ArchivDeutsches Ärzteblatt12/2019Exom-Sequenzierung bei Kindern
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Hintergrund: Globale Entwicklungsstörungen treten in den entwickelten Ländern bei circa 1 % der Kinder auf. Die Ursachen sind vielfältig, und bei etwa der Hälfte der Kinder kann keine exogene Krankheitsursache festgestellt werden. Die parallele Untersuchung der kodierenden Abschnitte aller Gene des Menschen („whole exome sequencing“ [WES]) hat sich hier zu einer erfolgreichen diagnostischen Methode zur Ursachenklärung entwickelt. Allerdings ist bisher nicht abschließend geklärt, unter welchen Voraussetzungen WES im klinischen Alltag einzusetzen ist, um das Potenzial dieser Methode möglichst effektiv auszuschöpfen.

Methode: Wir haben in einem interdisziplinären Ansatz 50 Kinder mit ungeklärten Entwicklungsstörungen und unspezifischen neurologischen Symptomen einer standardisierten klinischen Phänotypisierung sowie einer systematischen genetischen Analyse (WES bei Indexpatient und Eltern, Trio-WES) zugeführt.

Ergebnisse: Bei 21 Kindern (42 %) konnten wir die Krankheitsursache durch den Nachweis einer Mutation in einem bekannten Krankheitsgen identifizieren. Bei drei von ihnen wurde daraufhin eine spezifische Therapie eingeleitet. Zusätzlich detektierten wir bei weiteren 22 Kindern (44 %) eine möglicherweise krankheitsverursachende Veränderung in bisher nicht mit humanen Erkrankungen assoziierten Kandidatengenen.

Schlussfolgerung: Unsere auch im internationalen Vergleich hohe Aufklärungsrate von mindestens 42 % zeigt, dass WES in der neuropädiatrischen Differenzialdiagnostik effektiv eingesetzt werden kann. Sie sollte bei Index und Eltern erfolgen (Trio-WES) und begleitet sein von einer engen interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Humangenetikern und Pädiatern, der umfassenden (zum Teil nachträglichen) gezielten Phänotypisierung sowie einer sorgfältigen Auswertung der Varianten aller Gene.

LNSLNS

In den entwickelten Ländern wird bei etwa 1 % aller Kinder ein Abweichen von der erwarteten psychomotorischen Entwicklung (globale Entwicklungsstörung, engl. global developmental delay) beobachtet (1, 2). Damit machen globale Entwicklungsstörungen einen erheblichen Teil der neuropädiatrischen Erkrankungen aus, wobei zur Prävalenz neurologischer Erkrankungen im Kindesalter keine verlässlichen statistischen Daten vorliegen. Die Symptome einer globalen Entwicklungsstörung sind oft unspezifisch, so dass klinisch häufig keine konkrete Diagnose gestellt werden kann. Eine Diagnosestellung ist jedoch Voraussetzung für die Einleitung einer gegebenenfalls zur Verfügung stehenden erkrankungsspezifischen Therapie, die Erstellung eines personalisierten Förder- und Vorsorgeprogramms, die Abschätzung der Entwicklungsprognose sowie die differenzierte Einschätzung des Wiederholungsrisikos für die Eltern und weitere Familienmitglieder.

Die Ursachen globaler Entwicklungsstörungen sind außerordentlich vielfältig, bei etwa der Hälfte der betroffenen Kinder kann keine exogene Erkrankungsursache eruiert werden (3). Es ist anzunehmen, dass diese unklaren Entwicklungsstörungen zumeist genetisch bedingt sind (39). Daher spielen genetische Untersuchungsmethoden eine entscheidende Rolle bei der Ursachenklärung und Diagnosestellung in diesem Patientenkollektiv. In der Vergangenheit waren molekulargenetische Untersuchungen sehr aufwendig, sie erfolgten zumeist „Gen für Gen“. Seit kurzem stehen mit den neuen Sequenziertechniken („next generation sequencing“ [NGS]) Untersuchungsmethoden zur Verfügung, die eine Vielzahl von Genen (bis hin zu allen Genen des Menschen) innerhalb kurzer Zeit und mit vertretbaren Kosten analysieren können (1012) (Tabelle 1).

