Institut für Medizinische Genetik Entwicklungsstörungen und Intelligenzdefekte im Licht neuer gendiagnostischer Verfahren Prof. Dr. med. Anita Rauch Seite 1 Häufigkeit von Intelligenzminderung (ID) IQ Zigler Science 1967 2-3% Häufigkeit ~15% mittel-schwer
Warum ist eine genaue Diagnose wichtig? Prognose Komorbidität Verminderte Kommunikationsmöglichkeiten Krankheitsmanagement Gezielte Organüberwachung Gezielte Medikation Wiederholungsrisiko Empirisch 8,4% Spezifische Therapie? 13.03.2013 Anita Rauch Seite 3 Warum ist eine Diagnosestellung so schwierig? Ursachen von geistiger Behinderung: extrem heterogen ~10 % Down Syndrom ~5 % erkennbare Chromosomenerkrankungen ~10 % Klinisch erkennbare monogene Erkrankungen > 400 verschiedene Gene 1-5% Stoffwechselerkrankungen ~1-2 % erworbene Störung Klinische Diagnose in ca. 25% 13.03.2013 Nach Rauch et al. Am J Med Genet 2006 Seite 4
Erste Genomweite Analysen: Karyotyp und Array- Diagnostik 60% der ID Fälle bleiben ungeklärt 13.03.2013 Anita Rauch Seite 5 Next Generation Sequenzierung 13.03.2013 Metzker et al. 2010 Seite 6
«Next generation sequencing» Genomweite und gezielte Sequenzierung 3 Mrd Bp 13.03.2013 Bamshad et al. Nat Rev Genet 2011 Seite 8
Exom = kodierender Anteil des Genoms ca. 21 000 Gene 13.03.2013 Seite 9 Problem: ~20 000 Exom-Varianten pro Individuum Filter gegen dbsnp und andere Populationsdatenbanken Cave klinisch relevante SNPs = Mutationen in db SNP Inbesondere rezessive Mutationen können häufig sein Bsp. TAR-Syndrom: Radiusaplasie, Herzfehler, Thrombozytopenie - Klopocki et al. 2007: 1q21.1 del, in 80% vererbt - Albers et al. 2012: autosomal rezessiv MAF 0.4% MAF 3% Aus Klopocki et al. 2007, AJHG 13.03.2013 Anita Rauch Seite 10
Zahlreiche neu aufgeklärte Gendefekte 13.03.2013 Anita Rauch Seite 11 Strategien zur Identifizierung der Krankheitsmutation Sporadischer Fall Familiärer Fall 13.03.2013 Topper et al. Clin Genet 2011 Seite 12
Bei uns v. a. sporadische ID 0.4 1.7 2.1 Affected Siblings Consanguineous parents 95.8 Skewed X-inactivation Sporadic 13.03.2013 Rauch et al. Am J Med Genet 2006 Seite 13 Exomsequenzierung von 51 Patienten mit sid German MRNET Verbundprojekt + SNF Exomsequenzierung Agilent sureselect 50 Mb Kits (> 20 965 Gene) Trio-Analyse de novo Mutationen X-chromosomal mütterlich vererbt Homozygote Mutationen Compound heterozygote Mutationen Überprüfung aller Varianten mit Sanger-Seq. 13.03.2013 Seite 14
Vierfeldertafel der Evidenz Trunkierende Mutation in bekanntem Krankheitsgen Missense Mutation in bekanntem Krankheitsgen Variante wirklich Mutation? Bioinformatische Vorhersage in je 30% falsch positiv und falsch negativ Variante wirklich Mutation? Gen wirklich dominant und für Phänotyp verantwortlich? Trunkierende Mutation in neuem Kandidatengen Missense Mutation in neuem Kandidatengen Gen wirklich dominant und für Phänotyp verantwortlich? 13.03.2013 Anita Rauch Seite 15 Neumutationen bei 51 Patienten mit ID 32 % bekanntes ID-Gen Homology Modelling für Missense Mutationen 23 % Mutation in sehr wahrscheinlich neuem ID-Gen Gehirnexpression, Genfunktion, Überlapp mit Deletionen, Haploinsuffizienz-Parameter 55 % der Patienten Krankheitsursache auf Anhieb geklärt 33 % de novo in möglichen weiteren neuen Kandidatengenen Mosaik de novo, compound heterozygot oder X-linked vererbt Rauch et al. The Lancet 2012 13.03.2013 Anita Rauch Seite 16
Falsch negativen Rate? Neveling et al. Hum Mutat 2012 (Nijmegen) 111 Netzhaut Gene Pro Patient ~1200 Varianten Nach Filterung 0-9/Patient Mutation in 36 von 100 Patienten mit Retinitis pigmentosa 17% falsch negative unter 24 Kontrollmutationen 13.03.2013 Anita Rauch Seite 17 Anreicherungsproblem Exome target coverage of 30 Illumina, 60 Agilent and 68 Nimblegen; WGS 35 mean genomic coverage 13.03.2013 Clark et al. Nat Biotech 2011 Seite 18
Korrelation Sequenziertiefe vs. Detektionsrate Disease N Estimated disease causing mutations Median fold coverage Rauch et al. Lancet 2012 Severe ID 51 55% 112 De Ligt et al. NEJM 2012 Severe ID 100 35% 64 Iossifov et al. Neuron 2012 ASD 343 16% nn Sanders et al. Nature 2012 ASD 200 14% nn O`Roak et al. Nature 2012 ASD 189 30% nn Neale et al. Nature 2012 ASD 175? nn 13.03.2013 Anita Rauch Seite 19 Zusammenfassung NGS-Diagnostik bei heterogenen Erkrankungen Potentes Werkzeug Neue Krankheitsentitäen Erweiterung klinisches Spektrum Genpanels vs. Exom vs. Genom Qualitätsstandards Falsch Negative? Problem Variante vs. Mutation? Was tun mit Zufallsbefunden 13.03.2013 Anita Rauch Seite 20