für die Entwicklung und Verschaltung von Neuronen sind, als häufige Ursache zu vermuten, zumal der Mensch eine hohe Neumutationsrate aufweist.

Mehrere Studien in den letzten beiden Jahren, in denen Patienten mit schwerer Intelligenzminderung (IQ<50) mittels neuer Hochdurchsatz-Techniken wie der Exom-Sequenzierung untersucht wurden, konnten bestätigen, dass dominante Neumutationen offenbar zu einem großen Teil zur Ursache der schweren Intelligenzminderung beitragen (z. B. Vissers L. et al, Nat Genet, 2010, de Ligt, J. et al, NEJM, 2012 und Rauch, A. et al, Lancet, 2012). Während bei chromosomalen Trisomien das Risiko mit dem mütterlichen Alter steigt, nimmt die Rate an dominanten Neumutationen mit dem väterlichen Alter zu (Veltman JA et al, Nat Rev Genet, 2012). Bei den untersuchten Patienten wurden Varianten in verschiedenen Genen gefunden, wobei in der Studie von de Ligt et al bei 16% der Patienten eine kausale Mutation in einem bereits im Zusammenhang mit Entwicklungsstörungen beschriebenen Gen gefunden wurde, bei Rauch et al bei 35% der Patienten. Man geht daher nach diesen Studien davon aus, dass bis zu 50% der schweren, nicht-syndromalen Entwicklungsstörungen durch de novo Punktmutationen und kleine Indels verursacht werden, wobei eine große genetische Heterogenität zu beobachten ist. Mutationen in noch unbekannten bzw. nicht im Zusammenhang mit Entwicklungsstörungen bekannten Genen erfordern einen immensen Aufwand, einschließlich funktioneller Tests, um den ursächlichen Zusammenhang zu beweisen, weshalb Whole Exome Sequencing (und noch mehr die Gesamtgenom-Sequenzierung) noch nicht für den Routineeinsatz geeignet sind. Denkbar als Diagnostik ist aber die simultane Sequenzierung aller Gene, die mit neurologischen bzw. Entwicklungsstörungen in Zusammenhang stehen und die bereits in den Datenbanken gelistet sind, mittels CES. Um bei der aufwendigen Auswertung vererbte genetische Varianten erkennen zu können, sollten bei dieser Fragestellung immer Trios, d.h. das betroffene Kind und seine Eltern, untersucht werden.

Unter Anwendung von Next Generation Sequencing ist also zu erwarten, dass ein weiterer Anteil von wahrscheinlich ca. 30% der bisher ungeklärten schweren Entwicklungsstörungen ursächlich definiert werden kann. Die diagnostische Vorgehensweise könnte daher in Zukunft wie im Diagramm dargestellt, verlaufen. Vor der Untersuchung mit CES muss immer eine genetische Beratung erfolgen. Inhalt der Beratung ist dabei auch, wie mit zusätzlichen Informationen, die neben der eigentlichen Indikation bei der Untersuchung einer Vielzahl von Genen anfallen können, umgegangen werden soll. Bei Minderjährigen würden z.B. entsprechend dem GenDG Gene, die spätmanifestierende Erkrankungen verursachen können, nicht in die Auswertung einbezogen.

Zusätzlich zu der Diagnostik von Entwicklungsstörungen kann CES genutzt werden, um die bestehende Diagnostik zu erweitern. Im Bereich der Epilepsien, Ziliopathien (Joubert-Syndrom) und weiteren Indikationen ist die Sequenzierung von krankheitsrelevanten Genen, die im Clinical Exome enthalten sind, nach Rücksprache möglich. Dabei werden ausschließlich die mit der jeweiligen Erkrankung assoziierten Gene in die Auswertung einbezogen.

Die Untersuchung mit CES ist keine Regelleistung der Krankenkassen; vor der Untersuchung muss daher eine Kostenübernahme bei der Krankenversicherung beantragt werden.

Methode

Aus genomischer DNA werden die codierenden Exons einschließlich Spleißstellen der Gene aus dem Clinical Exome über Sondenhybridisierung angereichert und mittels Next Generation Sequencing (NGS) sequenziert (Illumina, MiSeq).