Полноэкзомный анализ первичного иммунодефицита

Первичный иммунодефицит представляет собой гетеро­генную группу редких наследственных мутаций единич­ного гена, вызывающих сбой в работе иммунной системы человека и проявляющихся в предрасположенности пациентов к тяжелым жизнеугрожающим инфекциям. Гетеро­генная природа первичного иммунодефицита, при которой мутации могут быть подвержены по меньшей мере 300 различных генов, серьезно осложняет его диагностику. И хотя было подсчитано, что от этого заболевания могут страдать около шести миллионов человек, только немно­гие из них могут рассчитывать на постановку правильного диагноза. Однако развитие методов секвенирования ДНК и доступность высокотехнологичного оборудования позволили сделать значительный шаг вперед в области моле-кулярных исследований генетических заболеваний. Тех­нология полноэкзомного анализа ДНК может оказать существенную помощь врачам при диагностировании менде­левских предрасположенностей к микробактериальным инфекциям и других форм редких генетических заболеваний. В представленном исследовании мы использовали метод полноэкзомного анализа ДНК для обследования двух младенцев с симптомами первичного иммунодефи­цита, такими как гемофагоцитарный лимфогистиоцитоз (ГЛГ) и тяжелый комбинированный иммунодефицит (ТКИД). Полноэкзомный анализ выявил мутацию UNC13D гена (NM_199242.2:c.627delT) у пациента с ГЛГ и мутацию RAG1 гена (NM_000448.2:c.322C>G) – у пациента с ТКИД. Исследо­вание показало, что полноэкзомный анализ – это быстрый и экономичный метод, помогающий поставить правильный диагноз пациентам с первичным иммунодефицитом.

1. Abolhassani H., Wang N., Aghamohammadi A., Rezaei N., Lee Y.N., Frugoni F., Notarangelo L.D., Pan-Hammarström Q., Hammarström L. A hypomorphic recombination-activating gene 1 (RAG1) mutation resulting in a phenotype resembling common variable immunodeficiency. J. Allergy Clin. Immunol. 2014;134(6):1375-1380. DOI 10.1016/j.jaci.2014.04.042.

2. Adzhubei I.A., Schmidt S., Peshkin L., Ramensky V.E., Gerasimova A., Bork P., Kondrashov A.S., Sunyaev S.R. A method and server for predicting damaging missense mutations. Nat. Methods. 2010; 7(4):248-249. DOI 10.1038/nmeth0410-248.

3. Al-Herz W., Bousfiha A., Casanova J.-L., Chapel H., Conley M.E., Cunningham-Rundles C., Etzioni A., Fischer A., Franco J.L., Geha R.S., Hammarström L., Nonoyama S., Notarangelo L.D., Ochs H.D., Puck J.M., Roifman C.M., Seger R., Tang M.L. Primary immunodeficiency diseases: an update on the classification from the international union of immunological societies expert committee for primary immunodeficiency. Front. Immunol. 2011;2:54. DOI 10.1007/s10875-015-0201-1.

4. Bonilla F.A., Bernstein I.L., Khan D.A., Ballas Z.K., Chinen J., Frank M.M., Kobrynski L.J., Levinson A.I., Mazer B., Nelson R.P., Orange J.S., Routes J.M., Shearer W.T., Sorensen R.U. Practice parameter for the diagnosis and management of primary immunodeficiency. Ann. Allergy Asthma Immunol. 2005;94(5):S1-S63. DOI 10.1016/S1081-1206(10)61142-8.

5. Bousfiha A.A., Jeddane L., Ailal F., Benhsaien I., Mahlaoui N., Casanova J.L., Abel L. Primary immunodeficiency diseases worldwide: more common than generally thought. J. Clin. Immunol. 2013;33(1): 1-7. DOI 10.1007/s10875-012-9751-7.

6. Bousfiha A., Jeddane L., Al-Herz W., Ailal F., Casanova J.L., Chatila T., Conley M.E., Cunningham-Rundles C., Etzioni A., Franco J.L., Gaspar H.B., Holland S.M., Klein C., Nonoyama S., Ochs H.D., Oksenhendler E., Picard C., Puck J.M., Sullivan K.E., Tang M. The 2015 IUIS phenotypic classification for primary immunodeficiencies. J. Clin. Immunol. 2015;35(8):727-738. DOI 10.1007/s10875015-0198-5.

