Dünya çapında her 10 kişiden biri nadir görülen bir genetik hastalıktan etkileniyor ancak genetik teknoloji ve testlerdeki hızlı artışlara rağmen bunların yaklaşık %50’si teşhis edilemiyor. Bir kişi teste erişebilse bile, teşhis alma süreci yaklaşık beş yıl veya daha fazla sürebilir ve bu da çoğu zaman çocuk olan hastalar için doğru tedaviye başlamak için bazen çok geç olabilir.

Bunun bir nedeni de, mevcut klinik testlerin, genomun belirli bölgelerindeki bilgilere erişemeyen ve bu nedenle tanı koymaya yardımcı olabilecek önemli kanıtları gözden kaçırabilen kısa okuma dizilemesi adı verilen bir yöntemi kullanmasıdır.

Ancak UC Santa Cruz araştırmacıları, varyasyonu bulmak için daha kapsamlı bir veri seti sağlayabilen, birden fazla özel teste olan ihtiyacı ortadan kaldırabilen ve nadir hastalıkların teşhisini kolaylaştırabilen uzun okuma dizilemesi adı verilen son teknoloji ürünü alternatif bir yöntem üzerinde araştırmaları ilerletiyorlar.

Yeni bir araştırma, uzun okuma dizilemesinin, tek bir testle ve çok daha düşük bir maliyetle, teşhis süresini yıllardan günlere düşürürken, teşhis oranını artırma potansiyeline sahip olduğunu gösteriyor.

The American Journal of Human Genetics dergisinde yayınlanan araştırmaya , UCSC Genomics Institute Biyomoleküler Mühendislik (BME) Profesörü Benedict Paten ve BME Doçenti Karen Miga’nın yanı sıra eski UCSC doktora sonrası araştırmacısı Jean Monlong öncülük etti.

“Nadir hastalıklar, insanların uzun yıllardır teşhis etmekte zorlandıkları bir şey ve eğer teşhis testlerini kolaylaştıran bir dizileme teknolojimiz varsa, bunun çok büyük bir katkı sağlayacağını düşünüyorum ve bu makalede test ettiğimiz şey de buydu,” diyor makalenin ilk yazarı olan UC Santa Cruz BME’de doktora öğrencisi olan Shloka Negi.

“Bugün, genetik dizilemenin tanısal verimi sinir bozucu derecede düşük,” dedi Paten. “Muhtemel nedenlerden biri, klinik uygulamada kullanılan eksik dizileme yöntemleridir. Bu çalışmada, yeni, daha kapsamlı uzun okuma dizilemesinin genetik tanı için yararlı ek bilgiler üretebileceği hipotezini test ediyoruz.

“Kohortumuzda çok sayıda ek potansiyel olarak ilginç genetik varyant ve epigenetik sinyal keşfetmekten heyecan duyduk. Hala erken günler olsa da, bu bilgide büyük bir umut var ve topluluğun bu yeni bilgilerin çoğunu yorumlaması ve tam olarak anlaması zaman alacak.”

Nadir hastalık bulma

Bu çalışmada, tek bir genin bozulması sonucu oluşan nadir görülen monogenik hastalıklara odaklanıldı.

Bilim insanları, genetik hastalıkları, bir genin düzgün çalışmasını engelleyebilecek farklılıklar olan varyantları bulmak için genetik materyallerini tarayarak teşhis eder. Bu varyantları bulmak için tipik yaklaşım, kısa okuma dizilemesi adı verilen bir teknik kullanır; bu teknik, genetik baz çiftlerini (adenin (A), sitozin (C), guanin (G) ve timin (T) kombinasyonlarını) her seferinde yaklaşık 150-250’lik diziler halinde okur.

Ancak kısa okuma dizilemesinin sınırlaması, genomun belirli bölgelerindeki, 250 baz çiftinden çok daha uzun olan baz çiftlerinin desenleri gibi, önemli bilgileri kaçırabilmesidir. Ayrıca, hangi varyantların anneden ve hangilerinin babadan miras alındığını belirleme süreci olan “fazlama” işlemini de gerçekleştiremez.

Bu, klinisyenlerin varyantların kimden miras alındığını keşfetmesine yardımcı olabilir; örneğin, iki varyantın aynı ebeveynden mi, her ebeveynden mi miras alındığını veya hiç miras alınmadığını. Bu, özellikle ebeveyn verileri mevcut olmadığında genetik teşhisler için çok yararlı bir bilgi parçası olabilir.

Buna karşılık, uzun okuma dizilemesi, bilim insanlarının ve klinisyenlerin gen varyasyonu hakkında önemli bilgileri kaçırmasına yol açabilecek boşlukları ortadan kaldırarak, uzun DNA parçalarını aynı anda okuyabilir. Uzun okuma dizilemesi, ayrıca doğrudan fazlama verilerinin yanı sıra, genlerin “açılıp kapanmasına” neden olan ve hastalığa katkıda bulunabilen DNA’daki bir kimyasal süreç olan metilasyon hakkında bilgi sağlar.

Negi, “Uzun okuma dizilemesi belirli durumlarda çok daha iyi olacak ve bunu kanıtlamak için adımlar atıyoruz” dedi.

Yöntemlerde lider

UC Santa Cruz Genomics Institute araştırmacıları, uzun okuma dizilemesinde zengin bir yenilik ve uzmanlık geçmişine sahiptir ve çok çeşitli sağlık araştırma uygulamaları için dizileme ve analizi optimize etmek için aktif olarak yöntemler geliştirmektedir. Araştırmacıların, ilk gerçek anlamda eksiksiz “telomerden telomere” referans genomu gibi başarılar elde etmek için geliştirdikleri tekniklerin çoğu , artık hasta sonuçlarını iyileştirmek için kullanılıyor.

