Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Gộp tổ hợp DNA để phát hiện các biến thể gây bệnh với chi phí siêu thấp
Tóm tắt
Sàng lọc dân số dựa trên giải trình tự thế hệ tiếp theo (NGS) có tiềm năng lớn trong việc phòng ngừa bệnh tật và chẩn đoán sớm, nhưng chi phí liên quan đến việc sàng lọc hàng triệu người vẫn rất cao. Cần có những phương pháp mới cho xét nghiệm di truyền dân số giúp giảm chi phí NGS mà không làm giảm khả năng chẩn đoán. Chúng tôi đã phát triển phương pháp giải trình tự gộp đôi, trong đó mẫu DNA được giải trình tự theo từng lô hai lần - xác định chính xác những cá nhân có biến thể hiếm. Chúng tôi đã giải trình tự các lô DNA từ giọt máu ở thời điểm sinh sử dụng bộ gen thương mại gồm 113 gen trong một nhóm nghiên cứu thử nghiệm (n = 100) và một nhóm nghiên cứu xác nhận (n = 100) của trẻ em đã phát triển ung thư nhi. Tất cả các kết quả đều được so sánh dựa trên dữ liệu giải trình tự toàn bộ gen cá nhân. Chúng tôi đã chứng minh phát hiện các biến thể dòng germline gây ung thư có thể tái lập hoàn toàn, với giá trị tiên đoán dương và âm đạt 100% (Khoảng tin cậy 95%, 0.91–1.00 và Khoảng tin cậy 95%, 0.98–1.00, tương ứng). Các biến thể có khả năng gây bệnh và có thể can thiệp lâm sàng đã được phát hiện ở các gen RB1, TP53, BRCA2, APC và 19 gen khác. Phân tích các lô lớn hơn cho thấy rằng phương pháp của chúng tôi có khả năng mở rộng cao, mang lại giảm chi phí hơn 95% hoặc dưới 3 xu cho mỗi gen được sàng lọc cho các đột biến gây bệnh hiếm. Chúng tôi cũng cho thấy rằng giải trình tự gộp đôi có thể ngăn ngừa hiệu quả tử vong do ung thư trẻ em thông qua kiểm tra gen toàn diện. Phương pháp chẩn đoán di truyền siêu giá rẻ của chúng tôi, sử dụng phần cứng giải trình tự hiện có và giọt máu tiêu chuẩn từ trẻ sơ sinh, sẽ dễ dàng mở ra cơ hội phân tầng nguy cơ toàn dân thông qua sàng lọc di truyền trong nhiều lĩnh vực di truyền học lâm sàng và genomics.
Từ khóa
#giải trình tự thế hệ tiếp theo #gộp đôi #biến thể gây bệnh #bệnh ung thư nhi #xét nghiệm di truyền #chi phí thấpTài liệu tham khảo
Stevenson DA, Carey JC. Contribution of malformations and genetic disorders to mortality in a children’s hospital. Am J Med Genet A. 2004;126A:393–7.
Ferreira CR. The burden of rare diseases. Am J Med Genet A. 2019;179:885–92.
Coene KLM, Kluijtmans LAJ, van der Heeft E, Engelke UFH, de Boer S, Hoegen B, et al. Next-generation metabolic screening: targeted and untargeted metabolomics for the diagnosis of inborn errors of metabolism in individual patients. J Inherit Metab Dis. 2018;41:337–53.
de la Posada PM, Taruscio D, Groft SC. Rare diseases epidemiology: update and overview. Cham: Springer International Publishing; 2017. [cited 2021 Jun 28]. Available from: http://link.springer.com/10.1007/978-3-319-67144-4
Milko LV, O’Daniel JM, DeCristo DM, Crowley SB, Foreman AKM, Wallace KE, et al. An age-based framework for evaluating genome-scale sequencing results in newborn screening. J Pediatr. 2019;209:68–76.
Adams MC, Evans JP, Henderson GE, Berg JS. The promise and peril of genomic screening in the general population. Genet Med Off J Am Coll Med Genet. 2016;18:593–9.
Boemer F, Fasquelle C, d’Otreppe S, Josse C, Dideberg V, Segers K, et al. A next-generation newborn screening pilot study: NGS on dried blood spots detects causal mutations in patients with inherited metabolic diseases. Sci Rep. 2017;7:17641.
Newborn screening: a review of history, recent advancements, and future perspectives in the era of next generation sequencing. [cited 2021 Dec 13]. Available from: https://oce-ovid-com.ep.fjernadgang.kb.dk/article/00008480-201612000-00004/HTML
Zuzarte PC, Denroche RE, Fehringer G, Katzov-Eckert H, Hung RJ, McPherson JD. A two-dimensional pooling strategy for rare variant detection on next-generation sequencing platforms. PloS One. 2014;9:e93455.
Bonachea EM, Zender G, White P, Corsmeier D, Newsom D, Fitzgerald-Butt S, et al. Use of a targeted, combinatorial next-generation sequencing approach for the study of bicuspid aortic valve. BMC Med Genomics. 2014;7:56.
