Klinisk genetik og genomet

Anvendelse af next generation sequencing (NGS) giver helt nye muligheder for udredning af genetiske sygdomme og rådgivning af patienter og deres familier. Den gendiagnostiske proces har ofte været en odyssé, hvor den genetiske analyse omfattede et gen ad gangen, og hvor klinikken og stamtræet var retningsgivende for valget af det analyserede gen. Denne proces var både tidskrævende og omkostningstung og desuden begrænset af, at det valgte gen blev defineret ud fra kendt viden om relation til sygdom. I dag er det muligt at analysere alle kodende gener ved exomsekventering af exomet, og analyse af hele genomet ved genomsekventering vil også blive en mulighed inden for en årrække [1]. Hvis man har mistanke om, at der er tale om et konkret syndrom, er det fortsat bedre og billigere at undersøge det eller de relevante gener. Præcis diagnostik medfører mere nøjagtig vurdering af familien, mht. hvilke sygdomme de måtte have øget risiko for, og det giver også bedre muligheder for forebyggelse (herunder prænatal diagnostik og præimplantationsdiagnostik) og individualiseret behandling.

EXOMSEKVENTERING

Fordelene ved at anvende exomsekventering i den diagnostiske proces er hurtigere fastlæggelse af diagnosen og billigere pris end flere enkeltgenanalyser, især ved tilstande med betydelig genetisk heterogenitet og/eller hvor patientens symptomer ikke passer ind i et kendt klinisk billede.

I 2011 publiceredes et eksempel på, at exomsekventering også for enkeltindivider har behandlingsmæssige konsekvenser [2]. En dreng havde svær og livstruende Crohnlignende sygdom og havde været igennem mere end 100 indgreb og kemoterapi samt adskillige enkeltgenanalyser, uden at man var nået frem til en diagnose. Der blev derfor lavet exomsekventering, og der blev påvist 16.124 varianter. Der blev påvist en mutation i genet XIAP på X-kromosomet, hvilket medfører en kendt immundefektsygdom. Man havde bare ikke tidligere erkendt, at den kunne give tarminflammation. Drengen blev efterfølgende knoglemarvstransplanteret – og rask.

Vi har selv på vores afdelinger eksempler på måske mindre mirakuløse sager, men tilfælde, hvor exomsekventering har ledt til fastlæggelse af diagnosen. Vi har haft sager, hvor der er fundet mutationer i kendte gener, hvilket der ikke var mistanke om ud fra klinikken. Vi har haft sager, hvor der i gener er fundet nyopståede mutationer, som vi ikke kender betydning af, og tilfælde med mutationer i to gener, hvor det er svært ud fra klinikken at afgøre, hvilket gen der kan forklare patientens symptomer. Desuden har vi haft cases, hvor vi trods kæmpe arbejdsindsats med exomsekventering hos endda flere familiemedlemmer ikke er kommet igennem med en diagnose. Yang et al [3] fandt den korrekte diagnose hos 25%, andre har fundet den korrekte diagnose hos op til 50% [4]. Forskellen kan nok forklares ud fra, hvor god man er til at udvælge de tilfælde, hvor brug af exomsekventering er oplagt – det foregår bedst i multidisciplinære sammenhænge. Der er en række sygdomme, hvor exomsekventering ikke er så oplagt. F.eks. er teknologien ikke så velegnet til trinukleotid-repeat-sygdommene som f.eks. Huntingtons sygdom. Sygdomme med større genomiske rearrangementer/aneuploidier, pseudogener eller epigenetiske ændringer er andre udfordringer, og så er der gener, der bare dækkes dårligt med exomsekventering. Endnu.

Dog har teknologien også en ikke ubetydelig række af ulemper.

UVENTEDE OG UTILSIGTEDE FUND

I gener, som ikke er relateret til fænotypen/symptomer, kan der gøres uventede/utilsigtede fund. Yang et al [3] fandt i de første 250 exomsekventeringer, de udførte, utilsigtede fund med klinisk betydning hos 30 patienter (12%). Heraf var ni blandt de 56 gener, som American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) anbefaler, at man ved exomsekventering altid analyserer, fortolker og giver explicit tilbagemelding for [5].

Ydermere var 13 af de 250 patienter også anlægsbærere for en af de recessive sygdomme på ACMG’s liste. Penetransen af mutationer i sådanne gener forventes at være lavere, idet denne kohorte ikke er selekteret på baggrund af sygdom, som er relateret til disse gener. Dette betyder, at det på baggrund af den påviste mutation vil være vanskeligt at estimere, hvor stor risikoen for sygdom er. Et eksempel er vurderingen af en ung BRCA1-positiv kvindes livstidsrisiko for at få mammacancer. Denne risiko varierer fra 57% til over 80%, afhængigt af om den baseres på en metaanalyse eller analyse af en selekteret risikogruppe [6, 7].