7. Caboche S., Audebert C., Lemoine Y., Hot D. Comparison of mapping algorithms used in high-throughput sequencing: application to Ion Torrent data. BMC Genomics. 2014;15(1):1. DOI 10.1186/14712164-15-264.

8. Chou J., Ohsumi T.K., Geha R.S. Use of whole exome and genome sequencing in the identification of genetic causes of primary immunodeficiencies. Curr. Opin. Allergy Clin. Immunol. 2012;12(6):623628. DOI 10.1097/ACI.0b013e3283588ca6.

9. Cingolani P., Platts A., Wang L.L., Coon M., Nguyen T., Wang L., Land S.J., Lu X., Ruden D.M. A program for annotating and predicting the effects of single nucleotide polymorphisms, SnpEff: SNPs in the genome of Drosophila melanogaster strain w1118; iso-2; iso-3. Fly. 2012;6(2):80-92. DOI 10.4161/fly.19695.

10. Conley M.E., Casanova J.-L. Discovery of single-gene inborn errors of immunity by next generation sequencing. Curr. Opin. Immunol. 2014;30:17-23. DOI 10.1016/j.coi.2014.05.004.

11. Corneo B., Moshous D., Güngör T., Wulffraat N., Philippet P., Le Deist F.L., Fischer A., de Villartay J.P. Identical mutations in RAG1 or RAG2 genes leading to defective V(D)J recombinase activity can cause either T-B-severe combined immune deficiency or Omenn syndrome. Blood. 2001;97(9):2772-2776. DOI 10.1182/blood.V97.9.2772.

12. Eppig J.T., Blake J.A., Bult C.J., Kadin J.A., Richardson J.E. Mouse Genome Database Group. The Mouse Genome Database (MGD): Facilitating mouse as a model for human biology and disease. Nu¬cleic Acids Res. 2015;43:D726-D736. DOI 10.1093/nar/gku967.

13. Feldmann J., Callebaut I., Raposo G., Certain S., Bacq D., Dumont C., Lambert N., Ouachée-Chardin M., Chedeville G., Tamary H., Minard-Colin V. Munc13-4 is essential for cytolytic granules fusion and is mutated in a form of familial hemophagocytic lymphohistiocytosis (FHL3). Cell. 2003;115(4):461-473. DOI 10.1016/S00928674(03)00855-9.

14. Firth H.V., Richards S.M., Bevan A.P., Clayton S., Corpas M., Rajan D., Van Vooren S., Moreau Y., Pettett R.M., Carter N.P. DECIPHER: database of chromosomal imbalance and phenotype in humans using ensembl resources. Am. J. Hum. Genet. 2009;84(4):524-533. DOI 10.1016/j.ajhg.2009.03.010.

15. Gilissen C., Hoischen A., Brunner H.G., Veltman J.A. Disease gene identification strategies for exome sequencing. Eur. J. Hum. Genet. 2012;20(5):490-497. DOI 10.1038/ejhg.2011.258.

16. Greil J., Rausch T., Giese T., Bandapalli O.R., Daniel V., BekeredjianDing I., Stütz A.M., Drees C., Roth S., Ruland J., Korbel J.O., Kulozik A.E. Whole-exome sequencing links caspase recruitment domain 11 (CARD11) inactivation to severe combined immunodeficiency. J. Allergy Clin. Immunol. 2013;131(5):1376-1383. e1373. DOI 10.1016/j.jaci.2013.02.012.

17. Harrow J., Frankish A., Gonzalez J.M., Tapanari E., Diekhans M., Kokocinski F., Aken B.L., Barrell D., Zadissa A., Searle S., Barnes I., Bignell A., Boychenko V., Hunt T., Kay M., Mukherjee G., Rajan J., Despacio-Reyes G., Saunders G., Steward C., Harte R., Lin M., Howald C., Tanzer A., Derrien T., Chrast J., Walters N., Balasubramanian S., Pei B., Tress M., Rodriguez J.M., Ezkurdia I., van Baren J., Brent M., Haussler D., Kellis M., Valencia A., Reymond A., Gerstein M., Guigó R., Hubbard T.J. GENCODE: the reference human genome annotation for The ENCODE Project. Genome Res. 2012;22(9):1760-1774. DOI 10.1101/gr.135350.111.

