Lub luag haujlwm ntawm Kev Ntsuam Xyuas Kev Tshawb Fawb hauv Kev Tshawb Fawb Kev Ua Haujlwm Ntawm Cov Neeg Mob Me Nyuam Nrog rau Cov Kab Mob Raum: Kev Paub Ntawm Ib Lub Tsev Kawm Ntawv
Oct 18, 2023
AbstractLub hom phiajCov kab mob hauv lub raum yog cov ua rau lub raum tsis ua haujlwm hauv cov menyuam yaus, ua rau muaj kev tuag ntau ntxiv, cov nqi kho mob siab, thiab xav tau kev hloov pauv hauv nruab nrog cev. Cov thev naus laus zis txuas ntxiv txuas ntxiv tuaj yeem pab txhawm rau txheeb xyuas cov xwm txheej tsis tshua muaj monogenic, tso cai rau kev tswj hwm kev kho mob kom zoo thiab xaiv kev kho mob.
Methods Clinical exome sequencing (CES) tau ua nyob rau hauv ib pawg ntawm 191 cov neeg mob menyuam yaus los ntawm ib lub tsev kawm ntawv, ua raws los ntawm Sanger sequencing kom paub meej tias cov kev sib txawv thiab kev tshawb fawb hauv tsev neeg. Cov txiaj ntsig Txhua tus neeg mob tau kuaj pom tus kab mob raum: cov kab mob tseem ceeb yog kab mob glomerular (32.5%), ciliopathies (20.4%), CAKUT (17.8%), nephrolithiasis (11.5%) thiab kab mob tubular (10.5%). 7.3% ntawm cov neeg mob tau nthuav tawm nrog lwm yam mob. Kev ntsuam xyuas caj ces, raws li CES thiab Sanger validation, tau txais hauv 37.1% ntawm cov neeg mob. Qhov kev kuaj pom siab tshaj plaws tau txais rau ciliopathies (74.4%), tom qab ntawd los ntawm nephrolithiasis (45.5%), thiab cov kab mob tubular (45%), thaum feem ntau cov kab mob glomerular thiab CAKUT tseem tsis tau kuaj pom. Cov txiaj ntsig tau pom tau hais tias kev tshuaj ntsuam genetic tas li siv nyob rau hauv kev kuaj mob ua haujlwm ntawm cov menyuam yaus uas muaj kab mob raum ntev tuaj yeem (i) paub meej tias kev kuaj mob, (ii) muab kev kuaj mob ntxov rau hauv cov xwm txheej ntawm kev xeeb tub, (iii) thiab caj ces ua rau yav dhau los tsis paub txog. kab mob thiab (iv) tailor transplantation programs.
Keywords Clinical exome sequencing, Next-generation sequencing,Kab mob raum, Kev kuaj caj ces, Pediatric cohort
NYEM QHOV NO RAU CISTANCHE RAUQHOV CHAW UA HAUJ LWM TSHIAB
Taw qhia
Pediatric nephropathies suav nrog cov kab mob sib txawv ntawm cov chaw kho mob, kev hloov pauv, thiab kev xaiv kho mob [1–4]. Kwv yees li ntawm 30% ntawm cov menyuam yaus uas muaj kab mob raum ntev (CKD) raug kev txom nyem los ntawm cov kab mob monogenic, feem pua nce thaum xav txog cov menyuam yaus uas muaj kab mob raum kawg (ESRD) [5, 6]. Ntau tus menyuam no tseem tsis tau kuaj pom thaum lub sijhawm hloov pauv [4, 6, 7]. Kev ncav cuag kev kuaj mob rau cov neeg mob no tsis yog tsuas yog hais txog qhov kawg ntawm kev kuaj mob odyssey, tab sis nthuav qhia ntau yam zoo rau kev kuaj mob, kev tswj hwm, thiab kev kho mob.
Cov kev tshawb fawb Pioneering tau qhia tsis tu ncua tias kev siv cov txheej txheem txuas ntxiv mus (NGS) tau txhim kho cov txiaj ntsig zoo rau cov neeg mob uas muaj kab mob hauv lub raum (IKD) [8]. Tsis ntev los no, kev siv dav dav ntawm NGS tau ua rau muaj kev kuaj mob caj ces hauv lub sijhawm tsim nyog thiab ntawm tus nqi pheej yig, tsa cov lus nug ntawm seb thiab thaum twg nws yuav tsum tau koom ua ke hauv kev kuaj mob niaj hnub ua haujlwm [5].