Sequenziertechniken im Vergleich
Sequenziertechniken im Vergleich
Tabelle 1
Sequenziertechniken im Vergleich

Die sich aus einer solch umfangreichen genetischen Analyse ergebenden ethischen Aspekte wurden und werden breit diskutiert (1316). Diese betreffen insbesondere die Aufklärung über und die Einwilligung zur genetischen Analyse, die Speicherung der und das Zugriffsrecht auf die genetischen Daten und den Umgang mit Zusatzbefunden. Letztere sind genetische Varianten, die „zufällig“ im Rahmen NGS-basierter Analysen identifiziert werden, jedoch nicht mit der Erkrankung des Indexpatienten in Zusammenhang stehen, für diesen (und gegebenenfalls für seine Familienmitglieder) aber ein erhöhtes Risiko für eine zweite unabhängige Erkrankung bedingen. Der Umgang mit diesen Zusatzbefunden wird national und international sehr unterschiedlich gehandhabt und die Diskussion hierüber ist wahrscheinlich noch lange nicht beendet. Einigkeit herrscht jedoch darüber, dass Patienten und Sorgeberechtigte aktiv in die Diskussion der oben skizzierten Fragen eingebunden werden müssen.

Ungeachtet dessen haben sich die Methoden des NGS in der genetischen Routinediagnostik etabliert. In Deutschland wird zumeist eine „Panel-Diagnostik“ angewandt, die eine definierte Anzahl von Genen untersucht, welche je nach Erkrankungsspektrum festgelegt wird. Bei sehr heterogenen Erkrankungen (zum Beispiel unspezifische kindliche Entwicklungsstörungen) mit hunderten assoziierten Genen ist eine Begrenzung der zu analysierenden Gene nicht sinnvoll. Diesen Patienten sollte die Analyse des gesamten kodierenden genetischen Materials (das heißt alle genomischen Regionen, die in Proteine translatiert werden = alle Exons der circa 20 000 Gene des Menschen), die sogenannte Exom-Sequenzierung (syn. Exomanalyse, „whole exome sequencing“, [WES]), angeboten werden.

Zahlreiche internationale Studien zeigen, dass die Ursache von Entwicklungsstörungen und neurologischen Erkrankungen im Kindesalter vielfach durch den Einsatz von WES geklärt werden kann (8, 1725). Die Aufklärungsrate wird zwischen 25 % und 68 % angegeben und ist insbesondere dann hoch, wenn:

  • das Studienkollektiv hochselektioniert ist (17, 22)
  • die Exom-Sequenzierung auf Eltern (Trio-Exom-Sequenzierung) und/oder weitere Familienmitglieder (Familien-Exom-Sequenzierung) ausgeweitet wird (17, 26) und wenn
  • in die Auswertung der Exomdaten alle bekannten Gene einbezogen werden und nicht nur die zum jeweiligen Zeitpunkt mit einer humanen Erkrankung assoziierten Gene (Krankheitsgene) (27, 28).

Nicht ausreichend untersucht wurde bisher, wie die Exom-Sequenzierung effektiv in den konkreten klinischen Alltag implementiert werden kann (5).

Viele Fragen sind noch offen, wie zum Beispiel, welchen Patienten diese Untersuchungsmethode angeboten, inwieweit sie auf Familienmitglieder ausgeweitet und in welchem klinischen und analytischen Kontext sie erfolgen soll.

Um diese Fragen weiter zu adressieren, haben wir in einer monozentrischen Pilotstudie 50 Kinder mit unklaren Entwicklungsstörungen und neurologischen Erkrankungen mutmaßlich genetischer Ursache eingehend klinisch, biochemisch und apparativ charakterisiert und mittels Trio-Exom-Sequenzierung (Trio-WES) genetisch untersucht.

Das Ziel der Studie war es, einen praktikablen Ablauf für eine Phänotypisierung und Genotypisierung im klinischen Alltag zu etablieren, der eine hohe Aufklärungsrate bei unspezifischen neurologischen Erkrankungen im Kindesalter ermöglicht.

