Postępy w diagnostyce

genetycznych przyczyn

zaburzeń ze spektrum autyzmu

dr n. med. Krzysztof Szczałuba

krzysztof.szczaluba@gmail.com

Plan • Cele diagnostyki genetycznych przyczyn

ASDs

• Najnowsze techniki diagnostyczne

• Markery kliniczne

• Rekomendacje w praktyce klinicznej

• Częstsze problemy kliniczne (przykłady)

OBJAŚNIENIA

aCGH – Porównawcza Hybrydyzacja Genomowa do

Mikromacierzy

NGS – Sekwencjonowanie Nowej Generacji

Cele diagnostyki genetycznych

przyczyn ASDs • Wiedza istotna dla rodziców: 74% (31/42)

[Genet Med, 2013] oraz 80% (129/162) [Front Pediatr, 2014] za (wczesna interwencja, planowanie rodziny, modyfikacja sposobu postępowania) ale tylko 26% miało wykonane badanie [Front Pediatr, 2014]

• ‘Treatable genes’? → ‘Actionable genes’

• Większość mutacji identyfikowanych nowoczesnymi technikami to mutacje ‘de novo’ [NEJM, 2013]

• Poszerzenie wiedzy o przyczynach ASDs

Genetyka ASDs – strategia działania

zmienność genetyczna

CD – RV del/dup 15q11q13 del/dup 16p11.2 SHANK3 etc.

CD – CV nieznane i/lub domniemane warianty

Genetyczne uwarunkowanie ASDs

- hipotezy

• CD-CV (common disease-common variant): rola częstych wariantów genetycznych (alleli) o indywidualnie małej sile oddziaływania

(bliscy krewni = wyższe ryzyko ASDs, łagodne spektrum ASDs u krewnych)

• CD-RV (common disease-rare variant): rola rzadkiej zmienności = mutacji genowych /aberracji chromosomowych de novo

(wczesny początek, +NI, duże różnice współczynników zgodności MZ/DZ)

Techniki diagnostyczne w ASDs

• analiza molekularna pojedynczego/-ych genu/-ów mutacja genowa

• analiza kariotypu aberracja chromosomowa

---------------------------------------------------------------

• cytogenetyka molekularna (m.in. aCGH) mikroaberracja chromosomowa

• sekwencjonowanie genomowe (panele wielogenowe,WES,WGS) mutacja genowa

ASDs - diagnostyka

• 10-20% - znane podłoże genetyczne

(głównie CD-RV)

• Mutacja genowa: z. łamliwego chromosomu X,

z. Retta, stwardnienie guzowate, PTEN,

SHANK3, NLGN, NRXN, neurofibromatoza typu

1, zespół Angelmana

• Mikro-/Aberracja chromosomowa (w

syndromicznym ASDs do 30%!)

Genet Med 13(4); 2011

Zespoły mikrodelecyjne

1q21 TAR

1q21.1 NI/Małogłowie

3q29

5q35 Sotos

7q11.23 Williams

8p23.1

15q11.2-q13 PWS/AS (BP1/2-3)

15q13.2-q13.3 NI/Padaczka(BP4-5)

16p13.11 Autyzm/NI/Schizofrenia

16p11.2 Autyzm

17p12 HNPP

17p11.2 Smith-Magenis

17q12 Cukrzyca+torbiele nerek/Autyzm

17q21.31

22q11.2 DiGeorge/VCFS

ACMG Genetics Review Course, June 2011

Zespoły mikroduplikacyjne

1q21 TAR

1q21.1 NI/Autyzm

3q29

5q35 Niskorosłość+małogłowie

7q11.23 Autyzm

8p23.1

15q11.2-q13 Autyzm (BP1/2-3)

15q13.2-q13.3 Choroby

psychiczne(BP4-5)

16p13.11

16p11.2 Autyzm

17p12 CMT1A

17p11.2 Potocki-Lupski

17q12 Padaczka

17q21.31 Zaburzenia zachowania

22q11.2 NI

+ inne hotspoty: Genet Med, 2013

Sekw

encj

a d

oce

low

a

Liczba pacjentów

WGS

WES

Panele celowane

Metoda badawcza – Metoda diagnostyczna

Udział klinicysty Markery

dgn?

?

Mniej znane podłoże problemu klinicznego

Niższy odsetek rozpoznań???