Kev kuaj mob caj ces hauv cov menyuam yaus yog qhov tseem ceeb tshaj plaws rau ntau yam. Thawj qhov yog tias nws yuav muaj feem cuam tshuam rau hauv kev kho mob mus kom ze rau tus kab mob, qhov piv txwv zoo li ntawm nephrotic syndromes qhov kev txheeb xyuas ntawm cov qauv sib txawv hauv cov noob caj noob ces sib cav tawm tsam kev tiv thaiv kab mob tiv thaiv kab mob uas yuav txwv tsis pub siv niaj hnub siv ntau lub sijhawm. muaj [9]. Qhov thib ob yog tias nws yuav muaj feem cuam tshuam rau tus menyuam tsev neeg thiab rau kev txheeb xyuas ntawm lwm tus tswvcuab uas tau nqa qhov sib txawv tuaj yeem kis mus rau cov tiam tom ntej. Thaum ib tus kab mob sib txawv tau txheeb pom hauv qhov muaj txiaj ntsig, kev sim cascade ntawm cov neeg hauv tsev neeg thiab kev tawm tswv yim caj ces hauv cov neeg nqa khoom sib txawv sawv cev rau kev coj ua hauv kev kho mob caj ces [5]. Qhov thib peb yog tias kev paub txog cov kab mob pathogenic yog qhov tseem ceeb hauv kev hloov pauv cov ntsiab lus uas tus neeg pub yuav yog ib tus txheeb ze. Qhov tseeb tiag, nws yog ib qho tseem ceeb kom txiav txim siab txog qhov muaj qhov sib txawv ntawm tib neeg lub cev, nrog rau nws yog qhov tseem ceeb los txheeb xyuas txhua tus neeg hauv tsev neeg uas xav tau kev hloov pauv. Qhov thib plaub yog tias qee cov kab mob tuaj yeem ua rau muaj kev pheej hmoo siab rov qab los tom qab hloov pauv hauv nruab nrog cev, xws li focal segmental glomerulosclerosis [10] lossis lawv cov txiaj ntsig yuav raug txhim kho los ntawm kev xaiv ntau dua ntawm kev hloov pauv yuav tsum tau ua, xws li hauv rooj plaub ntawm thawj. hyper oxaluria qhov twg lub raum-siab hloov pauv tuaj yeem ua rau muaj txiaj ntsig zoo [11]. Thaum kawg, kev kuaj pom tus kab mob no yuav muaj txiaj ntsig zoo rau tus neeg mob los koom nrog hauv kev sim tshuaj thiab tau txais txiaj ntsig los ntawm kev xaiv kho tshiab [12, 13].
Thaum kawg ntawm xyoo 2018, hauv kev sib koom tes ntawm cov kws kho mob nephrologists thiab cov kws kho mob caj ces, peb tau pib ua cov kev ntsuam xyuas caj ces rau cov kab mob monogenic uas yuav ua rau ESRD thiab yog li hloov pauv. Peb lub tsev kho mob yog qhov loj tshaj plaws nyob rau hauv Northwest Ltalis, ntws los ntawm thaj tsam ntawm 5 lab tus tib neeg. Peb tau xaiv ib qho "ib qho loj haum rau txhua yam" kev soj ntsuam, nrog rau qhov sib luag ntawm qhov chaw kho mob exome, piv txwv li, kwv yees li 6700 cov noob uas cuam tshuam nrog cov kab mob monogenic, tsom mus rau kev tsom xam ntawm cov noob qoob loo raws li kev soj ntsuam kev ua xyem xyav thiab yog li txwv tsis pub muaj kev tshawb pom thiab txo lub sijhawm rau kev soj ntsuam ib ntus.