Methode

Studiendesign

Die Studie wurde gemeinsam von der Klinik für Kinder- und Jugendmedizin und dem Institut für Humangenetik des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf durchgeführt. Über einen Zeitraum von 17 Monaten wurden insgesamt 50 Kinder mit ungeklärten neurologischen Erkrankungen fortlaufend im Rahmen einer Komplexen neuropädiatrischen Diagnostik (OPS 1–942) einem standardisierten Untersuchungsprogramm zugeführt (Grafik 1, eMethodenteil), wenn sie folgende Einschlusskriterien erfüllten:

  • neurologische Symptome (zum Beispiel globale Entwicklungsstörung, Ataxie, Krampfanfälle)
  • Verdacht auf eine genetische Erkrankungsursache (das heißt kein Hinweis auf schwere perinatale Komplikationen, Infektionen, Verletzungen, andere exogene Faktoren)
  • keine spezifische Verdachtsdiagnose und
  • schriftliche Zustimmung der Eltern zur ausführlichen Untersuchung inklusive einer Trio-WES nach erfolgter Aufklärung.
Studien-Protokoll einschließlich Bewertungsalgorithmus für die genetischen Varianten
Studien-Protokoll einschließlich Bewertungsalgorithmus für die genetischen Varianten
Grafik 1
Studien-Protokoll einschließlich Bewertungsalgorithmus für die genetischen Varianten

Die Studie wurde von der Ethikkommission der Ärztekammer Hamburg zustimmend bewertet (Aktenzeichen PV3802).

Erfassung des Phänotyps

Das umfangreiche Untersuchungsprogramm der Patienten umfasste in jedem Fall die ausführliche Erhebung von Krankheits- und Familienanamnese, eine erweiterte klinische Beurteilung durch einen Neuropädiater und einen klinischen Genetiker, umfangreiche Untersuchungen aus Blut, Urin und Liquor, eine bildgebende Untersuchung des Gehirns mittels 1,5 oder 3 Tesla-cMRT (kraniale Magnetresonanztomografie) und ein EEG (Elektroenzephalogramm). Diese wurden bei einzelnen Patienten in Abhängigkeit vom klinischen Bild ergänzt, zum Beispiel durch weitere bildgebende Verfahren (beispielsweise MR-Spektroskopie), Audiometrie, Echokardiografie oder ophthalmologische Untersuchungen. Wir erfassten die anamnestisch berichteten sowie die erhobenen klinischen Informationen systematisch mithilfe der Software Phenomizer (29), die auf der „Human Phenotype Ontology“ (HPO) (30) basiert. Der Grad der kognitiven und/oder körperlichen Beeinträchtigung wurde anhand der Klassifikation von Zhang et al. (31) (eTabelle 1) kategorisiert.

Klassifikation von mentaler Retardierung (MR) nach Zhang et al. (e5)
Klassifikation von mentaler Retardierung (MR) nach Zhang et al. (e5)
eTabelle 1
Klassifikation von mentaler Retardierung (MR) nach Zhang et al. (e5)

Erfassung des Genotyps

Die genetischen Daten wurden mittels Whole Exome Sequencing gewonnen, die bei dem Indexpatienten und seinen biologischen Eltern an aus EDTA-Blut gewonnener DNA durchgeführt wurde (Trio-WES). Die Methodik des WES ist im eMethodenteil dargestellt. Eingehender wurden diejenigen genetischen Varianten bewertet, die sehr selten in der Population nachzuweisen waren („minor allels frequency“ [MAF], Häufigkeit [%] des selteneren Allels in der Population < 0,01) und die nach der Einschätzung mehrerer bioinformatischer Vorhersagealgorithmen die Funktion des Gens beeinträchtigten (funktionell relevante Varianten). Bei den so gefilterten Varianten handelte es sich zumeist um nicht synonyme Punktmutationen (Varianten, die die Aminosäureabfolge im kodierten Protein änderten), um Verluste/Zugewinne einzelner oder mehrerer Basenpaare (Indels) oder um Verluste/Zugewinne submikroskopisch großer Chromosomenregionen (Mikrodeletionen/-duplikationen, „copy number variations“ [CNVs]). Diese betrafen ein bekanntes Krankheitsgen oder ein Kandidatengen. Ausführliche Informationen zur Methodik des WES und zur Klassifikation von Varianten und Genen sind im eMethodenteil zu finden.