Fænotypen for »nye« gener er ufuldstændigt beskrevet, hvorfor der endnu ikke foreligger tilstrækkelig evidens for spektret af den afledte sygdomsrisiko (fænotypisk spektrum). Dette vil sige, at der er mangelfuld viden om, hvilke sygdomme der indgår i det pågældende genetiske syndrom.

Der er ufuldstændig evidens om den optimale kliniske intervention, hvilket kan føre til opportunistisk screening.

VARIANTER I »KENDTE« GENER

Varianter i »kendte« gener, hvor effekten er ukendt, kaldes variants of unknown significance (VUS). Der er et stort udækket behov for funktionelle analyser, så den biologiske effekt af VUS kan belyses. Derudover er den kliniske effekt (sygdomsrisiko) af VUS endnu vanskeligere at bestemme. Det kan ikke afvises, at påvisning af VUS kan medføre et ønske fra patienterne om klinisk intervention, selv om der ikke er evidens herfor.

Usikkerhed i fortolkning af genvarianter

Der kan opstå usikkerhed i fortolkning af genvarianter, som skyldes variationer i DNA mellem populationer. Disse benævnes enkeltnukleotidvarianter (SNV) [8, 9]. Exomet udgør kun 1-2% af det totale genom, men indeholder ca. 20.000 SNV i et individ. Heraf vil ca. 500 SNV have en meget lav frekvens, og nogle af disse vil endda være »private«, hvilket vil sige, at de ikke tidligere er fundet hos andre individer. Disse sjældne SNV kan være potentielle sygdomsrelaterede mutationer, men de fleste vil ikke medføre øget risiko for sygdom. SNV, som forekommer med samme frekvens i en kontrolpopulation, vil typisk blive vurderet som polymorfi og dermed ikke som værende relateret til sygdom.

Det kan dog ikke afvises, at sådanne hyppige SNV kan medføre sygdomsrisiko, som »bare« er lavere end risikoen ved højpenetrante genmutationer, som er relateret til monogene sygdomme.

Betydning for familiemedlemmer

De påviste mutationer har oftest betydning for familiemedlemmer. De er således ikke begrænset til den pågældende, som ønsker diagnostisk afklaring, men kan have en sundhedsmæssig konsekvens for slægtninge. Det gælder også genetiske fund, som ikke er sygdomsrelateret som f.eks. nonpaternitet og konsangvinitet.

Ufuldstændig dækning af den kodende del af genomet

Exomsekventering skal opfattes som en screening af de kodende regioner, men der er varierende dækning af sekvenserne.

Bioinformatik/dataopbevaring

De meget store datamængder giver udfordringer både mht. tolkning af data og datafiltrering (bioinformatik). Hvem ejer data – kan patienten kræve at få udleveret egne rådata? Og hvem har ansvar for løbende at opdatere data fra den enkelte patient, når/hvis der opstår ny viden om sammenhæng mellem genvarianter og sygdom?

HVORDAN HÅNDTERER VI DISSE UDFORDRINGER?

I klinisk genetik er der mange års erfaringer med utilsigtede fund fra både kromosomundersøgelser og genombaserede mikro-arrays. Her er det også vigtigt med databaser – nationale (Dansk Cytogenetisk Centralregister, DCCR) og internationale (Decipher ogInternational Standards for Cytogenomic Array) for at sikre hurtig vidensdannelse om betydningen af sådanne fund. I klinisk genetik anbefaler man samme tilgang til exomsekventering og kræver, at resultater fremover indberettes til DCCR.

Rådgivning af patienterne før og efter exomsekventering varetages typisk i klinisk genetik. Som led i denne rådgivning optages en grundig familieanamnese med optegning af stamtræ, systematisk beskrivelse af patientens fænotype, forsøg på fastlæggelse af diagnose ved litteraturstudier/syndromdatabaser og informeret samtykke. Familieanamnesen er også væsentlig ved fastlæggelse af analysestrategi: Leder man efter en ny dominant mutation, vil en såkaldt trioanalyse med analyse af det syge barn sammen med forældrene være en oplagt strategi for at identificere en nyopstået mutation, som kun findes hos det syge barn. Ved autosomalt recessive tilstande er det relevant hos barnet at lede efter varianter i homozygot form, som er til stede i heterozygot form hos begge forældre. Ved nedarvede dominante tilstande er det relevant at undersøge fjerne slægtninge med samme fænotype, hvilket optimerer det bioinformatiske arbejde med datafiltrering.