Zuag qhia tag nrho, los ntawm kev siv cov raj xa dej no, peb tau txais cov txiaj ntsig kev kuaj mob raws li cov ntaub ntawv luam tawm, nrog qee qhov kev tsis sib haum xeeb ntawm cov kev soj ntsuam sib txawv, raws li xav tau. Cov txiaj ntsig tau lees paub qhov tseem ceeb ntawm suav nrog kev kuaj caj ces niaj hnub thiab kev tawm tswv yim hauv kev kuaj mob ua haujlwm ntawm cov neeg mob menyuam yaus cuam tshuam los ntawm nephropathies. Tseeb tiag, kev txheeb xyuas cov kab mob sib txawv yog qhov tseem ceeb rau lawv txoj kev tswj hwm kev kho mob, thiab muaj peev xwm rau kev xaiv tus neeg pub dawb nyob zoo.
Cov ntaub ntawv thiab cov txheej txheem
Kev nrhiav neeg mob
Txoj kev tshawb no yog raws li kev kuaj mob ntawm 191 tus neeg mob sib law liag (hnub nyoog ntawm kev nrhiav neeg ua haujlwm <18 xyoo), nrhiav los ntawm Pediatric Nephrology, Dialysis, thiab Transplantation Units ntawm Regina Margherita Children's Hospital thiab xa mus rau Immunogenetics thiab Transplant Biology Service rau kev tshuaj ntsuam genetic. Txhua tus neeg mob suav nrog hauv txoj kev tshawb fawb tau sau ntawv tso cai kos npe los ntawm ob niam txiv, thaum twg los tau.
Kev npaj ua piv txwv, ua ntu zus, thiab kev txheeb xyuas bioinformatics
Kev rho tawm nucleic acid los ntawm cov ntshav peripheral, tsom xam DNA zoo, kev npaj tsev qiv ntawv, thiab kev sib txuas tau ua raws li tau tshaj tawm yav dhau los [14]. Cov ntaub ntawv nyoos tau txais los ntawm kev sib txuas tau hloov pauv hauv FASTQ cov ntaub ntawv thiab tom qab ntawd ua raws li Enrichment 3.1. ib qho kev siv kom tau txais ib qho nucleotide variants, luam tus lej variants (CNV) thiab cov qauv sib txawv ntawm cov ntaub ntawv. Rau kev luam tus lej cim, ib qho hauv paus ua los ntawm cov ntaub ntawv sib txuas los ntawm 5 tus neeg mob sib txawv, txhua qhov tsis zoo rau CNV (raws li cov ntaub ntawv sib piv genomic hybridization) tau siv. Txoj hauv kev no tso cai rau kev tshawb pom ntawm CNV txawm nyob rau hauv kev sib deev chromosomes txij li thaum pawg neeg siv tau ua ob leeg ntawm poj niam thiab txiv neej thiab poj niam txiv neej ntawm cov kev kawm yuav tsum tau txheeb xyuas ib txwm teev nyob rau theem kev sib tw. Kev hu xov tooj sib txawv thiab qhov tseem ceeb tau ua raws li cov txheej txheem tau hais tseg. Nyeem kev sib raug zoo thiab exons kev pab them nqi ntawm cov noob paj hlwb raug kuaj xyuas thiab tso tawm los ntawm Integrative Genomics Viewer IGV, muaj pub dawb los ntawm UC San Diego-University of California thiab Broad Institute of MIT thiab Harvard University-Boston (https://software.broadinstitute. org/ software/igv/). Cov kev hloov pauv yuav tsum suav nrog hauv daim ntawv tshaj tawm txog caj ces kawg raug cais raws li American College of Medical Genetics thiab Genomics (ACMG) cov qauv.
Generation ntawm silico noob kab mob
Cov noob uas yuav tsum tau txiav txim siab rau kev txheeb xyuas qhov sib txawv thiab qhov tseem ceeb tau raug txiav txim siab raws li qhov xav tau ntawm kev kho mob. Hauv cov npe ntawm silico gene tau tsim los sib piv (i) cov ntaub ntawv los ntawm cov ntaub ntawv sib txawv, sib cuam tshuam genotype rau phenotype (OMIM, PanelApp England, ClinGen, Malacards), thiab (ii) cov ntaub ntawv los ntawm cov ntaub ntawv. Cov npe muaj cov noob tau hloov kho ib xyoos ib zaug raws li cov pov thawj tshiab ntawm kev sib koom ua ke ntawm cov kab mob gene.
Sanger sequencing thiab multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA)
Sanger sequencing thiab/lossis MLPA kev tshuaj ntsuam xyuas tau ua kom muaj txiaj ntsig zoo sib txawv uas tau txheeb xyuas los ntawm NGS thiab rau kev tshawb fawb hauv tsev neeg. Luv luv, DNA tau muab rho tawm los ntawm kev ywj pheej thib ob ntawm cov ntshav peripheral thiab los ntawm cov niam txiv. Cov cheeb tsam DNA ntawm kev txaus siab tau nthuav dav los ntawm PCR siv cov kev sim tshwj xeeb. Qhov purity thiab tshwj xeeb ntawm cov cheeb tsam amplified raug kuaj xyuas los ntawm 0.8 lossis 1.5% agarose gel. Amplified PCR cov khoom lag luam tau tom qab Sanger ua ntu zus siv tib primers. Rau PKD1 variants, validation tau ua siv ib tug ntev-ntau PCR ua raws li los ntawm ib tug nested PCR kom tsis txhob muaj inference los ntawm pseudogenes.
Cov txiaj ntsig
Kev txhais cov txheej txheem rau kev rov qab los ntawm kev tshuaj ntsuam genetic tsom xam
We previously reported on the design and set-up of a "kidney" gene panel that comprises>400 cov noob tag nrho koom nrog ntau hom kab mob raum [14]. Rau txoj kev tshawb no, peb tau siv kev tshuaj xyuas nrog cov subpanels tsom rau cov kev soj ntsuam tshwj xeeb ntawm kev tsis txaus siab (piv txwv li, CAKUT, glomerupathies, tubulopathy, thiab lwm yam) thiab ua ntej nws tau ua ib pawg ntawm cov noob rau kev tshuaj xyuas. Txoj hauv kev no txwv tus lej ntawm cov noob tshuaj ntsuam xyuas, ua kom yooj yim kev tshuaj ntsuam xyuas, thiab txo tus naj npawb ntawm cov kev tshawb pom. Tsuas yog thaum kawg ntawm qhov kev tshuaj ntsuam xyuas nrog cov vaj huam sib luag cuam tshuam, qhov tshwm sim ntawm caj ces yog qhov tsis zoo thiab (i) qhov chaw kho mob phenotype tsis qhia meej lossis (ii) sib tshooj kab mob sib txawv, kev tshuaj ntsuam caj ces tau txuas mus rau qhov hu ua "lub raum tag nrho-daim ntawv teev npe lossis lub raum", ib lub vaj huam sib luag super uas muaj tag nrho cov noob muaj nyob rau hauv subpanels.
Raws li thawj kauj ruam, peb tau txhais cov txheej txheem rau kev txhais cov txiaj ntsig ntawm NGS. Tom qab ua qhov kev soj ntsuam exome sequencing (CES) thiab cov ntaub ntawv sib dhos, cov raj xa dej ntawm kev tshuaj ntsuam tau txiav txim siab lim hauv qhov sib txawv. Tshwj xeeb, raws li kev soj ntsuam tsis txaus ntseeg, txheeb xyuas qhov sib txawv tau raug lim raws li hauv cov npe ntawm silico noob, tshwj xeeb rau cov kab mob sib txawv. Synonymous variants tsis cuam tshuam rau lub splicing mechanism los yog intronic variants tsis mapping nyob rau hauv lub splicing cheeb tsam tau raug tshem tawm, khaws cia nyob rau hauv kev txiav txim tsuas yog lub nonsynonymous, tsis muaj tseeb, frameshift, thiab splicing-ffecting variants. Kaum, tsuas yog qhov sib txawv tsis tshua muaj (ntau zaus tsawg dua 1% hauv cov pej xeem) thiab cov kev hloov pauv nrog cov zaus allele hauv tus neeg mob tsawg kawg yog 0.2 thiab kev pab them nqi tsawg kawg 20 nyeem tau suav nrog. Cov kev hloov pauv ntxiv tau sau tseg thiab ntxiv kho raws li (i) hom qub txeeg qub teg, (ii) kev txuag nucleotide, (iii) cuam tshuam cov protein, siv cov ntaub ntawv sib txawv los xyuas cov qhab nia, thiab (iv) cov ntaub ntawv, yog tias muaj. Nyob rau ntawm no, lim-hauv variants tau teev nyob rau hauv ib tug thiaj li hu ua "technical report". Daim ntawv tshaj tawm kev tshaj lij tau txhais los ntawm tus kws kho mob caj ces los tsim cov ntawv tshaj tawm caj ces kawg rau tus neeg mob thiab nws tsev neeg. Thaum lub sij hawm kev sab laj txog caj ces, kev tshawb fawb txog kev cais tsev neeg tau thov kom (i) paub meej tias qhov sib txawv ntawm qhov kev sib tw, thiab (ii) suav nrog / tsis suav nrog cov kev sib txawv uas tsis yog vim li cas raws li lawv cov kev sib cais hauv tsev neeg (Daim duab 1).
Los ntawm kev siv cov txheej txheem no, peb muaj peev xwm txhais tau peb yam sib txawv ntawm cov ntawv tshaj tawm caj ces. Ua ntej, ib daim ntawv qhia "kom tiav" uas suav nrog cov kab mob (C5) thiab cov kab mob pathogenic (C4) txawv. Cov ntawv ceeb toom ntawm qhov sib txawv ntawm qhov tsis paub qhov tseem ceeb (C3) tau txiav txim siab tsuas yog ua tiav nrog cov duab kho mob thiab yog tias tsev neeg cov kev tshawb fawb cais tawm ua rau lawv lub luag haujlwm ua tau. Qhov thib ob, ib qho "kev qhia tsis meej" uas suav nrog C3 qhov sib txawv uas tau txheeb xyuas los ntawm CES uas tseem tsis tau lossis tsis tuaj yeem raug lees paub nyob rau hauv cov ntsiab lus ntawm kev sib cais ntawm tsev neeg lossis C4 / C5 qhov sib txawv uas tsis ua tiav raws li kev kho mob phenotype. Qhov thib peb, ib qho "kev qhia tsis meej" uas suav nrog (i) qhov tsis zoo CES tsom xam, txhais tau hais tias tsis muaj qhov txawv txav tau txheeb xyuas los ntawm NGS; (ii) ib qho kev hloov pauv hauv cov noob caj noob ces; thiab (iii) C3 variants tsis nyob rau hauv txoj kab nrog kev kho mob phenotype, txheeb xyuas thaum qhov kev tshuaj ntsuam tau txuas mus rau txhua tuskab mob raum ntsig txog cov noob caj noob ces(Daim duab 1).
Cov yam ntxwv tseem ceeb ntawm pawg neeg nrhiav neeg ua haujlwm
Txoj kev tshawb no piav qhia txog ib pawg ntawm 191 tus neeg mob menyuam yaus (0-18 xyoo) uas tau raug xa mus los ntawm Pediatric Nephrology Unit rau kev tshuaj ntsuam caj ces txij lub Kaum Ib Hlis 2018 txog Lub Tsib Hlis 2022, nrog qhov nruab nrab ntawm 50 tus neeg mob tshiab tuaj koom txhua xyoo . Cov txheej txheem rau kev ntsuam xyuas caj ces yog (i) nephropathy cuam tshuam nrog tsev neeg keeb kwm zoo ntawm cov kab mob raum lossis (ii) kev soj ntsuam tsis txaus ntseeg ntawm tus mob monogenic lossis (iii) yuav tsum tau txiav txim siab txog tus mob monogenic (xws li mob nephrotic syndromes, qhov sib txawv. monogenic piv rau cov kab mob uas tsis yog-monogenic yog qhov tseem ceeb hauv kev kho mob thiab kev kho mob).
Cov pab pawg tau muab faib ua raws li kev soj ntsuam kev ua xyem xyav, xav txog 6 yam kab mob sib txawv ntawm cov kab mob sib txawv: congenital abnormalities ntawm lub raum thiab zis (CAKUT; n=34), ciliopathies (n=39), glomerulopathy (n=62), nephrolithiasis (n=22), tauopathies (n=20) thiab lwm yam kab mob uas suav nrog cov syndromic phenotypes (n=14). Tsuas yog rau CAKUT thiab tubulopathies uas pom muaj kev sib npaug ntawm cov poj niam thiab cov txiv neej, nyob rau hauv tag nrho cov lwm pawg, muaj ntau tus txiv neej cov ntsiab lus (Fig. 2a). Thaum saib lub hnub nyoog ntawm kev nrhiav neeg ua haujlwm, tsis muaj kev faib tawm txawv txawv ntawm cov pab pawg sib txawv, nrog lub hnub nyoog nruab nrab ntawm 6.7 txog 10 xyoo hauv "Lwm yam kab mob" thiab glomerulopathies, raws li. Txawm li cas los xij, thaum saib lub hnub nyoog nruab nrab, CAKUT dis eases pom tus nqi qis tshaj (4.6 xyoo), nyob rau hauv nrog ib tug congenital phenotype. Los ntawm cov kev xav ntawm haiv neeg, ywj siab ntawm tus kab mob macro-category suav tias, cov neeg mob feem ntau yog European, ua raws li African, tsuas yog ob peb tus neeg mob yog Neeg Esxias, Latin-American lossis crossbred (Fig. 2b). Ntawm cov pab pawg, tsuas yog 8 tus neeg mob muaj cov niam txiv sib koom ua ke.
Fig. 1 Cov ntaub ntawv tshuaj ntsuam kab mob caj ces thiab cov txheej txheem rau kev suav nrog sib txawv. Schematic sawv cev ntawm cov kav dej analytical saws rau kev txheeb xyuas qhov sib txawv thiab qhov tseem ceeb, suav nrog tag nrho cov txheej txheem lim-hauv thiab lim tawm. Cov txiaj ntsig sib txawv tau suav nrog hauv daim ntawv tshaj tawm txog caj ces kawg. Thaum twg los tau, qhov sib txawv ntawm kev siv tau thiab kev tshawb fawb txog kev cais tsev neeg tau ua. Cov ntawv ceeb toom ntawm caj ces raug cais raws li qhov tseeb, tsis meej, lossis tsis meej raws li cov qauv qhia. Raws li qhov kev faib tawm no, qhov kev kuaj mob ntawm peb cov txheej txheem tom ntej (NGS) kev ua haujlwm raug xam. 1 KG: 1000 genomes database; Alt fr: hloov zaus; C3: txawv ntawm qhov tsis paub qhov tseem ceeb; C4: yuav muaj kab mob sib txawv; C5: kab mob sib txawv; AR: autosomal recessive
Thaum kawg, thaum coj mus rau hauv tus account hauv tsev neeg keeb kwm rau cov kab mob raum xav txog cov txiv neej thiab poj niam cov ntsiab lus sib cais, heterogeneity hauv kev faib tawm ntawm cov teeb meem zoo thiab qhov tsis zoo tau tshwm sim los ntawm cov kab mob sib txawv. Zuag qhia tag nrho, feem ntau ntawm pawg neeg nrhiav neeg ua haujlwm thiab ntawm nws tus kheej ntawm poj niam txiv neej tsis yog tus cwj pwm los ntawm tsev neeg keeb kwm zoo, raws li qhia rau CAKUT, glomerulopathies, tauopathies thiab lwm yam mob raum. Txawm li cas los xij, hauv ciliopathies thiab nephrolithiasis, ib qho tseem ceeb ntawm cov neeg mob tau nthuav tawm nrog tsev neeg zoo nws tory nrog kev sib txawv ntawm cov poj niam thiab cov txiv neej (13 tus neeg ntawm 22 rau ciliopathies, thiab 5 tawm ntawm 12 rau nephrolithiasis; Fig. 2c).
Los ntawm qhov chaw kho mob, cov pab pawg muaj ntau yam sib txawv nrog cov kab mob sib txawv suav nrog (Fig. 2d). Ntawm lawv, cov kev kho mob uas tshwm sim feem ntau yog kab mob polycystic raum (n=27), CAKUT (n=25), nephrotic syndrome (n=19), focal segmental glomerulosclerosis (FSGS; n. =14) thiab Alport syndrome (n=13; Fig. 2d).
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