Imegen

Alto rendimiento diagnóstico de la discapacidad intelectual sindrómica mediante secuenciación de nueva generación

 

Francisco Martínez Castellano y Alfonso José Caro Llopis

Grupo de Investigación Traslacional en Genética

Unidad de Genética. Hospital Universitario y Politécnico La Fe. Valencia

 

Envejecer de forma sana no está asociado a las variantes genéticas relacionadas con la longevidad, pero sí a variantes que confieren susceptibilidad al Alzhéimer (como APOE) o a enfermedad coronaria. Imagen: Darryl Leja, National Human Genome Research Institute, (https://www.genome.gov).

Las tecnologías de alto rendimiento han permitido avanzar en el conocimiento de las causas genéticas de la discapacidad intelectual. Imagen: Darryl Leja, National Human Genome Research Institute, (https://www.genome.gov).

La discapacidad intelectual es uno de los trastornos más frecuentes en la especie humana, afectando a 1 cada 50 individuos, y puede ser debido a una gran variedad de factores tanto ambientales como genéticos. Esto no es inesperado teniendo en cuenta que el sistema nervioso central es probablemente el órgano más complejo en humanos, una intrincada red de células en la que el número de genes que controlan su desarrollo y funcionamiento debe ser enorme. Por lo tanto, no es sorprendente que el número de genes que causan discapacidad intelectual cuando presentan mutaciones sea aún desconocido. Esta heterogeneidad genética, junto con el hecho de que ninguno de los genes asociados con la discapacidad intelectual muestra una alta prevalencia, complica la tarea de determinar la etiología molecular de discapacidad intelectual.

La heterogeneidad genética extrema hace que el diagnóstico genético basado en la secuenciación de Sanger, una técnica bastante cara y que conlleva mucho tiempo, tenga una utilidad limitada en términos de rendimiento diagnóstico. En consecuencia, era imprescindible desarrollar nuevas estrategias metodológicas para el estudio eficiente de múltiples genes y poder detectar un mayor número de mutaciones.

La aparición en los últimos años de las tecnologías de alto rendimiento, como el array de hibridación genómica comparada, han permitido importantes avances en el conocimiento sobre las causas genéticas de discapacidad intelectual, que a su vez ha ayudado al diagnóstico de éste y otros grupos de enfermedades. Más recientemente, las técnicas de secuenciación masiva, también conocida como secuenciación de nueva generación (NGS), permiten realizar múltiples análisis simultáneos a partir de pequeños volúmenes de muestra de una manera rentable y eficiente.

Un estudio revela que la deleción de una copia de 16p11.2 resulta en una caída de 25 puntos en el coeficiente de inteligencia en los portadores, mientras que tener una copia de más se traduce en una caída de 16 puntos. Imagen: moléculas de ADN.

Para evaluar el rendimiento diagnóstico de las nuevas tecnologías de secuenciación en un entorno clínico, los investigadores desarrollaron un panel de 1.256 genes para el diagnóstico de la discapacidad intelectual sindrómica.

Con el fin de abordar la heterogeneidad genética (y fenotípica) de la discapacidad intelectual se ha optado por el uso de esta tecnología junto con el diseño de “paneles de genes” o la secuenciación del exoma. Mientras que con la secuenciación del exoma se obtiene la secuencia codificante completa de todos los genes conocidos, el uso de “paneles” se centra en aquellos genes que se consideran de interés. Esto hace pensar que será más probable encontrar la causa de la discapacidad intelectual de un paciente mediante la secuenciación del exoma. Pero debido a que solo un número limitado (aunque grande) de genes está implicado en el desarrollo y mantenimiento del sistema nervioso y solo un porcentaje de estos está descrito como causante de discapacidad intelectual, se puede diseñar un “panel” incluyendo estos genes y obtener unos resultados diagnósticos equivalentes a los obtenidos mediante la secuenciación del exoma y rentabilizar tanto en dinero como en tiempo el diagnostico de estos pacientes.

Un estudio, publicado en la prestigiosa revista Journal of Medical Genetics, describe el trabajo desarrollado por investigadores del Grupo de Genética del Instituto de Investigación Sanitaria La Fe, para evaluar el rendimiento diagnóstico de esta nueva tecnología en un entorno clínico, mediante el desarrollo de un panel de 1256 genes para el diagnóstico de discapacidad intelectual sindrómica.

Hemos conseguido un rendimiento diagnóstico superior al 30%, que puede aumentar a 39% cuando se incluyen aquellas variantes probablemente patogénicas en nuevos genes candidatos. El resultado más relevante en este estudio es la alta tasa de mutaciones de novo, que se encuentran en 24 pacientes y en 2 progenitores (tanto en mosaicismo germinal como somático). Este predominio de las  mutaciones de novo ha sido observado repetidamente en varios estudios sobre discapacidad intelectual mediante NGS.

Hay que recalcar que otros estudios basados en la secuenciación del exoma completo (WES) o la secuenciación de todo el genoma (WGS) han obtenido rendimientos diagnósticos similares (cuando no inferiores) a los del presente trabajo. Po ejemplo, en un estudio realizado por WES sobre 100 pacientes, Ligt y colaboradores lograron un rendimiento diagnóstico del 16%. Otro estudio realizado por WGS en 40 pacientes dio lugar a un diagnóstico definitivo para el 42% de ellos.

Por lo tanto, desde un punto de vista del diagnóstico, el estudio mediante NGS dirigida a todos o la mayoría de los genes conocidos implicados en discapacidad intelectual sería equivalente a un estudio de todo el exoma. La interpretación de las variantes presumiblemente patogénicas en los genes de efecto clínico desconocido no implica una mejora del diagnóstico, aunque es sin duda el camino para la identificación de nuevos genes y debe ser una prioridad en el contexto de la investigación clínica.

Este trabajo demuestra la fiabilidad de NGS para establecer un diagnóstico molecular en trastornos genéticamente muy heterogéneos, con una eficiencia significativamente superior. Sin embargo, todos los sistemas existentes de secuenciación del exoma presentan limitaciones. El conocimiento de todos los exones codificantes de proteínas en el genoma es todavía incompleto. En segundo lugar, la eficiencia de captura de sondas puede variar considerablemente, y algunas secuencias particularmente complicadas no permiten el diseño de sondas para su captura,  por lo cual la región queda sin cubrir. Por último, está la cuestión de si otras secuencias distintas de exones, incluyendo secuencias intrónicas profundas, no traducidas, miRNAs, promotores y otros elementos reguladores deberían incluirse en el diseño.

Referencia: Martínez F, et al. High diagnostic yield of syndromic intellectual disability by targeted next-generation sequencing. J Med Genet. 2016 doi: http://dx.doi.org/10.1136/jmedgenet-2016-103964

Bibliografía:

de Ligt J, Willemsen MH, van Bon BW, et al. Diagnostic exome sequencing in persons with severe intellectual disability. New Engl J Med 2012;367:1921–9.

Gilissen C, Hehir-Kwa JY, Thung DT, et al. Genome sequencing identifies major causes of severe intellectual disability. Nature 2014;511:344–7.

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