Byrjalsen A, Hansen TVO, Stoltze UK, Mehrjouy MM, Barnkob NM, Hjalgrim LL, et al. Nationwide germline whole genome sequencing of 198 consecutive pediatric cancer patients reveals a high incidence of cancer prone syndromes. PLoS Genet. 2020;16 [cited 2021 Jun 15]. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7787686/.
Zhang J, Walsh MF, Wu G, Edmonson MN, Gruber TA, Easton J, et al. Germline mutations in predisposition genes in pediatric cancer. N Engl J Med. 2015;373:2336–46.
Gröbner SN, Worst BC, Weischenfeldt J, Buchhalter I, Kleinheinz K, Rudneva VA, et al. The landscape of genomic alterations across childhood cancers. Nature. 2018;555:321–7.
Stoltze U, Skytte A-B, Roed H, Hasle H, Ejlertsen B, van Overeem HT, et al. Clinical characteristics and registry-validated extended pedigrees of germline TP53 mutation carriers in Denmark. PloS One. 2018;13 [cited 2019 Sep 3]. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5764253/.
Beitsch PD, Whitworth PW, Hughes K, Patel R, Rosen B, Compagnoni G, et al. Underdiagnosis of hereditary breast cancer: are genetic testing guidelines a tool or an obstacle? J Clin Oncol Off J Am Soc Clin Oncol. 2019;37:453–60.
Yeh JM, Stout NK, Chaudhry A, Christensen KD, Gooch M, McMahon PM, et al. Universal newborn genetic screening for pediatric cancer predisposition syndromes: model-based insights. Genet Med. 2021; [cited 2021 Jun 28]; Available from: http://www.nature.com/articles/s41436-021-01124-x.
O’Rawe J, Jiang T, Sun G, Wu Y, Wang W, Hu J, et al. Low concordance of multiple variant-calling pipelines: practical implications for exome and genome sequencing. Genome Med. 2013;5:28.
on behalf of the ACMG Laboratory Quality Assurance Committee, Richards S, Aziz N, Bale S, Bick D, Das S, et al. Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet Med. 2015;17:405–23.
Miller DT, Lee K, Chung WK, Gordon AS, Herman GE, Klein TE, et al. ACMG SF v3.0 list for reporting of secondary findings in clinical exome and genome sequencing: a policy statement of the American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG). Genet Med. 2021;23:1381–90 Elsevier.
Loeber JG, Platis D, Zetterström RH, Almashanu S, Boemer F, Bonham JR, et al. Neonatal screening in Europe revisited: an ISNS perspective on the current state and developments since 2010. Int J Neonatal Screen. 2021;7:15.
Sun L, Brentnall A, Patel S, Buist DSM, Bowles EJA, Evans DGR, et al. A cost-effectiveness analysis of multigene testing for all patients with breast cancer. JAMA Oncol. 2019;5:1718–30.
Michaan N, Leshno M, Safra T, Sonnenblick A, Laskov I, Grisaru D. Cost effectiveness of whole population BRCA genetic screening for cancer prevention in Israel. Cancer Prev Res (Phila). 2021;14:455–62.
Meshkani Z, Aboutorabi A, Moradi N, Langarizadeh M, Motlagh AG. Population or family history based BRCA gene tests of breast cancer? A systematic review of economic evaluations. Hered Cancer Clin Pract. 2021;19:35.
Evans O, Manchanda R. Population-based genetic testing for precision prevention. Cancer Prev Res (Phila). 2020;13:643–8.
Zhang L, Bao Y, Riaz M, Tiller J, Liew D, Zhuang X, et al. Population genomic screening of all young adults in a health-care system: a cost-effectiveness analysis. Genet Med. 2019;21:1958–68.
Bougeard G, Renaux-Petel M, Flaman J-M, Charbonnier C, Fermey P, Belotti M, et al. Revisiting Li-Fraumeni Syndrome From TP53 Mutation Carriers. J Clin Oncol. 2015;33:2345–52.
Custódio G, Parise GA, Kiesel Filho N, Komechen H, Sabbaga CC, Rosati R, et al. Impact of neonatal screening and surveillance for the TP53 R337H mutation on early detection of childhood adrenocortical tumors. J Clin Oncol Off J Am Soc Clin Oncol. 2013;31:2619–26.
Sharo AG, Hu Z, Sunyaev SR, Brenner SE. StrVCTVRE: a supervised learning method to predict the pathogenicity of human genome structural variants. Am J Hum Genet. 2022;109:195–209.
Furstenau TN, Cocking JH, Hepp CM, Fofanov VY. Sample pooling methods for efficient pathogen screening: practical implications. PloS One. 2020;15:e0236849.
Downie L, Halliday J, Lewis S, Amor DJ. Principles of genomic newborn screening programs: a systematic review. JAMA Netw Open. 2021;4:e2114336.