Determinazione del rischio di patogenicità variante usando l'analisi di segnale-rumore dell'amminoacido-livello di variazione genetica

Il rapido miglioramento nelle piattaforme di sequenziamento genetico ha rivoluzionato l’accessibilità e il ruolo della genetica nella medicina. Una volta limitata a un singolo gene, o una manciata di geni, la riduzione dei costi e aumento della velocità di ultima generazione sequenziamento genetico ha portato sequenziamento sistematico della totalità del genoma di sequenza di codificazione (il sequenziamento dell’esoma intero, WES) e l’intero genoma ( sequenziamento del genoma intero, WGS) nella regolazione clinica. WES e WGS sono stati utilizzati frequentemente nella cornice di neonati criticamente malati e bambini con preoccupazione per sindrome genetica dove è uno strumento diagnostico collaudato che può cambiare la gestione clinica^1,2. Mentre questo ha portato una maggiore identificazione di mutazioni patogene probabile associato a sindromi genetiche, anche notevolmente ha aumentato il numero di varianti genetiche fortuito trovati, o risultati imprevisti positivi, di diagnostica sconosciuto significato (VUS). Mentre alcune di queste varianti sono ignorate e non segnalati, varianti localizzazione di geni associati a malattie potenzialmente mortali o estremamente patologica sono spesso riportati. Attuali linee guida raccomandano di segnalazione delle eventuali varianti nei geni specifici che possono essere di beneficio medico al paziente, compreso i geni connessi con lo sviluppo di malattie predisponenti di morte cardiache improvvise come cardiomiopatie e canalopatie³. Anche se questa raccomandazione è stato progettato per catturare gli individui a rischio di una malattia predisponente SCD, la sensibilità di rilevazione variante supera di gran lunga specificità. Questo si riflette in un numero crescente di VUSs e incidentalmente identificato varianti con utilità di diagnostica poco chiaro che superano di gran lunga la frequenza delle rispettive malattie in una data popolazione⁴. Una tale malattia, sindrome del QT lungo (LQTS), è una canonica Canalopatia cardiaca causata da mutazioni in geni che codificano i canali ionici cardiaci eseguendo la localizzazione, o canale di interazione di proteine, con conseguente ritardo della ripolarizzazione cardiaca⁵. Questa ripolarizzazione in ritardo, vista da un prolungato intervallo QT all’elettrocardiogramma, a riposo si traduce in una predisposizione elettrica per potenzialmente fatali aritmie ventricolari quali torsioni di punta. Mentre un numero di geni sono stati collegati allo sviluppo di questa malattia, le mutazioni in KCNQ1-codificato in_Ks potassio canale (KCNQ1, Kv7.1) è la causa di LQTS tipo 1 e viene utilizzato come esempio inferiore a⁶. Che illustrano la complessità nell’interpretazione variante, la presenza di rare varianti nei geni di LQTS associata, così chiamati “sfondo variazione genetica” è stato descritto in precedenza^7,8.

Oltre ai database di grande compendio di varianti conosciute di patogeni, diverse strategie esistono per predire che le varianti differenti di effetto produrrà. Alcuni sono basati su algoritmi, quali SIFT e Polyphen 2, che può filtrare un numero elevato di nuove varianti non-sinonimo di prevedere deleteriousness^9,10. Nonostante l’ampio uso di questi strumenti, specificità bassa limita la loro applicabilità quando si tratta di “chiamata” clinica VUSs¹¹. Analisi di “Signal-to-noise” sono uno strumento che identifica la probabilità di una variante essendo associata a malattia basata sulla frequenza di variazione patologica noto ai loci in questione normalizzata contro variazione genetica rara da una popolazione. Varianti di localizzazione di loci genetici dove c’è un’alta prevalenza di mutazioni associate a malattia rispetto alla variazione basati sulla popolazione, un alto segnale-rumore, hanno maggiori probabilità di essere associati a malattia se stessi. Varianti più ulteriormente, rari trovati incidentalmente localizzazione di un gene con un’alta frequenza di varianti di rara popolazione rispetto alla frequenza di malattia-collegati, un basso segnale-rumore, può essere meno probabilità di essere associati a malattia. L’utilità di diagnostica di analisi di segnale-rumore è stato illustrato nelle ultime linee guida per test genetici per malattie del miocardio e canalopatie; Tuttavia, è stato impiegato solo a livello di intero gene o dominio specifico livello¹². Recentemente, data la maggiore disponibilità di varianti patologiche (database di malattia, studi di coorte nella letteratura) e di varianti di controllo basato sulla popolazione (Consorzio di aggregazione dell’esoma, ExAC e l’aggregazione di dati del genoma, GnomAD¹³), Questo è stato applicato alle posizioni individuali dell’amminoacido all’interno della sequenza primaria di una proteina. Analisi di segnale-rumore dell’amminoacido-livello si sono dimostrato utile nel categorizzare incidentalmente identificati varianti nei geni associati con LQTS come probabile variazione genetica “sfondo”, piuttosto che malattia-collegati. Tra i tre principali geni associati con LQTS, tra cui KCNQ1, queste varianti incidentalmente identificate mancavano un rapporti segnale-rumore significativo, suggerendo che la frequenza di queste varianti alle posizioni di singoli aminoacidi riflettono rara variazione di popolazione piuttosto che mutazioni associate a malattia. Inoltre, quando la topologia di dominio specifico della proteina era overlaid contro le zone di alto segnale-rumore, patologica mutazione “hotspot” localizzato in chiave domini funzionali delle proteine¹⁴. Questa metodologia tiene la promessa nella determinazione che 1) la probabilità che una variante è associata di malattia o di popolazione e 2) identificare nuovi critici domini funzionali di una proteina connessa con la malattia umana.