Interdisziplinäre Befundinterpretation und reverse Phänotypisierung

In einem multidisziplinären Team, mindestens bestehend aus Kinderärzten und Humangenetikern, wurden die Befunde jedes einzelnen Patienten besprochen und die identifizierten genetischen Varianten mit möglicher Krankheitsrelevanz im Kontext der Anamnese und Symptome bewertet. Bei spezifischen Fragestellungen wurden weitere Experten hinzugezogen (beispielsweise Neuroradiologen). Bei zahlreichen Patienten veranlasste das Team weiterführende spezifische klinische Untersuchungen (reverse Phänotypisierung), um eine genetische Variante differenzierter beurteilen zu können. Die Ergebnisse der reversen Phänotypisierung wurden wieder gemeinsam interpretiert.

Statistische Analysen

Die Durchführung der deskriptiven statistischen Analyse wurde mit der Statistical Package for the Social Sciences (SPSS, Version 23) durchgeführt.

Ergebnisse

Studienteilnehmer

Das mediane Alter der 50 nicht miteinander verwandten Kinder (19 Mädchen [38 %], 31 Jungen [62 %]) lag bei Studieneinschluss bei 2,5 Jahren (4 Tage bis 18 Jahre; Grafik 2). Bei 33 Kindern (66 %) waren vorab genetische Untersuchungen erfolgt (Chromosomenanalyse, „array-based comparative genomic hybridization“ [Array-CGH]) und/oder Einzelgensequenzierungen), jeweils mit unauffälligem Ergebnis (weitere Informationen im eMethodenteil).

Alter bei Erkrankungsbeginn (Kästchen) und Alter bei Studieneinschluss (Kreuz) für jeden der 50 Patienten
Alter bei Erkrankungsbeginn (Kästchen) und Alter bei Studieneinschluss (Kreuz) für jeden der 50 Patienten
Grafik 2
Alter bei Erkrankungsbeginn (Kästchen) und Alter bei Studieneinschluss (Kreuz) für jeden der 50 Patienten

Ergebnisse der Phänotypisierung

Die ersten Symptome der Erkrankung wurden im Median mit 2 Monaten (0 Tage bis 6 Jahre; Grafik 2) beobachtet. Dabei handelte es sich bei 16 Patienten (32 %) um motorische und/oder sprachliche Entwicklungsauffälligkeiten, bei sechs Patienten (12 %) um abdominale (zum Beispiel Omphalozele, Ösophagusstenose/-atresie, Fütterungsprobleme) und bei 5 Patienten (10 %) um ophthalmologische Auffälligkeiten (zum Beispiel kongenitaler Katarakt, Nystagmus, Strabismus). Im Median vergingen 2,4 Jahre (4 Tage bis 18 Jahre; Grafik 2) zwischen dem Auftreten der ersten Symptome und dem Studieneinschluss.

Zum Zeitpunkt des Studieneinschlusses waren entsprechend der Einschlusskriterien alle Patienten von neurologischen Symptomen betroffen. Diese zeigten sich als globale Entwicklungsstörung (88 %), kognitive Einschränkungen ohne motorische Symptome (4 %) oder motorische Symptome ohne kognitive Einschränkungen (8 %). Basierend auf der Klassifikation von Zhang et al. (31) waren 10 % der Patienten mild, 32 % moderat, 56 % schwer und ein Patient tiefgreifend von der Entwicklungsstörung betroffen. Die psychomotorische Entwicklung wurde bei 68 % der Patienten als „langsam voranschreitend“, bei 6 % als „stagnierend“ und bei 26 % als „rückläufig“ beschrieben. Zum Zeitpunkt der klinischen Untersuchung waren Körpergewicht, Körperlänge und Kopfumfang bei jeweils 13 (26 %), 12 (24 %) und 21 (42 %) Patienten auffällig (˂ − 2 Standardabweichungen [SD] oder ˃ + 2 SD nach Kromeyer-Hauschild et al. [32]). Auffälligkeiten an Kopf und Hals (zum Beispiel faziale Dysmorphien) zeigten 36 (72 %), der Muskulatur (zum Beispiel muskuläre Hypotonie) 34 (68 %) und des Auges (zum Beispiel Strabismus) 28 Patienten (56 %) (Grafik 3). Weitere Ergebnisse der Phänotypisierung sind im eMethodenteil dokumentiert (eTabelle 2).