Sekwencjonowanie eksomowe w ASDs (1)

• Sporadyczne przypadki: 11/20 prawdopodobnie patogennych, w tym 4 nowe geny kandydujące [O’Roak, 2011]

• Simons Simplex Collection [O’Roak, 2012]: sporadyczne cięższe spektrum (nakładanie fenotypowe z NI) - 248 de novo w 60 genach (120 niesynonimiczne i LOF)

• Neale, 2012: model oligo- lub wielogenowy – niepełna penetracja, tylko nieco więcej nowych mutacji niż w grupie kontrolnej, ograniczona rola zmian de novo

• Cukier, 2014: rodzinne przypadki (multiplex) – 36 SNVs segregujących w 40 rodzinach

• Chahrour, 2012: warianty patogenne AR w 4 z 16 rodzin niespokrewnionych

Sekwencjonowanie eksomowe w ASDs (2) –

wnioski i ograniczenia • Znaczący efekt nakładania fenotypowego ASDs: NI,

padaczka, schizofrenia, depresja

• Lista tzw. recurrent genes i recurrent hits!

• Interakcje białkowe – modele z udziałem białek p53, FMR1, WNT i modelowanie chromatyny – genowe modelowanie funkcjonalne

• Bamshad, 2011: „Istotną zmienność genetyczną obserwuje się w eksomach całkowicie zdrowych osób. W ten sposób, każda osoba z oraz bez ASDs jest nosicielem per se około jednego wariantu de novo skracającego białko.”

• Gratten, 2013: „Zwiększenie siły badania poprzez zwiększenie liczebności kohorty do tysięcy rodzin powinno umożliwić identyfikację genów kandydujących tylko wtedy, gdy w genach tych u probandów stwierdzi się trzy lub więcej mutacje de novo utraty funkcji”

Sekwencjonowanie genomowe w ASDs

• Jiang, 2013: 6 wariantów de novo w 32 rodzinach

• Michaelson, 2012: pary bliźniąt MZ - 668 mutacji:

565 (87%) de novo i 53 (9%) prawdziwie

dodatnich(!!!) SNVs odziedziczonych od jednego z

rodziców

• Nie wiadomo jak znacząco zastosowanie WGS w

porównaniu z WES w zaburzeniach spektrum

autyzmu wpływa na zwiększenie efektywności

diagnostycznej

• Ograniczenia finansowe tego typu badań

aCGH i WES – efektywność

diagnostyczna [JAMA, 2015]

aCGH WES

Grupa badana 258 95 trios

Diagnoza (%) 24 (9,3%) 8(8,45%)

Essential autism 6,3%

Complex autism (Autyzm+)

37,5%

Sumaryczny 15/95 (15,8%)

Zmienne fenotypowe istotne diagnostycznie

(% - udział w populacji ASDs)

• Rozwój fizyczny: dysmorfia 15-20%,

wielkogłowie 35%, małogłowie 5-15%, wada

OUN 20%

• Problemy neurologiczne: drgawki 25%,

nieprawidłowe EEG 50%, zaburzenia snu 65%

• Przebieg kliniczny: wiek ujawnienia, regres

rozwojowy 30%

• Wywiad rodzinny: ASDs 25%, ch. alkoholowa

30%, ChAD 30%

Genet Med 13(4); 2011

ASDs + niepełnosprawność

intelektualna

meta-analiza 19 badań

Journal of Autism and Developmental Disorders 2003; 33(4)

ASDs - zależności fenotypowe

Genetics of MR,

SJL Knight, Oxford 2010

aCGH – efektywność diagnostyczna

Niektóre skierowania na badanie aCGH

Baylor TCM, Texas

Wrzesień 2009

Opóźnienie p-r / NI n=1711 16,65%

Wielowadzie 1503 14,62%

ASDs 643 6,26%

Drgawki / Padaczka 454 4,41%

ADHD 29 0,28%

+ dysmorfia

Gestalt na zdjęciach – próba cyfryzacji (eLife; 3: e02020)

• Dysmorfia twarzy – 30-40% zespołów genetycznych

• Model komputerowy dopasowujący gestalt do zdjęć typowych twarzy w 91 zespołach; 36 punktów (7 żuchwy, 6 ust, 7 nosa, 8 oczu, 8 brwi)

• Implikacje proteomiczne (sieci białkowe)

• Inne publikacje: głównie Hammond, Arch Dis Child 2007, AJHG 2005, Hum Mutat 2012

Autyzm vs Autyzm+

Autyzm = 187 (80%) Autyzm+ = 46 (20%)

Płeć M/F 6.5:1 (162:25) 3.2:1 (35:11)

