Informatie

30.7: Huidige onderzoeksrichtingen - Biologie


Een huidige uitdaging in de medische genetica is die van de vertaling. We verwachten daarom dat GWAS een groot potentieel heeft in het begeleiden van therapeutische ontwikkeling.

Een nieuwe tool in onze zoektocht naar meer inzicht in genetische verstoringen is next generation sequencing (NGS). NGS heeft het sequencen van het genoom van een individu tot een veel minder kostbare en tijdrovende taak gemaakt. NGS heeft verschillende toepassingen in de context van medische genetica, waaronder exoom/genoomsequencing van zeldzame en ernstige ziekten, evenals exoom/genoomsequencing voor de voltooiing van allelische architectuur op GWAS-locis. NGS heeft echter op zijn beurt geleid tot nieuwe uitdagingen op het gebied van berekening en interpretatie.

Een toepassing van NGS bij de studie van ziekten bij de mens is de identificatie en karakterisering van varianten van functieverlies (LoF). LoF-varianten verstoren het leeskader van eiwitcoderende genen en zullen daarom naar verwachting van wetenschappelijk en klinisch belang zijn. De identificatie van deze varianten wordt echter bemoeilijkt door fouten bij het automatisch aanroepen van varianten en genannotatie. Veel vermeende LoF-varianten zijn daarom waarschijnlijk vals-positieven. In 2012 MacArthur et al. uiteengezet om een ​​strikte reeks LoF-varianten te beschrijven. Hun resultaten suggereren dat de typische menselijke genomen ongeveer 100 LoF-varianten bevatten. Ze presenteerden ook een methode om kandidaatgenen te prioriteren als functie van hun functionele en evolutionaire kenmerken [24].

Het MacArthur-lab is ook betrokken bij een voortdurende inspanning van het Exome Aggregation Consortium om een ​​catalogus samen te stellen van menselijke eiwitcoderende variaties voor datamining. Momenteel bevat de catalogus sequentiegegevens van meer dan 60.000 personen. Dergelijke gegevens maken de identificatie mogelijk van genen die significant ontbreken in functionele coderingsvariatie. Dit is belangrijk omdat wordt verwacht dat genen die onder uitzonderlijke druk staan ​​schadelijk zijn. Op basis van dit principe, Samocha et al. waren in staat om 1000 genen te identificeren die betrokken zijn bij autismespectrumstoornissen die significant ontbraken in functionele coderingsvariatie.

Dit werd gedaan met behulp van een statistisch raamwerk dat een model van de novo-mutatie beschreef [32]. Ook De Rubeis et al. waren in staat om 107 genen te identificeren onder uitzonderlijke evolutionaire beperking die voorkwam bij 5% van de autistische personen. Veel van deze genen bleken te coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij transcriptie en splitsing, chromatine-remodellering en synaptische functie, waardoor ons begrip van het ziektemechanisme van deze varianten wordt verbeterd.

NGS kan ook worden gebruikt om zeldzame en ernstige ziekten te bestuderen, zoals in het geval van de DGAT1-mutatie. In een onderzoek van Haas et al. werd exome-sequencing gebruikt om een ​​zeldzame splitsingsplaatsmutatie in het DGAT1-gen te identificeren. Dit had geleid tot aangeboren diarreestoornissen bij de kinderen van een gezin van Asjkenazisch-joodse afkomst [13]. In dit geval had sequencing niet alleen therapeutische toepassingen voor het overlevende kind, maar verschafte het ook inzicht in een lopend klinisch onderzoek naar DGAT1-remming.

Hoewel NGS ons in staat stelt zeer penetrante varianten te bestuderen die resulteren in ernstige Mendeliaanse ziekten, zijn er ook genetische studies die hypothesen voor interventie opleveren. Een voorbeeld hiervan is de ontdekking van SCN9A. Het volledige functieverlies van SCN9A, ook bekend als NaV1.7, resulteert in aangeboren onverschilligheid voor pijn. Dit heeft geresulteerd in de ontwikkeling van nieuwe analgetica waarvan de effectiviteit die van morfine overtreft, zoals in het geval van μ-SLPTX-Ssm6a, een selectieve NaV1.7-remmer [35]. Een ander voorbeeld is de functieverliesvariant van PCSK9, die LDL verlaagt en beschermt tegen coronaire hartziekte. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van PCSK9-remmer REGN727, waarvan is aangetoond dat deze veilig en effectief is in fase 1 klinische paden [6].

NGS is ook belangrijk voor het in kaart brengen van loci die zijn geïdentificeerd in GWAS-onderzoeken. GWAS-onderzoeken uit 2010 waarbij naar de ziekte van Crohn werd gekeken, impliceerden bijvoorbeeld een regio op chromosoom 15 die meerdere genen bevat. Na fijnmapping was het International Inflammatory Bowel Disease Genetics Consortium (IIBDGC) in staat om de associatie te verfijnen tot een SMAD3 niet-coderende functionele elementen. Een ander voorbeeld is een studie van Farh et al. waarin gekeken werd naar mogelijke causale varianten voor 21 auto-immuunziekten. Ze toonden aan dat 90% van de causale varianten niet-coderend zijn, maar dat slechts 10-20% de bindingsmotieven van de transcriptiefactor verandert, wat impliceert dat de huidige genregulerende modellen het mechanisme van deze varianten niet kunnen verklaren [9]. Tot slot een studie van Rivas et al. die een diepe resequencing van GWAS-loci in verband met inflammatoire darmaandoeningen analyseerde, vond niet alleen nieuwe risicofactoren, maar ook beschermende varianten. Een beschermende splice-variant in CARD9 die voortijdige afknotting van eiwitten veroorzaakt, bleek bijvoorbeeld sterk te beschermen tegen de ontwikkeling van de ziekte van Crohn [31].