Klinische Charakterisierung des Studienkollektives anhand der HPO-Systematik (HPO, „human phenotype ontology“)
Klinische Charakterisierung des Studienkollektives anhand der HPO-Systematik (HPO, „human phenotype ontology“)
Grafik 3
Klinische Charakterisierung des Studienkollektives anhand der HPO-Systematik (HPO, „human phenotype ontology“)
Ergebnisse der apparativen Diagnostik
Ergebnisse der apparativen Diagnostik
eTabelle 2
Ergebnisse der apparativen Diagnostik

Ergebnisse der Genotypisierung

Bei 21 Patienten (42 %) fanden wir eine pathogene Variante (Mutation) in einem zum Zeitpunkt der Analyse bekannten Krankheitsgen oder eine bekannte krankheitsverursachende Mikrodeletion (Tabelle 2, eTabelle 3). Zwölf dieser 21 Mutationen (57,1 %) waren neu (de novo) bei dem Indexpatienten entstanden. Bei 9 Indexpatienten (42,9 %) lagen die Mutationen biallelisch (auf beiden Allelen eines Gens) im Sinne einer autosomal rezessiven Vererbung vor. Bemerkenswerterweise konnten im Verlauf dieser Studie Varianten in drei Genen (CHAMP1, SSR4, und SON), die zunächst als Kandidatengene klassifiziert worden waren, durch die Veröffentlichung überzeugender Daten als Mutationen in neuen Krankheitsgenen re-klassifiziert werden.

Ergebnisse des „whole exome sequencing“ (WES)
Ergebnisse des „whole exome sequencing“ (WES)
Tabelle 2
Ergebnisse des „whole exome sequencing“ (WES)

Bei zusätzlichen 22 Patienten (44 %) konnten wir eine wahrscheinlich krankheitsverursachende Variante in Kandidatengenen identifizieren. Die Krankheitsassoziation dieser Kandidatengene wurde beziehungsweise wird aktuell im Rahmen internationaler Kooperationsprojekte untersucht. Seit dem Abschluss unserer Studie sind 2 dieser 22 Kandidatengene aufgrund der initiierten Forschungsprojekte inzwischen als Krankheitsgene etabliert, bei weiteren Kandidatengenen untermauern die bisher vorliegenden Forschungsdaten eine Krankheitsassoziation. Nur 7 Patienten (14 %) blieben ohne einen auffälligen genetischen Befund.

