[논문 리뷰] Beyond the exome: what's next in diagnostic testing for Mendelian conditions

Monica H. Wojcik, Chloe M. Reuter외 22명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 18.

Genomics and Rare Diseases인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 유전성 질환 진단에서 외계체 시퀀싱의 한계를 검토하고, 이후 진단 테스트를 위한 체계적인 프레임워크를 제안한다. 이 프레임워크에는 게놈 시퀀싱, RNA 시퀀싱, 그리고 장독성 시퀀싱과 광학적 게놈 맵핑과 같은 새로운 기술이 포함된다. 임상적 결정은 임상 양상과 이전 테스트 결과에 기반하며, 해결되지 않은 경우 협의체에의 환자 이송을 통해 외계체 시퀀싱을 초월한 진단 성과를 높이도록 권장한다.

ABSTRACT

Despite advances in clinical genetic testing, including the introduction of exome sequencing (ES), more than 50% of individuals with a suspected Mendelian condition lack a precise molecular diagnosis. Clinical evaluation is increasingly undertaken by specialists outside of clinical genetics, often occurring in a tiered fashion and typically ending after ES. The current diagnostic rate reflects multiple factors, including technical limitations, incomplete understanding of variant pathogenicity, missing genotype-phenotype associations, complex gene-environment interactions, and reporting differences between clinical labs. Maintaining a clear understanding of the rapidly evolving landscape of diagnostic tests beyond ES, and their limitations, presents a challenge for non-genetics professionals. Newer tests, such as short-read genome or RNA sequencing, can be challenging to order and emerging technologies, such as optical genome mapping and long-read DNA or RNA sequencing, are not available clinically. Furthermore, there is no clear guidance on the next best steps after inconclusive evaluation. Here, we review why a clinical genetic evaluation may be negative, discuss questions to be asked in this setting, and provide a framework for further investigation, including the advantages and disadvantages of new approaches that are nascent in the clinical sphere. We present a guide for the next best steps after inconclusive molecular testing based upon phenotype and prior evaluation, including when to consider referral to a consortium such as GREGoR, which is focused on elucidating the underlying cause of rare unsolved genetic disorders.

연구 동기 및 목표

• 외계체 시퀀싱이 광범위하게 사용됨에도 불구하고 여전히 해결되지 않은 단일 유전성 질환의 높은 비율을 다루기 위해.
• 외계체 시퀀싱 이후 진단 해결을 방해하는 주요 기술적, 생물학적, 해석적 한계를 규명하기 위해.
• 임상 양상과 이전 테스트 결과에 기반하여 다음 단계 유전 검사 선택을 위한 임상적 결정 프레임워크를 제공하기 위해.
• 단독 시퀀싱 및 장독성 게놈 시퀀싱, RNA 시퀀싱, 광학적 게놈 맵핑과 같은 새로운 게놈 기술의 임상 진단에서의 유용성과 한계를 평가하기 위해.
• 해결되지 않은 희귀 질환 사례에 대해 전문 협의체(GREGoR 등)로의 적시 이송을 촉진하여 외계체 시퀀싱을 초월한 진단 성과를 높이기 위해.

제안 방법

• 외계체 시퀀싱 이후 불확실한 결과를 초래하는 단일 유전성 질환의 현재 진단 과제에 대한 체계적 검토.
• 단독 전장 게놈 시퀀싱, RNA 시퀀싱, 장독성 시퀀싱, 광학적 게놈 맵핑을 포함한 새로운 게놈 기술의 평가.
• 외계체 시퀀싱 이후 다음 단계 테스트 선택을 안내하기 위한 임상 양상 중심의 알고리즘 개발.
• 비코딩 변이, 복잡한 조절 요소, 그리고 부족한 형질-유전자형 상관관계와 같은 변이 해석 과제 분석.
• GREGoR와 같은 임상 및 연구 협의체 모델을 해결되지 않은 사례를 해결하는 데 핵심 자원으로 통합.
• 새로운 기술과 전문가 상담을 통합한 임상적 결정 경로의 통합

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 유전성 질환에서 외계체 시퀀싱 이후 진단 실패의 주요 원인은 무엇인가요?
• RQ2 외계체 시퀀싱의 기술적 및 생물학적 한계는 어떻게 해결되지 않은 사례를 초래합니까?
• RQ3 전장 게놈 시퀀싱 및 RNA 시퀀싱과 같은 차세대 게놈 검사 접근법의 임상적 및 기술적 장점과 단점은 무엇입니까?
• RQ4 해결되지 않은 단일 유전성 질환의 경우 임상의는 언제 GREGoR와 같은 전문 연구 협의체에 환자를 이송해야 합니까?
• RQ5 임상 양상 정보는 외계체 시퀀싱을 초월한 최적의 다음 단계 게놈 검사 선택을 어떻게 안내할 수 있습니까?

주요 결과

• 외계체 시퀀싱 이후 약 50퍼센트 이상의 단일 유전성 질환 의심 환자에서 진단이 이루어지지 않아 심각한 진단 격차를 드러낸다.
• 단독 전장 게놈 시퀀싱과 RNA 시퀀싱은 비코딩 변이, 스플라이스 부위 손상, 유전자 발현 이상을 외계체 시퀀싱이 놓칠 수 있는 것을 감지함으로써 진단 성과를 향상시킨다.
• 장독성 시퀀싱과 광학적 게놈 맵핑은 구조적 변이와 복잡한 게놈 재배열을 감지하는 데 잠재력이 있지만, 임상적 가용성과 표준화 부족으로 인해 아직 제한되어 있다.
• 임상 양상 중심의 테스트 선택은 진단 효율성을 크게 향상시키고 불필요한 검사를 줄인다.
• GREGoR와 같은 연구 협의체에의 이송은 고급 데이터 분석과 공동 변이 해석을 통해 해결되지 않은 사례에서 진단 해결률을 높인다.
• 외계체 시퀀싱 이후의 임상 지침이 표준화되어 있지 않은 것이 다음 단계 게놈 검사의 광범위한 구현을 방해하는 주요 장애물이다.