Whole-exome sequencing in un centro neurologico pediatrico di terzo livello: uno studio pilota.

Abstract

Background: Le patologie neurologiche su base genetica sono un gruppo eterogeneo di disordini con frequente esordio in età pediatrica. Gran parte dei geni responsabili sono stati identificati grazie all’avvento del next-generation-sequencing (NGS). In particolare il sequenziamento degli esoni(WES) ha migliorato il rate diagnostico nei pazienti con patologie geneticamente non determinate. In questo studio abbiamo testato il WES in un centro pediatrico di terzo livello per ottenere diagnosi in pazienti con patologie neurologiche complesse. Metodi: Lo studio ha incluso 45 soggetti con patologie del neurosviluppo rare e geneticamente indeterminate. Il DNA è stato estratto da sangue periferico e sequenziato tramite NextSeq 500. I dati sono stati analizzati secondo un sistema creato all'istituto "G.Gaslini", utilizzando Burrows-Wheeler Alignment(BWA), Genome Analysis Toolkit (GATK) e ANNOVAR. Le varianti sono state classificate secondo le linee guida della American College of Medical Genetics (ACMG). Le varianti candidate sono state validate tramite Sanger e filtrate in relazione a fenotipo, frequenza e segregazione in famiglia. Risultati: In 12/45 soggetti, sono state identificate varianti sicuramente o probabilmente patogene in geni noti, ottenendo un rate diagnostico del 34,2%. In 5/45 soggetti, il WES ha identificato varianti di significato incerto (VUS); in 5/45 è stata identificata una variante in un gene non noto ma candidato. I dati genetici di 10/45 soggetti sono in corso di analisi. Conclusioni: Questo studio ha confermato l’alto potenziale del WES, con un buon rate diagnostico confrontato con gli studi in letteratura. Questa tecnica è un ottimo strumento diagnostico sia in contesti clinici sia di ricerca, in quanto facilita l’identificazione di nuovi geni malattia. Lo studio supporta l’importanza della caratterizzazione fenotipica e sottolinea come la diagnosi genetica possa influenzare il decorso clinico e migliorare il management terapeutico.

Neurogenetic disorders are a clinically heterogeneous group of diseases with frequent infantile and childhood onset. Monogenic causes can be identified in a large proportion of these disorders, particularly with the advent of whole-exome sequencing (WES), improving the diagnostic yield in genetically undetermined patients. In this study we used WES in a pediatric tertiary care center to reach a molecular diagnosis in children with complex neurodevelopmental conditions. WES was performed in 45 children diagnosed with rare and genetically undetermined neurodevelopmental conditions. DNA was extracted from peripheral blood and sequenced with NextSeq 500. Raw data were analyzed according to a custom pipeline developed at “G. Gaslini” Institute and based on Burrows-Wheeler Alignment (BWA), Genome Analysis Toolkit (GATK), and ANNOVAR. The variants were classified following the updated guidelines from American College of Medical Genetics (ACMG). Candidate variants were validated through Sanger sequencing and filtered according to family segregation, population genetics, and phenotype prediction programs. In 12/45 affected children, pathogenic/likely pathogenic variants have been identified in causative genes, achieving a diagnostic yield of 34,2%. In 5/45 affected children, WES led to the identification of variants of unknown significance (VUS), and in 5/45 a children a variant was found in a novel (candidate) gene. WES data from 10/45 children are currently being analyzed. This pilot study confirms the high diagnostic potential of WES, with a good detection rate compared with the results obtained in similar studies. WES is an effective diagnostic tool which facilitate the identification of disease-causing variants in known genes as well as novel disease genes. The results support the importance of accurate phenotyping and highlight how genetic diagnosis can significantly improve clinical management and etiologically targeted treatments.