XVI. Uluslararası Katılımlı Metabolik Hastalıklar ve Beslenme Kongresi, Hatay, Türkiye, 28 Mayıs - 01 Haziran 2022, ss.144-146
Giriş ve Amaç
Nükleer veya mitokondriyal genomlardaki (mtDNA) mutasyonların neden olduğu mitokondriyal hastalıklar (MH), kalıtsal metabolik hastalıkların en yaygın grubudur ve yaklaşık 1/4300 kişiyi etkiler (1). Mitokondrial fonksiyonların bigenomik kontrolü, heteroplazmi ve maternal kalıtım gibi özellikler ve nükleer DNA (nDNA) tarafından kodlanan binden fazla proteinin rol aldığı dinamik organel yapısı mitokondrial hastalıkların moleküler tanısını güçleştirir.Yeni nesil dizileme (NGS) tekniklerindeki gelişmeler ve genetik laboratuvarlarında tanısal amaçlı kullanımın hızlanması, MH tanısında noninvaziv yöntem olan “önce genetik” yaklaşımını getirmiştir (2). Tüm ekzom dizileme (Whole Exome Sequencing, WES), teşhis verimini önemli ölçüde iyileştirmiş, mitokondriyi taklit eden monogenik hastalıkların teşhisini sağlamıştır. Bu çalışmada, öncelikle klinik olarak mitokondrial hastalık şüphesi olan olgularda, NGS nin tanısal etkinliğini değerlendirmek amaçlanmıştır.
Gereç ve Yöntem
Çalışmaya, 2018-2019 yıllarında İstanbul Tıp Fakültesi Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları AD, Beslenme ve Metabolizma BD tarafından, klinik, radyolojik ve laboratuvar bulguları ile mitokondrial hastalık ön tanısı ile takip edilen ve moleküler genetik araştırma amacıyla Tıbbi Genetik AD’a yönlendirilen, 24 farklı aileden toplam 30 olgu dahil edilmiştir. Ayrıntılı öykü, fizik muayene, radyolojik ve laboratuvar bulguları ile bütünsel olarak değerlendirilen olguların, en az üç kuşak sorgulanarak aile ağaçları çizildi. Ebeveynler arasında akrabalık ilişkisi ve etkilenmiş veya sağlıklı kardeş varlığına göre tek, çift veya üçlü tüm ekzom dizileme ve mtDNA dizi analizi yapıldı. Diğer laboratuvar ve görüntüleme verileri hasta takip dosyalarından elde edildi. Çalışma, İ.Ü. İstanbul Tıp Fakültesi Klinik Araştırmalar Etik Kurulu tarafından 08.06.2018/872 tarih ve sayısı ile onaylanmış ve İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir (Proje no:TDK-2018-32544). Yeni nesil dizileme yöntemi ile WES ve tüm mtDNA dizilemenin ıslak laboratuvar çalışmaları, İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi Tıbbi Genetik AD laboratuvarında, Thermo Scientific™ Ion Gene S5 Sistem platformunda yapıldı. mtDNA uzun PCR için 16.569 baz çiftinden oluşan mtDNA’ yı parçalı çoğaltan, 4 çift primer tasarlandı. Dizileme sonrası, veriler, IonReporterUploader eklentisi kullanılarak Torrent Suite ™ yazılımı aracılığıyla Ion Reporter™ yazılımına otomatik olarak aktarılarak analiz edildi.
Bulgular
Moleküler analiz sonuçlarına göre, üçü mtDNA (MT-ATP6 ve MT-TL1) ve dokuzu nükleer olmak üzere (TK2, POLG, EARS2, AARS2, MICOS13, NDUFAF6, FBXL4, ECHS1, OXCT1) mitokondrial hastalık ilişkili genlerde tespit edilen sekizi novel olmak üzere 14 patojenik varyant raporlandı. Segregasyon çalışmaları kalıtım modeline uygun olarak gen hastalık ilişkisini doğruladı. Bir olguda COX10 geninde tespit edilen ve literatürde VUS olarak bildirilen c.260C>T (p.Thr87Ile) değişimi, sağlıklı kardeşte de homozigot saptandığından etiyolojiyi açıklayamadı. Seçilen kohortun %50’si mitokondrial hastalık (15/30, %50), %20’si ise (6/30) CAPN3, DYSF, TCAP genlerinde bilinen mutasyonları olan Limb Girdle Muscular Distrofi olarak sonuçlandı. Olguların %30’unun (9/30) ise moleküler temeli aydınlatılamadı. İlişkisiz 24 aileden 30 etkilenmiş olgunun dahil edildiği bu kohorta uygulananan bigenomik yeni nesil dizileme yaklaşımı stratejisi ile (WES ve mtDNA) indeks bazında %67 oranında (16/24), hasta bazında ise %70 (21/30) teşhis başarısı elde edildi (Şekil 1).
Tartışma ve Sonuç
Yeni nesil dizileme tekniklerinin rutin laboratuvarlarda kullanımının artması, mitokondrial hastalıkların tanısal başarısını artırmış, non-invaziv, bigenomik dizileme yaklaşımı mitokondriyal hastalıkların tanısında, biopsiden önceki adım olarak algoritma değişimine yol açmıştır. Kas biopsisi gerektiren biyokimyasal ve patolojik incelemeler, artık çözülmemiş vakalarda veya NGS çalışmalarından sonra tanı net olmadığında yapılmaktadır (4).