Miga, “Daha önceki bulguları destekleyerek, mevcut eksik ancak yaygın olarak kullanılan genomik referans yerine, tam, sözde ‘telomerden telomere’ referans genomu kullanıldığında, uzun okuma dizilemesinin faydalarının önemli ölçüde arttığını bulduk” dedi.

“İnsanlardaki çeşitli varyasyonları temsil eden referanslar olan pangenomların, yeni uzun okuma dizileme teknolojilerinden daha da fazla fayda sağlayacağını öngörüyoruz.”

Paten ve Miga’nın laboratuvarları, nadir hastalıkları olan 42 hastanın vakaları üzerinde çalışmak için klinisyenlerle ortaklık kurdu; bunlardan bazıları kısa okuma yöntemleri veya diğer özel testler yoluyla teşhis aldı ve bazıları da henüz teşhis edilmedi. Bazı vakalarda, araştırmacılar ebeveyn genetik bilgilerine erişebildiler, ancak diğerlerinde erişemediler.

Hastaların uzun okuma dizilimi, UCSC’de öncülüğü yapılan bir uzun okuma dizileme yöntemi olan nanopore dizileme kullanılarak Miga Laboratuvarı tarafından yürütüldü ve örnek başına yaklaşık 1.000 dolar karşılığında hastaların genomlarının uçtan uca son derece doğru okumaları elde edildi.

Genomik veriler, küçük ve büyük varyantları, faz verilerini ve metilasyon verilerini bulmak için Paten’in laboratuvarında geliştirilen hesaplama yöntemleri kullanılarak analiz edildi ve hepsi Napu boru hattı adı verilen tek bir boru hattı kullanılarak yapıldı . Analiz süreci, bilgisayar işlem hızına bağlı olarak yaklaşık bir gün veya daha kısa sürer ve 100 dolara mal olur.

Vakaları çözmek

Hasta verilerini dizileyip analiz ettikten sonra araştırmacılar, uzun okumaların, kısa okuma dizilemesiyle elde edilebilecek olana kıyasla daha kapsamlı bir veri seti sağladığını buldular.

Uzun okuma dizilemesi, kohorttaki 42 hastanın 11’i için kesin tanı sağladı ve kısa okuma verilerinde bilinen her şeyin yanı sıra ek nadir aday varyantlar, uzun menzilli evreleme ve metilasyon gibi ek bilgileri de tek, uygun maliyetli ve hızlı bir protokolde sağladı.

Teşhis edilen 11 vaka arasında konjenital adrenal hipoplazi (adrenal bezlerinin büyüdüğü ve düzgün çalışmadığı nadir bir durum) vakalarından dördü yer almaktadır. Bu hastalıktan sorumlu gen, genomun özellikle zorlu bir bölgesindedir; kısa okuma dizileme teknolojisiyle karakterize edilemez ve mevcut klinik test zahmetli ve eksiktir.

“Bu vakaları çözmek için, ‘telomer-telomer’ referans genomu gibi yeni yüksek kaliteli montajları entegre eden yeni bir pangenomik araç geliştirdik,” diyor bu projeye Paten’in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olarak başlayan ve şu anki pozisyonuna Fransa’daki INSERM’de devam eden Monlong.

“Kohortumuzda bu hastalıktan muzdarip dört hastanın patojenik varyantlarını bulup aşamalandırabildiğimizi görmek bizi heyecanlandırdı. Gelecekte, hızlı ve kapsamlı bir klinik test sunabilir. Birçok nadir hastalığın, tarihsel olarak çalışılması zor olan insan genomu bölgelerini içerdiğini biliyoruz, bu nedenle sonuçlarımız yaklaşımımızı uzun süredir duraklamada olan hastalıklara daha fazla genişletmemizi teşvik ediyor.”

Ek olarak, iki vaka cinsiyet gelişimi bozukluklarını içeriyordu, nadir görülen bir Leydig hücre hipoplazisi vakası ise testislerdeki az gelişmiş Leydig hücreleri nedeniyle erkek cinsiyet gelişimini etkiledi. Ek olarak, her biri uzun ve zorlu tanı yolculuklarını temsil eden dört nörogelişimsel bozukluk vakası sonunda çözüldü.

“Uzun okuma dizilemesi, tek bir gende veya net bir fenotipte zorlayıcı varyantlar bulunan çözülememiş vakalar için muhtemelen bir sonraki en iyi testtir,” dedi Negi. “Tek bir tanı testi olarak hizmet edebilir, birden fazla klinik ziyaret ihtiyacını azaltabilir ve yıllar süren bir tanı yolculuğunu saatler meselesine dönüştürebilir.”

Ortalama olarak her hastanın 280 geni ( tek gen mutasyonlarının neden olduğu kalıtsal bozukluklarla bağlantılı olan bazı Mendel hastalığı genleri de dahil ) vardı ve uzun okumalarla benzersiz şekilde kapsanan ve kısa okumalarla tespit edilemeyen önemli protein kodlama bölgeleri vardı.

“Uzun okumaların kilidini açabileceği genomun çok daha fazlası var,” dedi Negi. “Ancak, uzun okumaların ortaya çıkardığı bu yeni bilgiyi tam olarak yorumlayabilmemiz biraz zaman alacak. Bu veriler, kısa okuma analizi ve standart referansa eşleme kullanılarak oluşturulan klinik veri tabanlarımızda yoktu.

“Uzun okumaların, kısa okumaların erişemediği telomer-telomer genomunun yaklaşık %5,8 daha fazlasını açığa çıkardığını gösterdik.”

Kaynak ve devamı için Buradan ulaşabilirsiniz.