Background: Intellectual disability affects about 1-2% of the general population worldwide, and this is the leading socio-economic problem of health care. The evaluation of the genetic causes of intellectual disability is challenging because these conditions are genetically heterogeneous with many different genetic alterations resulting in clinically indistinguishable phenotypes. Genome wide molecular technologies are effective in a research setting for establishing the new genetic basis of a disease. We describe the first Lithuanian experience in genome-wide CNV detection and whole exome sequencing, presenting the results obtained in the research project UNIGENE.
Materials and methods: The patients with developmental delay/intellectual disability have been investigated (n = 66). Diagnostic screening was performed using array-CGH technology. FISH and real time-PCR were used for the confirmation of gene-dose imbalances and investigation of parental samples. Whole exome sequencing using the next generation high throughput NGS technique was used to sequence the samples of 12 selected families.
Results: 14 out of 66 patients had pathogenic copy number variants, and one patient had novel likely pathogenic aberration (microdeletion at 4p15.2). Twelve families have been processed for whole exome sequencing. Two identified sequence variants could be classified as pathogenic (in MECP2, CREBBP genes). The other families had several candidate intellectual disability gene variants that are of unclear clinical significance and must be further investigated for possible effect on the molecular pathways of intellectual disability.
Conclusions: The genetic heterogeneity of intellectual disability requires genome wide approaches, including detection of chromosomal aberrations by chromosomal microarrays and whole exome sequencing capable of uncovering single gene mutations. This study demonstrates the benefits and challenges that accompany the use of genome wide molecular technologies and provides genotype-phenotype information on 32 patients with chromosomal imbalances and ID candidate sequence variants.
Santrauka Įžanga. Populiacijoje intelektinė negalia diagnozuojama 1–2 % žmonių. Tai labai svarbi socialinė bei ekonominė sveikatos priežiūros problema visame pasaulyje. Intelektinei negaliai būdingas platus klinikinių požymių pasireiškimas ir didelis genetinis heterogeniškumas, todėl jos genetinių priežasčių nustatymas yra sudėtingas. Paveldimų ligų naujoms genetinėms priežastims nustatyti efektyviai taikomos viso genomo analizės molekulinės technologijos. Šiame straipsnyje aprašoma pirmoji Lietuvos tyrėjų patirtis atliekant molekulinio kariotipavimo ir viso egzomo sekoskaitos tyrimus, pateikiant mokslinio projekto UNIGENE rezultatus. Tiriamieji ir metodai. Į projektą įtraukti pacientai, turintys psichomotorinės raidos atsilikimą / intelektinę negalią (n = 66). Tiriamiesiems atliktas molekulinis kariotipavimas. FISH ir tikro laiko PGR tyrimai naudoti nustatytiems nesubalansuotiems chromosominiams pokyčiams patvirtinti ir kilmei nustatyti. Dvylikai šeimų atlikta viso egzomo sekoskaita naudojant naujos kartos sekoskaitos technologijas. Rezultatai. 14 iš 66 pacientų nustatyti patogeniniai DNR kopijų skaičiaus pokyčiai, vienam pacientui patvirtinta galimai patogeninė 4p15.2 mikrodelecija. Iš viso egzomo sekoskaitai atrinkta dvylika šeimų. Dviems tiriamiesiems identifikuoti patogeniniai sekos pokyčiai (MECP2, CREBBP genuose). Kitose šeimose nustatytų pokyčių patogeniškumui įvertinti atliekama bioinformacinė ir funkcinė analizė. Išvados. Esant dideliam intelektinės negalios priežasčių heterogeniškumui, juos identifikuojant svarbi viso genomo analizė: molekulinis kariotipavimas DNR kopijų skaičiaus pokyčiams nustatyti ir viso egzomo sekoskaita detaliems geno pokyčiams identifikuoti. Šiuo tyrimu atskleidžiami viso genomo tyrimams naudojamų molekulinių technologijų privalumai ir rezultatų analizės sudėtingumas bei pateikiama 32 tiriamųjų su chromosominiu nesubalansuotumu ir kandidatiniais su intelektine negalia susijusiais sekos pokyčiais bei genotipo ir fenotipo informacija. Raktažodžiai: intelektinė negalia, psichomotorinės raidos atsilikimas, vektorinė lyginamoji genomo hibridizacija, viso egzomo sekoskaita.
Santrauka Įžanga. Populiacijoje intelektinė negalia diagnozuojama 1–2 % žmonių. Tai labai svarbi socialinė bei ekonominė sveikatos priežiūros problema visame pasaulyje. Intelektinei negaliai būdingas platus klinikinių požymių pasireiškimas ir didelis genetinis heterogeniškumas, todėl jos genetinių priežasčių nustatymas yra sudėtingas. Paveldimų ligų naujoms genetinėms priežastims nustatyti efektyviai taikomos viso genomo analizės molekulinės technologijos. Šiame straipsnyje aprašoma pirmoji Lietuvos tyrėjų patirtis atliekant molekulinio kariotipavimo ir viso egzomo sekoskaitos tyrimus, pateikiant mokslinio projekto UNIGENE rezultatus. Tiriamieji ir metodai. Į projektą įtraukti pacientai, turintys psichomotorinės raidos atsilikimą / intelektinę negalią (n = 66). Tiriamiesiems atliktas molekulinis kariotipavimas. FISH ir tikro laiko PGR tyrimai naudoti nustatytiems nesubalansuotiems chromosominiams pokyčiams patvirtinti ir kilmei nustatyti. Dvylikai šeimų atlikta viso egzomo sekoskaita naudojant naujos kartos sekoskaitos technologijas. Rezultatai. 14 iš 66 pacientų nustatyti patogeniniai DNR kopijų skaičiaus pokyčiai, vienam pacientui patvirtinta galimai patogeninė 4p15.2 mikrodelecija. Iš viso egzomo sekoskaitai atrinkta dvylika šeimų. Dviems tiriamiesiems identifikuoti patogeniniai sekos pokyčiai (MECP2, CREBBP genuose). Kitose šeimose nustatytų pokyčių patogeniškumui įvertinti atliekama bioinformacinė ir funkcinė analizė. Išvados. Esant dideliam intelektinės negalios priežasčių heterogeniškumui, juos identifikuojant svarbi viso genomo analizė: molekulinis kariotipavimas DNR kopijų skaičiaus pokyčiams nustatyti ir viso egzomo sekoskaita detaliems geno pokyčiams identifikuoti. Šiuo tyrimu atskleidžiami viso genomo tyrimams naudojamų molekulinių technologijų privalumai ir rezultatų analizės sudėtingumas bei pateikiama 32 tiriamųjų su chromosominiu nesubalansuotumu ir kandidatiniais su intelektine negalia susijusiais sekos pokyčiais bei genotipo ir fenotipo informacija. Raktažodžiai: intelektinė negalia, psichomotorinės raidos atsilikimas, vektorinė lyginamoji genomo hibridizacija, viso egzomo sekoskaita.
Keywords: array-CGH; developmental delay; intellectual disability; whole exome sequencing.