Konsequenzen für die klinische Betreuung

Bei 17 der 21 Patienten (81 %) mit einer Mutation in einem bekannten Krankheitsgen wurden mit der Diagnosestellung Empfehlungen für eine Änderung/Anpassung des klinischen Managements ausgesprochen. Bei 14 Kindern (66,7 %) betrafen diese Empfehlungen das Vorsorge- und Kontrollprogramm (zum Beispiel Aufnahme neuer und/oder Weglassen bestehender Kontrolluntersuchungen), bei 13 Patienten (62 %) die individuelle Förderung (zum Beispiel Einsatz der gebärdenunterstützten Kommunikation beziehungsweise eines Talkers, Planung des weiteren Bildungsweges). Drei Patienten (3/21 = 14 %, beziehungseise 3/50 = 6 %) konnten wir darüber hinaus eine spezifische Therapie anbieten: Bei einem 11 Monate alten Mädchen mit Entwicklungsrückschritten, schwerer muskulärer Hypotonie und Augenbewegungsstörungen wurde unmittelbar nach der Identifizierung von compound heterozygoten Mutationen im Tyrosin-Hydroxylase-Gen (TH-Segawa Syndrom, OMIM #605407) eine Behandlung mit L-Dopa initiiert. Diese führte zu einem raschen Rückgang der neurologischen Symptome und zu einer Aufholentwicklung im Verlauf. Bei einem vier Jahre alten Jungen mit globaler Entwicklungsstörung, Dystonie und Gangstörung wurde mit der Behandlung mit Trihexyphenidyl begonnen, nachdem als Erkrankungsursache eine de-novo-Mutation in SGCE (Dystonie Typ 11, OMIM #159900) identifiziert wurde. Folgeuntersuchungen zeigten eine Abnahme der dystonen Bewegungsstörung und ein verbessertes Gangbild. Die Identifizierung einer homozygoten Mutation in ARSA (metachromatische Leukodystrophie, OMIM #250100) bei einem drei Jahre alten Jungen mit peripherer Neuropathie und Leukodystrophie führten zu seiner Aufnahme in eine Therapiestudie (eTabelle 4 und eTabelle 5).

Übersicht der Empfehlungen zum Behandlungsmanagement bei den 21 Patienten mit einer genetischen Diagnose
Übersicht der Empfehlungen zum Behandlungsmanagement bei den 21 Patienten mit einer genetischen Diagnose
eTabelle 5
Übersicht der Empfehlungen zum Behandlungsmanagement bei den 21 Patienten mit einer genetischen Diagnose

Eine systematische Dokumentation und vergleichende statistische Auswertung der Umsetzung der Therapieempfehlungen und/oder ihres Behandlungserfolges waren nicht Ziel der Studie und sind auch aufgrund des gewählten Studiendesigns nicht möglich.

Diskussion

Unsere standardisierte Suche nach der Ursache ungeklärter Entwicklungsstörungen und neurologischer Erkrankungen in einem pädiatrischen Kollektiv führte bei 21 (42 %) der 50 Patienten zum Mutationsnachweis in einem zum Phänotyp passenden bekannten Krankheitsgen und damit zur Aufklärung der Erkrankungsursache. Dies erforderte umfangreiche klinische, laborchemische und apparative Untersuchungen sowie eine Trio-Exom-Sequenzierung. Mit den erzielten Ergebnissen haben wir auch im internationalen Vergleich einen hohen diagnostischen Zugewinn in einem allgemein neuropädiatrischen Patientenkollektiv erreicht: Vergleichbare Studien (unter anderem aus Israel, Großbritannien und den USA) berichten von einer 25- bis 49-%igen Aufklärungsrate (8, 20, 22, 24). Unsere Studie unterstreicht, dass pädiatrischen Patienten mit unspezifischen, nicht diagnoseweisenden neurologischen Symptomen mit der Exom-Sequenzierung eine potente genetische Diagnostik angeboten werden kann.

Eine Einzel-Exom-Sequenzierung kann als ambulante Leistung über die EBM-Ziffer 11514 (Vergütung aktuell circa 3 300 Euro) abgerechnet werden. Die dazu benötigte Einzelfall-Genehmigung der Krankenkasse wird jedoch zumeist nicht erteilt. Stationär kann eine genetische Diagnostik, auch eine WES, im Rahmen eines OPS-Schlüssels, zum Beispiel 1–942 durchgeführt werden.

Bei den 21 sicher diagnostizierten Patienten betrafen die Mutationen 20 unterschiedliche Krankheitsgene, was die außerordentliche Heterogenität der kindlichen Entwicklungsstörungen und neuropädiatrischen Erkrankungen widerspiegelt und die Notwendigkeit systematischer genetischer Analysen (WES) in diesem Patientenkollektiv unterstreicht. Diese sollten unserer Erfahrung nach im Trio-Ansatz (Trio-WES) erfolgen, da insbesondere durch den Vergleich der genetischen Varianten des Indexpatienten mit denen der Eltern eine sichere und effektive Identifikation von de novo- (neu bei dem Index entstandenen) Mutationen ermöglicht wird. Tatsächlich stellen de novo-Mutationen einen erheblichen Anteil der genetischen Erkrankungsursachen dar: In unserer Studie sind 57 % der Mutationen de novo entstanden, in einer anderen Studie waren es sogar 65 % (DDD-Study [9]).

