Durch die Verwendung der Exomsequenzierung können Fixkostenstudien Proben in einer viel höheren Tiefe sequenzieren, als dies mit der Sequenzierung des gesamten Genoms erreicht werden könnte. Diese zusätzliche Tiefe macht die Exomsequenzierung gut geeignet für mehrere Anwendungen, die zuverlässige Variantenaufrufe benötigen.
Rare variant mapping in complex disordersEdit
Aktuelle Assoziationsstudien haben sich auf häufige Variationen im gesamten Genom konzentriert, da diese mit unseren aktuellen Assays am einfachsten zu identifizieren sind. Es wurde jedoch festgestellt, dass krankheitsverursachende Varianten mit großer Wirkung in Exomen in Kandidatengenstudien liegen und aufgrund negativer Selektion in viel niedrigeren Allelfrequenzen gefunden werden und in aktuellen Standard-Genotypisierungstests untypisiert bleiben können. Die Sequenzierung des gesamten Genoms ist eine mögliche Methode, um neuartige Varianten im gesamten Genom zu untersuchen. Bei komplexen Störungen (wie Autismus) wird jedoch angenommen, dass eine große Anzahl von Genen mit einem Krankheitsrisiko verbunden ist. Diese Heterogenität des zugrunde liegenden Risikos bedeutet, dass sehr große Stichprobengrößen für die Genentdeckung erforderlich sind, und daher ist die Sequenzierung des gesamten Genoms nicht besonders kostengünstig. Dieses Problem der Stichprobengröße wird durch die Entwicklung neuartiger fortschrittlicher Analysemethoden gemildert, die Krankheitsgene effektiv kartieren, obwohl genetische Mutationen auf Variantenebene selten sind. Darüber hinaus wurden Varianten in kodierenden Regionen viel ausführlicher untersucht und ihre funktionalen Implikationen sind viel einfacher abzuleiten, wodurch die praktischen Anwendungen von Varianten innerhalb der Zielexomregion unmittelbarer zugänglich sind.
Die Exomsequenzierung bei der Entdeckung seltener Variantengene ist nach wie vor ein sehr aktives und fortlaufendes Forschungsgebiet: Bisher wurden nur wenige assoziierte Gene entdeckt, aber es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass eine signifikante Risikobelastung über Gengruppen hinweg beobachtet wird.
Entdeckung der Mendelschen Störungen
Bei mendelschen Störungen mit großer Wirkung deuten die bisherigen Ergebnisse darauf hin, dass eine oder eine sehr kleine Anzahl von Varianten innerhalb kodierender Gene der gesamten Erkrankung zugrunde liegt. Aufgrund der Schwere dieser Störungen werden die wenigen ursächlichen Varianten in der Population als äußerst selten oder neuartig angesehen und würden von jedem Standard-Genotypisierungstest übersehen. Die Exomsequenzierung bietet Variantenaufrufe mit hoher Abdeckung über codierende Regionen hinweg, die benötigt werden, um echte Varianten von Rauschen zu trennen. Ein erfolgreiches Modell der Mendelschen Genentdeckung beinhaltet die Entdeckung von De-Novo-Varianten unter Verwendung der Trio-Sequenzierung, bei der Eltern und Proband genotypisiert werden.
Fallstudienbearbeiten
In einer im September 2009 veröffentlichten Studie wurde ein Proof-of-Concept-Experiment diskutiert, um festzustellen, ob es möglich war, kausale genetische Varianten mithilfe der Exomsequenzierung zu identifizieren. Sie sequenzierten vier Personen mit dem Freeman-Sheldon-Syndrom (FSS) (OMIM 193700), einer seltenen autosomal dominanten Störung, von der bekannt ist, dass sie durch eine Mutation im Gen MYH3 verursacht wird. Acht HapMap-Individuen wurden auch sequenziert, um häufige Varianten zu entfernen, um das kausale Gen für FSS zu identifizieren. Nach Ausschluss häufiger Varianten konnten die Autoren MYH3 identifizieren, was bestätigt, dass mit der Exomsequenzierung kausale Varianten seltener Erkrankungen identifiziert werden können. Dies war die erste gemeldete Studie, die die Exomsequenzierung als Ansatz zur Identifizierung eines unbekannten kausalen Gens für eine seltene Mendelsche Störung verwendete.Anschließend berichtete eine andere Gruppe über eine erfolgreiche klinische Diagnose eines Patienten mit Verdacht auf Bartter-Syndrom türkischer Herkunft. Das Bartter-Syndrom ist eine Nierenerkrankung, die Salz verschwendet. Die Exomsequenzierung ergab eine unerwartete gut konservierte rezessive Mutation in einem Gen namens SLC26A3, das mit angeborener Chloriddiarrhoe (CLD) assoziiert ist. Diese molekulare Diagnose von CLD wurde vom überweisenden Kliniker bestätigt. Dieses Beispiel lieferte einen Konzeptnachweis für die Verwendung der Whole-Exome-Sequenzierung als klinisches Instrument zur Bewertung von Patienten mit nicht diagnostizierten genetischen Erkrankungen. Dieser Bericht gilt als die erste Anwendung der Sequenzierungstechnologie der nächsten Generation für die molekulare Diagnose eines Patienten.Ein zweiter Bericht wurde über die Exomsequenzierung von Individuen mit einer mendelschen Störung, bekannt als Miller-Syndrom (MIM # 263750), einer seltenen Störung der autosomal-rezessiven Vererbung, durchgeführt. Zwei Geschwister und zwei nicht verwandte Personen mit Miller-Syndrom wurden untersucht. Sie untersuchten Varianten, die das Potenzial haben, pathogen zu sein, wie nicht-synonyme Mutationen, Spleißakzeptor- und Donorstellen sowie kurze kodierende Insertionen oder Deletionen. Da das Miller-Syndrom eine seltene Erkrankung ist, wird erwartet, dass die kausale Variante bisher nicht identifiziert wurde. Frühere Exomsequenzierungsstudien zu gängigen Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) in öffentlichen SNP-Datenbanken wurden verwendet, um Kandidatengene weiter auszuschließen. Nach Ausschluss dieser Gene fanden die Autoren Mutationen in DHODH, die von Personen mit Miller-Syndrom geteilt wurden. Jedes Individuum mit Miller-Syndrom war eine zusammengesetzte Heterozygote für die DHODH-Mutationen, die vererbt wurden, da jedes Elternteil eines betroffenen Individuums als Träger gefunden wurde.Dies war das erste Mal, dass die Exomsequenzierung gezeigt wurde, um ein neuartiges Gen zu identifizieren, das für eine seltene Mendelsche Krankheit verantwortlich ist. Dieser spannende Befund zeigt, dass die Exomsequenzierung das Potenzial hat, ursächliche Gene bei komplexen Krankheiten zu lokalisieren, was bisher aufgrund von Einschränkungen traditioneller Methoden nicht möglich war. Die gezielte Erfassung und massiv parallele Sequenzierung stellt eine kostengünstige, reproduzierbare und robuste Strategie mit hoher Sensitivität und Spezifität zum Nachweis von Varianten dar, die proteinkodierende Veränderungen in einzelnen humanen Genomen verursachen.
