NGS i sjukvård next generation sequencing Jan Söderman Medicinsk diagnostik Länssjukhuset Ryhov Jönköping CREDIT: Peter & Maria Hoey / www.peterhoey.com The ultimate genetic test, Science 336: 1110-1112, 2012
Varför NGS? Sjukdom & behandlingssvar påverkas av komplexa samband Barrenas et al., PLoS One 4(11): e8090, 2009 Maiti & Nath, Autoimmun Rev. 2012 Sep 18., [Epub ahead of print] Rossin et al., PLoS Genet 7(1): e1001273, 2011
Varför NGS? celiaki Riskanlagsområden kan hysa flera oberoende riskvarianter Trynka et al., Nat Genet 43: 1193-201, 2011 Klan-genomik kan bidra till sjukdomsrisk, dvs unika kombinationer av nyligen uppkomna, ovanliga varianter kan vara kausala Lupski et al., Cell 147: 32-43, 2011
Grundläggande flödesschema för NGS Loman et al. Nat Biotechnol 30: 434-9, 2012
454 sequencing Roche Mardis ER, Annu Rev Genomics Hum Genet 9: 387-402, 2008
454 sequencing Roche Mardis ER, Annu Rev Genomics Hum Genet 9: 387-402, 2008
454 sequencing Roche Mardis ER, Annu Rev Genomics Hum Genet 9: 387-402, 2008 Mardis ER, Trends Genet 24: 133-41, 2008
Datakvalitet, mappning, alignment, variantanalys 35 Mb 600 Gb att analysera
NGS-tillämpningar Genom de novo sekvensering eller re-sekvensering av hela genom riktad sekvensering exome-sekvensering (kodande varianter / mutationer) djupsekvensering (ex. somatiska mutationer i cancer exoner ) identifiering av riskanlag i GWAS regioner Transkriptom genuttryck från hela genomet identifiering av transkriptvarianter identifiering av nya gener Metagenom extraktion och analys av DNA direkt från mikrobiella samhällen, ex. tarmfloran Epigenom analys av protein-dna interaktioner genom sekvensering av immunoprecipiterat kromatin (ChIP-seq) sekvensering för metyleringsstatus
NGS i sjukvården Sequencing sets of genes is already being used to guide cancer treatment, and... Clinical sequencing programmes aimed at identifying the causes of rare genetic diseases, mostly in children, are also being set up. so far, about half of the 10 patients who have come through his programme have received a diagnosis. Wayne Grody, medical director of UCLA's clinical sequencing programme which began offering clinical sequencing in 2009, says that a whole genome yields a diagnosis in about 40% of cases. In some instances, the diagnosis can lead to a treatment. More often, she says, sequencing reveals a rare and untreatable mutation. Tina Hambuch, scientific liaison at Illumina Hayden EC. Sequencing set to alter clinical landscape. Nature 482: 288, 2012
Pojke med aggressiv och behandlingsrefraktär inflammatorisk tarmsjukdom Debuterar vid 15 månaders ålder med perianala abscesser & proktit, och som utvecklas till att inkludera hela kolon, fistlar, sepsis, ileit Olika kirurgiska & medicinska behandlingar under 3 års tid, utan att kunna kontrollera sjukdomen. Misstänkt immunbrist, med påverkade immunologiska labb-värden. Inledande genetiska tester dock normala. Övervägt allogens stamcellstransplantation (ASCT), men bedöms vara för sjuk och säker diagnos saknas. Exome-NGS för diagnos. Letar lågfrekvent, recessiv mutation. Hittar 16 124 varianter (ca. 100 bedöms falska), varav 1 527 nya, och 7 158 påverkar proteinkodningen. 83 gener bar på homo- / hemizygota eller sammansatt heterozygota varianter som bedömts skadliga med PolyPhen. Av dessa kvarstod XIAP (X kromosomal) som en trolig kandidat efter ytterligare analys. Defekt XIAP ger ökad apoptos, & hög risk för död som följd av hemofagocyterande lymfohistiocytos (& okontrollerad inflammation). Beslutsgrund för ASCT. Inga tecken på GI-symtom 5 månader efter ASCT. Worthey et al., Genet Med 13: 255-62, 2011
APL med god chans till komplett remission eller AML med riskcytogenetik Kvinna med misstänkt akut promyelocytleukemi (APL; PML-RARA fusion). Inleder behandling med cytostatika & retinolsyra (god chans till komplett remission vid APL). Inledande behandling avbröts då cytogenetik / FISH inte kunde påvisa PML-RARA fusion utan en ogynnsam cytogenetik för akut myeloisk leukemi (AML). Överväger ASCT. Helgenom NGS för att lösa problemet kring val av behandling. Inom en kliniskt relevant tidsram (7 v) identifierades och validerades en klassisk PML-RARA fusion orsakad av en insertion (istället för en translokation). Alternativa laboratoriemetoder hade kunnat användas, men dessa är arbetskrävande och behöver designas för aktuella frågeställningar. Helgenom NGS är till designen allmängiltig, och kunde även belysa cytogenetiken i övrigt. NGS & analys tog 25 dagar, och valideringen 27 dagar (flaskhals). Welch et al., JAMA 305: 1577-84, 2011
Diagnos av genetiska sjukdomar inom 50 h? Effektiv / delvis effektiv behandling finns för ~500 av ~3 500 genetiska sjukdomar med känd orsak. För att vara kliniskt användbar behövs en snabb diagnostik vid neonatal-iva. Differentialdiagnos inom 50 timmar med hjälp av helgenom NGS (~40x täckning). Avgränsning till ~600 sjukdomar med pediatriska symtom och etablerad genetik. Prioriterad genlista med hjälp av ett nytt verktyg för korrelation av kliniska data och gener (SSAGA, symptom- and sign-assisted genome analysis). Automatiserad bioinformatik för base calling, alignment, variantdetektion & prioritering av varianter (allelfrekvens & funktionell konsekvens). Retrospektivt bekräftades känd molekylär diagnos hos två barn Prospektivt erhölls: definitiv molekylär diagnos (utifrån prioriterad genlista) hos ett barn trolig molekylär diagnos hos två barn (fick leta utanför prioriterad genlista) ingen molekylär diagnos för ett barn Saunders et al., Sci Transl Med 4: 154ra135, 2012 Dr. Stephen Kingsmore, Children s Mercy Hospital and Clinics, www.youtube.com/watch?v=4idnkdke3po
Tack!