Dass sich die Auswertung der genetischen Daten nicht nur auf bekannte Krankheitsgene beschränken sollte, demonstriert die hohe Zahl an wahrscheinlich krankheitsrelevanten Varianten in verschiedenen Kandidatengenen. Bereits im Verlauf der Studie wurden drei zunächst als Kandidatengene kategorisierte Gene zu „neuen Krankheitsgenen“ re-klassifiziert (CHAMP1, SSR4, SON) (33, 34). Nach Abschluss unserer Studie waren es 22 (44 %) Indexpatienten, bei denen eine wahrscheinlich krankheitsrelevante Variante in einem Kandidatengen vorlag. Basierend auf den Trio-WES-Daten und unter Berücksichtigung bioinformatischer Vorhersagen, vorliegender Publikationen und Daten kooperierender Arbeitsgruppen sind wir überzeugt, dass für die Mehrzahl dieser Kandidatengene im Verlauf eine Krankheitsrelevanz bestätigt und eine Re-Klassifizierung zu einem neuen Krankheitsgen vorgenommen werden kann. Für zwei dieser 22 Kandidatengene ist die Re-Klassifizierung inzwischen erfolgt (DHX30, ANO3), sodass wir aktuell eine Aufklärungsrate von 46 % (23 der 50 Indexpatienten) verzeichnen können (Stand November 2018).

Fazit

Diese Pilotstudie belegt das hohe Aufklärungspotenzial der Exom-Sequenzierung in einer heterogenen neuropädiatrischen Patientenkohorte mit unspezifischen, nicht diagnoseweisenden neurologischen Symptomen. Erreicht wird diese hohe Aufklärungsquote durch einen interdisziplinären klinisch-genetischen Ansatz einschließlich:

  • einer ausführlichen Phänotypisierung mit, wenn notwendig, nachträglichen spezifischen Untersuchungen (reverse Phänotypisierung)
  • einer Exom-Sequenzierung von Indexpatient und Eltern (Trio-WES)
  • einer umfassenden Auswertung des gesamten Datenmaterials der Exom-Sequenzierung
  • einer interdisziplinären Interpretation der klinischen und genetischen Daten sowie
  • eines engen Austausches mit nationalen und internationalen Ärzten und Arbeitsgruppen.

Unter diesen Voraussetzungen ist die Exom-Sequenzierung eine hochpotente genetische Untersuchungsmethode, die bei wahrscheinlich genetischer Erkrankungsursache und Fehlen einer konkreten Verdachtsdiagnose als Erst-Stufen-Analyse angewendet werden kann, um dem Patienten den Zugang zu spezifischen Therapien, wie sie auch für genetische Erkrankungen zunehmend zur Verfügung stehen, zu ermöglichen.

Limitationen

Eine Limitation der Studie besteht im relativ kleinen Umfang der Patientenkohorte, wobei Daten aus unabhängigen internationalen Studien nahelegen, dass die wesentlichen Ergebnisse auch in einem größeren Patientenkollektiv bestätigt werden können. Zu berücksichtigen ist, dass die Detektionsraten auf den zum Studienzeitpunkt verfügbaren Daten beruhen.

Danksagung
Unser Dank gilt den Patienten und ihren Familien, die an dieser Studie teilgenommen haben. Wir danken weiterhin allen klinisch tätigen Kollegen/innen, den beteiligten Molekulargenetikern, Bioinformatikern und labortechnischen Mitarbeitern für die Zusammenarbeit.

Übereinstimmung mit ethischen Standards
Die schriftliche Einverständniserklärung lag von jedem einzelnen Teilnehmer der Studie beziehungsweise dessen Eltern vor. Alle Prozeduren die in Studien mit menschlichen Teilnehmern praktiziert wurden, waren im Einklang mit den ethischen Standards des institutionellen und nationalen Forschungsausschusses und mit der Helsinki-Deklaration von 1964 sowie deren späteren Anpassungen oder vergleichbaren ethischen Standards.