Klinische Diagnosebearbeiten
Exomsequenzierung kann verwendet werden, um die genetische Ursache von Krankheiten bei einem Patienten zu diagnostizieren. Die Identifizierung der zugrunde liegenden Krankheitsgenmutation (en) kann große Auswirkungen auf diagnostische und therapeutische Ansätze haben, kann die Vorhersage der Krankheitsgeschichte leiten und ermöglicht es, gefährdete Familienmitglieder zu testen. Es gibt viele Faktoren, die die Exomsequenzierung der Einzelgenanalyse überlegen machen, einschließlich der Fähigkeit, Mutationen in Genen zu identifizieren, die aufgrund eines atypischen klinischen Erscheinungsbilds nicht getestet wurden, oder der Fähigkeit, klinische Fälle zu identifizieren, in denen Mutationen aus verschiedenen Genen zu den verschiedenen Phänotypen bei demselben Patienten beitragen.
Nachdem eine genetische Ursache einer Krankheit diagnostiziert wurde, können diese Informationen die Auswahl einer geeigneten Behandlung leiten. Das erste Mal, dass diese Strategie in der Klinik erfolgreich durchgeführt wurde, war die Behandlung eines Säuglings mit entzündlicher Darmerkrankung. Eine Reihe konventioneller Diagnosen war zuvor verwendet worden, aber die Ergebnisse konnten die Symptome des Säuglings nicht erklären. Die Analyse von Exomsequenzierungsdaten identifizierte eine Mutation im XIAP-Gen. Das Wissen um die Funktion dieses Gens leitete die Behandlung des Kindes und führte zu einer Knochenmarktransplantation, die das Kind von der Krankheit heilte.
Forscher haben die Exomsequenzierung verwendet, um die zugrunde liegende Mutation für einen Patienten mit Bartter-Syndrom und angeborener Chloriddiarrhoe zu identifizieren. Bilgular’s Gruppe auch verwendet, Exom-Sequenzierung und identifiziert die zugrunde liegende mutation für einen Patienten mit schweren Fehlbildungen des Gehirns, die besagt, „markieren Sie die Verwendung von ganzen Exom-Sequenzierung zur Identifizierung von Krankheit loci in Einstellungen, in denen traditionelle Methoden haben sich als herausfordernd… Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Technologie besonders wertvoll für die Entdeckung von Genen unter Bedingungen ist, bei denen die Kartierung durch Locus-Heterogenität und Unsicherheit über die Grenzen der diagnostischen Klassifikation verwechselt wurde, was auf eine glänzende Zukunft für ihre breite Anwendung in der Medizin hinweist „.Forscher an der Universität von Kapstadt, Südafrika, verwendeten Exomsequenzierung, um die genetische Mutation von CDH2 als die zugrunde liegende Ursache einer genetischen Störung zu entdecken, die als arrhythmogene rechtsventrikuläre Kardiomyopathie (ARVC) bekannt ist, die das Risiko von Herzerkrankungen und Herzstillstand erhöht.
Direct-to-Consumer Exome sequencingEdit
Mehrere Unternehmen haben den Verbrauchern Exomsequenzierung angeboten.Knome war das erste Unternehmen, das Verbrauchern Exomsequenzierungsdienste zu einem Preis von mehreren tausend Dollar anbot. Später führte 23andMe ein Pilot-WES-Programm durch, das im September 2011 angekündigt und 2012 eingestellt wurde. Verbraucher könnten Exomdaten zu einem Preis von 999 US-Dollar erhalten. Das Unternehmen lieferte Rohdaten und bot keine Analyse an.
Im November 2012 begann DNADTC, eine Abteilung von Gene by Gene, Exome bei 80X Abdeckung und Einführungspreis von $ 695 anzubieten. Dieser Preis pro DNADTC Website ist derzeit $895. Im Oktober 2013 kündigte BGI eine Promotion für die persönliche Sequenzierung des gesamten Exoms bei einer 50-fachen Abdeckung für 499 US-Dollar an. Im Juni 2016 konnte Genos mit einem CLIA-zertifizierten 75X Consumer-Exom, das aus Speichel sequenziert wurde, einen noch niedrigeren Preis von 399 US-Dollar erzielen.