18. Janka G. Familial and acquired hemophagocytic lymphohistiocytosis. Annu. Rev. Med. 2012;63:233-246. DOI 10.1146/annurev-med041610-134208.

19. Kircher M., Witten D.M., Jain P., O’Roak B.J., Cooper G.M., Shendure J. A general framework for estimating the relative pathogenicity of human genetic variants. Nat. Genet. 2014;46(3):310. DOI 10.1038/ng.2892.

20. Kwan A., Puck J.M. Newborn screening for severe combined immu¬nodeficiency. Curr. Pediatr. Rep. 2015;3(1):34-42. DOI 10.1007/ s40124-014-0068-2.

21. Li H., Handsaker B., Wysoker A., Fennell T., Ruan J., Homer N., Marth G., Abecasis G., Durbin R. The sequence alignment/map format and SAMtools. Bioinformatics. 2009;25(16):2078-2079. DOI 10.1093/bioinformatics/btp352.

22. Li M.-X., Gui H.-S., Kwan J.S., Bao S.-Y., Sham P.C. A comprehensive framework for prioritizing variants in exome sequencing studies of Mendelian diseases. Nucleic Acids Res. 2012;gkr1257.

23. McCusker C., Warrington R. Primary immunodeficiency. Allergy Asthma Clin. Immunol. 2011;7(1):1. DOI 10.1186/1710-1492-7-S1-S11.

24. Melek M., Gellert M. RAG1/2-mediated resolution of transposition in¬termediates: two pathways and possible consequences. Cell. 2000; 101(6):625-633. DOI 10.1016/S0092-8674(00)80874-0.

25. Miller S.A., Dykes D.D., Polesky H.F. A simple salting out procedure for extracting DNA from human nucleated cells. Nucleic Acids Res. 1988;16:1215. DOI 10.1093/nar/16.3.1215.

26. Moens L.N., Falk-Sörqvist E., Asplund A.C., Bernatowska E., Smith C.E., Nilsson M. Diagnostics of primary immunodeficiency diseases: a sequencing capture approach. PloS One. 2014;9(12): e114901. DOI 10.1371/journal.pone.0114901.

27. Mukda E., Trachoo O., Pasomsub E., Tiyasirichokchai R., Iemwimangsa N., Sosothikul D., Chantratita W., Pakakasama S. Exome sequencing for simultaneous mutation screening in children with hemophagocytic lymphohistiocytosis. Int. J. Hematol. 2017;1-9. DOI 10.1007/s12185-017-2223-3.

28. Ng P.C., Henikoff S. SIFT: Predicting amino acid changes that affect protein function. Nucleic Acids Res. 2003;31(13):3812-3814. DOI 10.1093/nar/gkg509.

29. Patel R.K., Jain M. NGS QC Toolkit: a toolkit for quality control of next generation sequencing data. PloS One. 2012;7(2):e30619. DOI 10.1371/journal.pone.0030619.

30. Picard C., Al-Herz W., Bousfiha A., Casanova J.-L., Chatila T., Conley M.E., Cunningham-Rundles C., Etzioni A., Franco J.L., Gas¬par H.B., Holland S.M., Klein C., Nonoyama S., Ochs H.D., Oksenhendler E., Picard C., Puck J.M., Sullivan K., Tang M.L. Primary immunodeficiency diseases: an update on the classification from the International Union of Immunological Societies Expert Committee for primary immunodeficiency 2015. J. Clin. Immunol. 2015;35(8): 696-726. DOI 10.1007/s10875-015-0201-1.

31. Sanger F., Nicklen S., Coulson A.R. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc. Natl. Acad. Sci USA. 1977;74(12):54635467. DOI 10.1073/pnas.74.12.5463.

