Genetisk udredning af patienter med ataksi: Outcome 2018-2022 og fremtidige perspektiver for forbedret diagnostik

Genetic investigation of patients with ataxia: Outcome 2018-2022 and future perspectives for improved diagnostics

Kolte, Julie Vogel

5. semester (speciale)

Medicin, Kandidat

2024

23

Arvelig ataksi er en gruppe nedarvede sygdomme, der påvirker balance og koordination. Sygdommene kan vise sig på mange måder (fænotyper) og skyldes forskellige genetiske ændringer, hvilket gør udredning vanskelig. Ofte er årsagen korte, gentagne DNA-stykker (short tandem repeats, STR), enkeltbogstav-ændringer i DNA (single nucleotide variation, SNV) eller ændringer i antallet af DNA-kopier (copy number variation, CNV). Selv med moderne genetiske undersøgelser, herunder Next Generation Sequencing (NGS), forbliver mange med mistanke om en enkeltgens-udløst (monogen) årsag uden en klar genetisk diagnose, blandt andet fordi nuværende metoder har begrænset evne til at finde og måle visse STR. Dette studie havde to dele. Del 1 var et tilbageblik på 68 patienter henvist til Klinisk Genetisk Afdeling, Aalborg Universitetshospital, i perioden 01-01-2018 til 31-12-2022: 41 med mistanke om hereditær ataksi og 19 for at afklare bærertilstand. Vi gennemgik deres symptomer og tidligere genetiske analyser. Del 2 var et systematisk litteraturstudie af nuværende og nye molekylærgenetiske metoder med særligt fokus på STR, hvor vi vurderede styrker og begrænsninger ved screening for hereditær ataksi. Blandt patienter med ataksi sås et varieret symptombillede, og de anvendte genetiske metoder gav en diagnostisk andel (andelen med påvist genetisk årsag) på 36,83%. Den mest brugte strategi var først at teste for de hyppigste STR-betingede ataksier med konventionelle metoder, efterfulgt af målrettet NGS. Short-read whole genome sequencing (srWGS) blev taget i brug i 2022 og anvendt i stigende grad. Omtrent halvdelen af patienterne fik ingen molekylærgenetisk diagnose; heriblandt fire, hvor en monogen STR-ætiologi fortsat blev mistænkt på grund af positiv familiehistorie og symptomdebut før 50 år. Nuværende metoder kan finde de mest almindelige STR-typer, de fleste SNV og CNV samt korte STR (<150 basepar), men de er utilstrækkelige til at måle længere STR (>150 basepar) præcist. En ny metode, long-read sequencing (LRS), er under afprøvning og kan måle lange STR med større præcision end srWGS, men der mangler endnu klinisk evidens for, hvordan den bedst bruges. Afdeling for Molekylær Diagnostik ved Aalborg Universitetshospital tester aktuelt et målrettet repeat-panel (T-LRS). Samlet peger studiet på, at nogle tidligere udredte patienter med hereditær ataksi fortsat er uden diagnose, og at andelen med påvist monogen årsag svarer til tidligere resultater. LRS ser lovende ud og kan give merværdi i udredningen, men bedre diagnostik forudsætter: 1) mere præcis klinisk genkendelse af symptombilleder, 2) større viden om de genetiske årsager og 3) valide referencegenomer. Det er derfor oplagt at udvide og beskrive flere fænotyper, der kan være knyttet til STR, i fremtidige studier.

Hereditary ataxia is a group of inherited conditions that affect balance and coordination. These disorders vary widely in how they appear (phenotypes) and in their genetic causes, which makes diagnosis challenging. Common genetic causes include short tandem repeats (STR; short DNA sequences repeated many times), single nucleotide variations (SNV; changes in a single DNA letter), and copy number variations (CNV; gains or losses of DNA segments). Even with modern testing such as Next Generation Sequencing (NGS), many people suspected of having a single-gene (monogenic) cause remain without a clear genetic diagnosis, partly because current methods have limited ability to detect and measure certain STRs. This study had two parts. Part 1 was a retrospective review of 68 patients referred to the Clinical Genetics Department at Aalborg University Hospital between 01-01-2018 and 31-12-2022: 41 with suspected hereditary ataxia and 19 for carrier testing. We reviewed their clinical features and any prior genetic tests. Part 2 was a systematic literature review of current and emerging molecular genetic methods with a focus on STRs, assessing their strengths and limitations for screening hereditary ataxia. Among patients with ataxia, we observed diverse symptom profiles, and the applied genetic methods produced a diagnostic yield (the share with an identified genetic cause) of 36.83%. The most common approach was to test first for the most frequent STR-related ataxias using conventional methods, followed by targeted NGS. Short-read whole genome sequencing (srWGS) was introduced in 2022 and used increasingly thereafter. About half of patients remained without a molecular diagnosis; four of these still had a suspected monogenic STR cause due to a positive family history and symptom onset before age 50. Current methods can detect the most common STR-related ataxias, most SNVs and CNVs, and short STRs (<150 base pairs), but they are insufficient for accurately quantifying longer STRs (>150 base pairs). A newer method, long-read sequencing (LRS), is under experimental evaluation and can measure long STRs with higher precision than srWGS, but clinical evidence on its utility is still limited. The Department of Molecular Diagnostics at Aalborg University Hospital is currently testing a targeted repeat panel (T-LRS). Overall, the study indicates that some previously assessed patients with hereditary ataxia remain undiagnosed, and that the proportion with a confirmed monogenic cause aligns with earlier reports. LRS appears promising and may add diagnostic value, but better outcomes will require: 1) improved clinical recognition of phenotypes, 2) more knowledge about the genetic basis of disease, and 3) validated reference genomes. Expanding and characterizing phenotypes related to STRs is therefore a key direction for future research.

[Dette resumé er omskrevet med hjælp fra AI baseret på projektets originale resumé]

Download
Vis denne rapport i AAU Studenterprojekter