Dansk Selskab for Medicinsk Genetik har udarbejdet en fælles patientinformation og samtykkeerklæring, som løbende vil blive justeret (Figur 1). Denne samtykkeerklæring kan anvendes som en god støtte til den samtale, som bør foretages, før det besluttes, om analysen skal iværksættes [9]. Her er det vigtigt, at patienten forstår, hvilke konsekvenser en exomsekventering kan få for både individet og hele familien [10]. Denne fremgangsmåde er i overensstemmelse med anbefalingerne i Det Etiske Råds redegørelse over genomundersøgelser fra 2012 [11].

Det er også vigtigt at aftale, hvilke gener patienten og hans/hendes familie ønsker tilbagerapportering om. Skal det kun være gener, som kan forklare patientens symptomer – eller skal det også være andre gener, hvor indgriben giver mulighed for at forbedre overlevelsen [12, 13]? Eller skal det være alle gener – også dem, der koder for sygdom, hvor forebyggelse ikke er muligt i dag? I praksis kan det være vanskeligt at skelne disse situationer fra hinanden. Hvis patienten har frabedt sig tilbagerapportering om gener, som hos slægtninge kan medføre sygdom, som kan forebygges – er det så etisk forsvarligt at tilbageholde denne information? ACMG har for nylig publiceret opdaterede guidelines om informeret samtykke, hvor man anbefaler tilbagerapporteringspligt for 56 specifikke gener [5]. Dette har medført en heftig etisk debat [14], og der er fra den 1. april 2014 indført mulighed for at fravælge denne tilbagerapporteringspligt.

FOSTERUNDERSØGELSER

Exomteknologien er også på vej ind i fosterdiagnostikken. I dag kan foregå ved exomsekventering af fostre fra aborter, hvor man har mistanke om arvelige syndromer med betragtelig gentagelsesrisiko. Nu arbejdes der på at indføre teknologi i Danmark til at undersøge små mængder delvist nedbrudt foster-DNA i kvindens blod (noninvasiv prænatal test (NIPT)). Her sekventeres tusindvis af små stykker DNA, for at man kan identificere, hvor DNA-stykket kommer fra. Tælles der nok stykker, vil man f.eks. kunne se, at der er signifikant flere stykker fra kromosom 21 end fra de andre kromosomer, og at fostret derfor har trisomi 21 (Downs syndrom). Dette gælder også for andre trisomier som f.eks. 13 og 18. Den nuværende risikovurdering i første trimester forventes at blive suppleret med NIPT inden for det næste år for både aneuploidi og sygdomsrelaterede deletioner/duplikationer hos fostre (Figur 2).

GENETIK OG SAMFUNDET

Der er mange uafklarede juridiske og etiske forhold i forbindelse med exom- og genomsekventering, og i Det Etiske Råds redegørelse om genomundersøgelser diskuteres en lang række af disse etiske problemstillinger [11]. Blandt andet er der her påpeget problemet med lagring af, råderet over og adgang til genomdata. Det Etiske Råd anbefalede, at genomundersøgelser til diagnostiske formål kun bør anvendes, hvis metoden forventes at indebære markante og konkrete sundhedsmæssige fordele for den undersøgte sammenlignet med andre metoder. Patienters ønsker om tilbagemelding vedr. tilfældighedsfund bør altid afklares i sammenhæng med det informerede samtykke, før undersøgelsen indledes. Hvis en patient har frabedt sig bestemte typer af information om tilfældighedsfund, bør det tilstræbes, at de slet ikke tilvejebringes, dels for at begrænse mængden af information, som lægen, men ikke patienten, kender, dels fordi lagringen af store mængder personlig information kan kompromittere den undersøgtes ret til privatliv. Det Etiske Råd anbefaler et lovgivningsmæssigt krav om uvildig og fyldestgørende genetisk rådgivning og information før og efter undersøgelsen.

Det er vigtigt at opsamle viden og erfaringer fra forskningsprojekter med de sjældne syndromer, inden bred klinisk anvendelse tages i brug. I Storbritannien har man påbegyndt Genomics England, som ejes af det engelske sundhedsministerium, og undersøgelsen udføres i tæt samarbejde med de involverede forskere og klinikere samt det offentlige sygehusvæsen [15].

Planen er at genomsekventere 100.000 patienter med sjældne sygdomme, cancer eller immundefekter inden 2017. Ved denne tilgang sikres dybere forståelse for mange af de ovenfor skitserede problemstillinger såsom karakterisering af VUS og SNV samt mulighed samt udvikling af nye terapeutika.

Korrespondance: Anne-Marie Gerdes, Klinisk Genetisk Klinik, Rigshospitalet, Blegdamsvej 9, 2100 København Ø. E-mail: anne-marie.gerdes@regionh.dk

Antaget: 3. september 2014

Interessekonflikter: