Vollständige Exom-Sequenzierung

Die Ganz-Exom-Sequenzierung (Whole Exome Sequencing, WES) ist eine der populärsten Next-Generation-Sequencing (NGS)-Methoden, die heute für den Nachweis von genetischen Varianten eingesetzt wird. WES nutzt eine spezielle Technologie, um etwa 1% des gesamten menschlichen Genoms (das menschliche Exom) zu erfassen.

Was ist die Ganz-Exom-Sequenzierung?

Die Ganz-Exom-Sequenzierung bezieht sich auf die Erfassung der kodierenden Region (exonische Region) des Genoms. Diese Methode konzentriert sich auf den proteinkodierenden Bereich der DNA, der etwa 1% des gesamten Genoms ausmacht (1% von Millionen von DNA-"Buchstaben").

Exome werden sequenziert, weil sie viele der genetischen Varianten enthalten, die mit häufigen Krankheiten in Verbindung gebracht werden. Dazu gehören Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP), Kopienzahlvariation (CNV), strukturelle Varianten (SV) und Erkennung von SNV (Einzelnukleotidvarianten).

Darüber hinaus ermöglicht die Exom-Sequenzierung die Identifizierung seltener Varianten, die seltener sind als SNPs, aber viel häufiger auftreten als CNVs und SVs. Seltene Varianten sind für Mendelsche Störungen (genetische Krankheiten), einige Krebsarten und komplexe Krankheiten wie Diabetes und Autismus verantwortlich.

Was ist der Unterschied zwischen Whole Exome Sequencing (WES) und Whole Genome Sequencing (WGS)?

Die Ganzgenomsequenzierung sequenziert das gesamte Genom (DNA-Proben sind erforderlich), um ein vollständiges Bild des gesamten menschlichen Genoms zu erhalten. Im Gegensatz zur Gesamt-Exom-Sequenzierung wird bei der WES nur der Protein-codierende Teil des Genoms (die Exons) sequenziert, was den Nachweis von Exom-Varianten ermöglicht.

Die Ganz-Exom-Sequenzierung ist eine leistungsfähiges Instrument zur Identifizierung krankheitsverursachender Mutationen. Diese Methode ermöglicht es den Forschern, die Ursache für die Symptome eines Patienten zu ermitteln, ohne dass sie jedes einzelne Gen in seinem Körper sequenzieren müssen. Sie hat jedoch einige Einschränkungen. Während sich mit der Ganzgenomsequenzierung große Deletionen, Duplikationen und chromosomale Umlagerungen nachweisen lassen, können diese Arten von Veränderungen mit der WES nicht erkannt werden.

Allerdings sind beide Technologien für die klinische Diagnose geeignet.

Wie funktioniert die Ganz-Exom-Sequenzierung?

Das Verfahren beginnt mit der Extraktion von DNA-Proben. Bei diesem Schritt wird das genetische Material der Zellen isoliert, einschließlich der Kern- und Mitochondrien-DNA. Anschließend wird die extrahierte DNA mit Hilfe der PCR-Technologie in Millionen von Kopien amplifiziert. Nach dem Reinigen und Konzentrieren des amplifizierten Produkts werden Adapter an jedes Ende der Fragmente angefügt. Diese Adaptoren helfen dabei, die DNA für die Sequenzierung vorzubereiten, indem sie Indizes hinzufügen, die das spezifische Fragment identifizieren, das sequenziert werden soll. Schließlich wird die gereinigte DNA geladen und die exonischen Regionen werden einer massiven parallelen Sequenzierung unterzogen.

Was sind die Vorteile der Ganz-Exom-Sequenzierung?

Die Ganz-Exom-Sequenzierung ist eine weniger kostspielige Methode zur Identifizierung genetischer Variationen, die mit genetischen Krankheiten in Verbindung stehen. Exome sind besonders nützlich für Personen, deren Familiengeschichte auf eine hohe Wahrscheinlichkeit von Erbkrankheiten schließen lässt.

Bei diesem Verfahren wird die DNA aus einer Patientenprobe isoliert und für die Sequenzierung der nächsten Generation vorbereitet. Mit Hilfe von Hochdurchsatztechnologien sequenzieren die Forscher dann jedes einzelne Basenpaar in der betreffenden Genregion. Die daraus resultierenden Informationen werden verwendet, um Mutationen zu identifizieren, die mit bestimmten Erkrankungen in Verbindung stehen.

• In Fällen, in denen die ursächliche Mutation einer Mendelschen Krankheit bekannt ist, kann WES eingesetzt werden, um zusätzliche Mutationen in demselben Gen zu identifizieren (z. B. das CFTR-Gen für zystische Fibrose). Auf diese Weise lässt sich feststellen, ob es sich um eine dominante oder mehrere rezessive Mutationen handelt.
• In Fällen, in denen die Krankheitsursache noch unbekannt ist, können wir mit WES nach neuen Mutationen in bekannten Kandidatengenen suchen.
• Bei einigen polygenen Krankheiten, wie der klinischen Diagnose der Autismus-Spektrum-Störung, ist es wahrscheinlich, dass viele verschiedene Allele zum Risiko der Entwicklung der Krankheit beitragen. In diesen Fällen bietet die WES ein leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung der Rolle der einzelnen Allele bei der Verursachung der Krankheit.

Vergleich mit anderen Ansätzen

Die Exom-Sequenzierung ist besonders nützlich für die Identifizierung der genetischen Grundlage und der pathogenen Mutationen von Mendelschen Krankheiten, bei denen in der Regel eine einzige Mutation die Störung verursacht. Dieser Ansatz ist wesentlich effizienter als herkömmliche Diagnoseverfahren, bei denen jedes Gen einzeln getestet werden muss.

Diese Technik wird auch in der Krebsforschung immer beliebter, da viele Krebsarten durch somatische Veränderungen in bestimmten Genen und nicht durch vererbte Keimbahnmutationen entstehen.

Preis für das gesamte Exom

Was die Kosten der Sequenzierung betrifft, so ist WES erschwinglicher als WGS , da weniger DNA-Regionen analysiert werden, auch wenn dies immer noch eine Herausforderung darstellt. Es gibt andere Techniken die es uns ermöglichen, kleine Teile des Genoms sequenziell zu analysieren, und das zu geringeren Kosten, wie zum Beispiel Genotypisierung. Diese Methoden erleichtern es, unseren genetischen Code zu verstehen.