Średnie IQ/IR (SD) 70.4 (25.4) 53.1 (22.8)

Drgawki 17% (31/187) 39% (18/46)

Nieprawidłowe EEG 30% (32/107) 46% (12/26)

Wada OUN 13% (15/122) 28% (8/29)

Diagnoza syndromiczna 0% (0/187) 24% (11/46)

(sprzed ery aCGH/WES)

Ryzyko powtórzenia podwyższone de novo

Am J Med Genet 135A, 2005

Dziecko autystyczne w praktyce

specjalisty genetyki klinicznej

• Autyzm+ (complex) vs. Autyzm (essential)

• Autyzm+ 20-30% ASDs, markery kliniczne

(m.in. dysmorfia, małogłowie), gorsze

rokowanie, niższa proporcja M/F, niższe ryzyko

powtórzenia, nieobciążony wywiad rodzinny

Efektywność diagnostyczna w grupie autyzm+

do 30%

ASDs – diagnostyka genetyczna

(rekomendacje Baylor, TCM 2008)

• kariotyp – wszyscy chorzy

• aCGH – wszyscy chorzy

• FRAX – wszyscy chorzy

• PTEN – rozważyć gdy obwód głowy >2,5SD

• MECP2 – rozważyć u płci żeńskiej

kto ma to zrobić?

ASDs – diagnostyka genetyczna

(rekomendacje ACMG 2008)

• kariotyp (5%)

• aCGH (10% - 20% - 30%!) [IMiD=12/146]

• FRAX (5%)

• PTEN (3%, gdy obwód głowy >2,5SD)

• MECP2 (5% - tylko płeć żeńska)

• inne (10%)

American College of Medical Genetics 2008

www.acmg.net

ASDs – diagnostyka genetyczna

(rekomendacje ACMG)

• kariotyp (3%)

• aCGH (10%) [IMiD=12/146]

• FRAX (1-5%)

• PTEN (5%, gdy obwód głowy >2,5SD)

• MECP2 (4% dziewczynek)

• Inne, w tym WES (10-20%)

Genet Med 2013

Zespół łamliwego chromosomu X

(FRAX)

• wykluczenie FRAX – najczęstsza(?) przyczyna

skierowań pacjentów ASDs na badania

genetyczne

• 1-3% ASDs (2004-2007)

• (2008) n=63: 60% FRAX=kryteria ASDs

• CDC 2010: +NI, wywiad rodzinny NI/FRAX

• większe prawdopodobieństwo identyfikacji

mutacji = wielkogłowie

Am J M Retard 2008; 113: 427-438

J Dev Behav Pediatr 2004; 25: 392-398

www.cdc.gov/ncbddd/autism

Przykłady kliniczne

-Kontakt wzrokowy -Wydłużony czas odpowiedzi na bodźce -„rozumieją więcej niż lekarzom się wydaje” -Body language i body contact -Intensywne stereotypie dłoni -Brain-pain-crying -Zaburzenia snu

Zespół Retta fenotyp behawioralny

Praktyka kliniczna (1)

• 24/12 chłopiec skierowany z OWI F84.9

• markery: rodowód (-), wady/anomalie (-), dysmorfia (-), opóźn r fiz (-), opóźn p-r (+), drgawki (-), wielko-/małogłowie (-)

• Autyzm vs. Autyzm+

• kariotyp/aCGH obserwacja (F84.0?F70?)

FRAX? zespół monogenowy? unknown?

Praktyka kliniczna (2)

• 24/12 chłopiec skierowany z OWI F84.9

• markery: rodowód (-), wady/anomalie (+) (hipo-/dysplazja nerek, obustr przep pachwin), dysmorfia (+), opóźn r fiz (-), opóźn p-r (+), drgawki (-), wielko-/małogłowie (-)

• Autyzm vs. Autyzm+

• kariotyp/aCGH zespół monogenowy? (Pallister-Killian s.?) rekomendacje w opiece, porada genetyczna

ASDs – wskazania do konsultacji

genetyka klinicznego

• + dysmorfia w budowie

• + wada(-y) rozwojowa(-e) / anomalie w budowie

• + niepełnosprawność intelektualna / op rozw p-r

• + wielkogłowie >3SD / małogłowie <3SD

• + wywiad rodzinny ASDs lub innych chorób

neuropsychicznych u krewnych I stopnia

• + nieprawidłowy wynik badania genetycznego

• + regres rozwojowy

Genet Med, 2008

Texas Children’s Hosp guidelines 2011

Genet Med, 2013