Introduction and purpose
Mitochondrial diseases (MD), caused by mutations in nuclear or mitochondrial genomes (mtDNA), are the most common group of inherited metabolic diseases and affect approximately 1/4300 people (1). Features such as bigenomic control of mitochondrial functions, heteroplasmy and maternal inheritance, and the dynamic organelle structure involving more than a thousand proteins encoded by nuclear DNA (nDNA) make the molecular diagnosis of mitochondrial diseases difficult. Developments in next-generation sequencing (NGS) techniques and the acceleration of their use for diagnostic purposes in genetic laboratories, MH introduced the "genetics first" approach, which is a noninvasive method in diagnosis (2). Whole exome sequencing (WES) has significantly improved diagnostic yield, enabling the diagnosis of monogenic diseases that mimic mitochondria. This study primarily aimed to evaluate the diagnostic effectiveness of NGS in cases with clinical suspicion of mitochondrial disease.
Materials and Methods
The study included 24 different families, who were followed up with a preliminary diagnosis of mitochondrial disease based on clinical, radiological and laboratory findings by Istanbul Faculty of Medicine, Department of Child Health and Diseases, Department of Nutrition and Metabolism, in 2018-2019, and were referred to the Department of Medical Genetics for molecular genetic research. A total of 30 cases were included. Family trees were drawn by questioning at least three generations of the cases, which were evaluated holistically with detailed history, physical examination, radiological and laboratory findings. Single, double or triple whole exome sequencing and mtDNA sequence analysis were performed depending on the consanguinity between the parents and the presence of an affected or healthy sibling. Other laboratory and imaging data were obtained from patient follow-up files. Study, I.U. It was approved by the Istanbul Faculty of Medicine Clinical Research Ethics Committee with date and number 08.06.2018/872 and supported by Istanbul University Scientific Research Projects Unit (Project no: TDK-2018-32544). Wet laboratory studies of WES and whole mtDNA sequencing with the new generation sequencing method were performed on the Thermo Scientific™ Ion Gene S5 System platform in the Medical Genetics AD laboratory of Istanbul University, Istanbul Faculty of Medicine. For mtDNA long PCR, 4 pairs of primers were designed to fragmentally amplify mtDNA consisting of 16,569 base pairs. After sequencing, data were analyzed by automatically transferring to Ion Reporter™ software via Torrent Suite™ software using the IonReporterUploader plug-in.
Results
According to the results of molecular analysis, three of them were mtDNA (MT-ATP6 and MT-TL1) and nine were nuclear (TK2, POLG, EARS2, AARS2, MICOS13, NDUFAF6, FBXL4, ECHS1, OXCT1) and eight of them were novel, detected in mitochondrial disease-related genes. 14 pathogenic variants were reported. Segregation studies confirmed the gene-disease relationship in accordance with the inheritance model. In one case, the c.260C>T (p.Thr87Ile) change detected in the COX10 gene and reported as VUS in the literature could not explain the etiology because it was also detected as homozygous in the healthy sibling. 50% of the selected cohort resulted in mitochondrial disease (15/30, 50%) and 20% (6/30) resulted in Limb Girdle Muscular Dystrophy with known mutations in CAPN3, DYSF, TCAP genes. The molecular basis of 30% (9/30) of the cases could not be elucidated. With the bigenomic next-generation sequencing approach strategy (WES and mtDNA) applied to this cohort, which included 30 affected cases from 24 unrelated families, a diagnostic success rate of 67% (16/24) on an index basis and 70% (21/30) on a patient basis was achieved (Figure one).
Discussion and Conclusion
The increasing use of new generation sequencing techniques in routine laboratories has increased the diagnostic success of mitochondrial diseases, and the non-invasive, bigenomic sequencing approach has led to a change in the algorithm as the step before biopsy in the diagnosis of mitochondrial diseases. Biochemical and pathological examinations requiring muscle biopsy are now performed in unresolved cases or when the diagnosis is not clear after NGS studies (4).
In this last decade, where molecular knowledge about mitochondria is increasing, the concept of "Mitochondrial Disease" is being reconsidered and a new classification system based on genetic origin rather than biochemical deficiency is proposed (5). The increasing use of NGS in the diagnosis of patients with clinical findings suggestive of mitochondrial dysfunction is also clarifying the molecular etiology of other single gene diseases, especially those with neuromuscular findings.
In diagnostic studies conducted by various groups in recent years, the success rate of NGS varies between 45% and 77%. Similar to our results, some studies appear to provide molecular diagnosis for non-mitochondrial diseases due to clinical overlap. In these studies, the diagnostic yield and the detection rate of causative pathogenic variants in non-mitochondrial disease-related genes are respectively; 68% (80/117) and 15% (18/117) (3), 45.70% (53/116) and 9.48% (11/116) (4), 57% (16/28) and 42% (12) /28) (6), 59.3% (67/113) and 17% (19/113) (7), 77.9% (46/59) and 28.8% (17/59) (8) It was reported as.