32. Schulert G.S., Zhang M., Fall N., Husami A., Kissell D., Hanosh A., Zhang K., Davis K., Jentzen J.M., Napolitano L., Siddiqui J., Smith L.B., Harms P.W., Grom A.A., Cron R.Q. Whole-exome se-quencing reveals mutations in genes linked to hemophagocytic lymphohistiocytosis and macrophage activation syndrome in fatal cases of H1N1 influenza. J. Infect. Dis. 2015;213(7):1180-1188. DOI 10.1093/infdis/jiv550.

33. Sifers T.M., Raje N., Dinakar C. Hemophagocytic lymphohistiocytosis: A concise review for the practicing physician. Allergy Asthma Proc. 2016;37(3):256-258. DOI 10.2500/aap.2016.37.3948.

34. Sikkema-Raddatz B., Johansson L.F., Boer E.N., Almomani R., Boven L.G., van den Berg M.P., van Spaendonck-Zwarts K.Y., van Tintelen J.P., Sijmons R.H., Jongbloed J.D., Sinke R.J. Targeted next-generation sequencing can replace Sanger sequencing in clini¬cal diagnostics. Hum. Mutat. 2013;34(7):1035-1042. DOI 10.1002/humu.22332.

35. Stadt U.Z., Beutel K., Kolberg S., Schneppenheim R., Kabisch H., Janka G., Hennies H.C. Mutation spectrum in children with primary hemophagocytic lymphohistiocytosis: molecular and functional analyses of PRF1, UNC13D, STX11, and RAB27A. Hum. Mutat. 2006;27(1):62-68. DOI 10.1002/humu.20274.

36. Stoddard J.L., Niemela J.E., Fleisher T.A., Rosenzweig S.D. Targeted NGS: a cost-effective approach to molecular diagnosis of PIDs. Front. Immunol. 2014;5:531. DOI 10.3389/fimmu.2014.00531.

37. Tamura S., Higuchi K., Tamaki M., Inoue C., Awazawa R. Mitsuki N., Nakazawa Y., Mishima H., Takahashi K., Kondo O., Imai K., Morio T., Ohara O., Ogi T., Furukawa F., Inoue M., Yoshiura K., Kanazawa N. Novel compound heterozygous DNA ligase IV mutations in an adolescent with a slowly-progressing radiosensitive-severe combined immunodeficiency. Clin. Immunol. 2015;160(2):255-260. DOI 10.1016/j.clim.2015.07.004.

38. Van der Auwera G.A., Carneiro M.O., Hartl C., Poplin R., del Angel G., Levy-Moonshine A., Jordan T., Shakir K., Roazen D., Thibault J., Banks E., Garimella K.V., Altshuler D., Gabriel S., DePristo M.A. From FastQ data to high-confidence variant calls: the genome analysis toolkit best practices pipeline. Curr. Protoc. Bioinformatics. 2013;11:11.10.11-11.10.33. DOI 10.1002/0471250953.bi1110s43.

39. Vrijenhoek T., Kraaijeveld K., Elferink M., De Ligt J., Kranendonk E., Santen G., Nijman I.J., Butler D., Claes G., Costessi A., Dorlijn W., van Eyndhoven W., Halley D.J., van den Hout M.C., van Hove S., Johansson L.F., Jongbloed J.D., Kamps R., Kockx C.E., de Kon¬ing B., Kriek M., Lekanne Dit Deprez R., Lunstroo H., Mannens M., Mook O.R., Nelen M., Ploem C., Rijnen M., Saris J.J., Sinke R., Sistermans E., van Slegtenhorst M., Sleutels F., van der Stoep N., van Tienhoven M., Vermaat M., Vogel M., Waisfisz Q., Marjan Weiss J., van den Wijngaard A., van Workum W., Ijntema H., van der Zwaag B., van IJcken W.F., den Dunnen J., Veltman J.A., Hennekam R., Cuppen E. Next-generation sequencing-based genome diagnostics across clinical genetics centers: implementation choices and their effects. Eur. J. Hum. Genet. 2015;23(9):1142-1150. DOI 10.1038/ejhg.2014.279.

40. Wang K., Li M., Hakonarson H. ANNOVAR: functional annotation of genetic variants from high-throughput sequencing data. Nucleic Acids Res. 2010;38(16):e164. DOI 10.1093/nar/gkq603.