Interessenkonflikt
Prof. Meitinger obliegt die Leitung eines molekulargenetischen Labors mit Privatliquidationsrecht am Universitätsklinikum MRI-TUM.

Dr. Hempel und Prof. Kubisch unterhalten eine Mitarbeit am Martin Zeitz Centrum für seltene Erkrankungen in Hamburg. Dieses Zentrum ist Projektpartner des Versorgungsprojektes TRANSLATE NAMSE.

Prof. Muntau ist Projektpartnerin des Versorgungsprojektes TRANSLATE NAMSE.

Die übrigen Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Manuskriptdaten
eingereicht: 27. 7. 2018, revidierte Fassung angenommen: 17. 1. 2019

Anschrift für die Verfasser
Dr. med. Maja Hempel
Institut für Humangenetik,
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Martinistraße 52, 20246 Hamburg
m.hempel@uke.de

Zitierweise
Mahler E A, Johannsen J, Tsiakas K, Kloth K, Lüttgen S, Mühlhausen C, Alhaddad B, Haack TB, Strom TM, Kortüm F, Meitinger T, Muntau AC, Santer R, Kubisch C, Lessel D, Denecke J, Hempel M: Exome sequencing in children—undiagnosed developmental delay and neurological illness. Dtsch Arztebl Int 2019; 116: 197–204. DOI: 10.3238/arztebl.2019.0197

►Die englische Version des Artikels ist online abrufbar unter:
www.aerzteblatt-international.de

Zusatzmaterial
Mit „e“ gekennzeichnete Literatur:
www.aerzteblatt.de/lit1219 oder über QR-Code

eMethodenteil, eTabellen:
www.aerzteblatt.de/19m0197 oder über QR-Code

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*Die beiden Autoren teilen sich eine gleichberechtigte Letztautorenschaft.
Institut für Humangenetik, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf:
Elisa A. Mahler, Dr. med. Katja Kloth, Dr. med. Sabine Lüttgen, Dr. rer. nat. Fanny Kortüm,
Prof. Dr. med. Christian Kubisch, Dr. med. Davor Lessel, Dr. med. Maja Hempel
Klinik für Kinder- und Jugendmedizin, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf:
Dr. med. Jessika Johannsen, Dr. med. Konstantinos Tsiakas, Prof. Dr. med. Chris Mühlhausen,
Prof. Dr. med. Ania C. Muntau, Prof. Dr. med. René Santer, PD Dr. med. Jonas Denecke
Institut für Humangenetik, Klinikum rechts der Isar, Technische Universität München: Bader Alhaddad, Dr. med. Tobias B. Haack, PD Dr. med. Tim M. Strom, Prof. Dr. med. Thomas Meitinger
Institut für Medizinische Genetik und angewandte Genomik, Universitätsklinikum Tübingen:
Dr. med. Tobias B. Haack
Institut für Humangenetik, Helmholtz Zentrum München: PD Dr. med. Tim M. Strom,
Prof. Dr. med. Thomas Meitinger
Undiagnosed Disease Program at the University Medical Center Hamburg-Eppendorf (UDP-UKE): Prof. Dr. med. Christian Kubisch, Dr. med. Maja Hempel
Studien-Protokoll einschließlich Bewertungsalgorithmus für die genetischen Varianten
Studien-Protokoll einschließlich Bewertungsalgorithmus für die genetischen Varianten
Grafik 1
Studien-Protokoll einschließlich Bewertungsalgorithmus für die genetischen Varianten
Alter bei Erkrankungsbeginn (Kästchen) und Alter bei Studieneinschluss (Kreuz) für jeden der 50 Patienten
Alter bei Erkrankungsbeginn (Kästchen) und Alter bei Studieneinschluss (Kreuz) für jeden der 50 Patienten
Grafik 2
Alter bei Erkrankungsbeginn (Kästchen) und Alter bei Studieneinschluss (Kreuz) für jeden der 50 Patienten
Klinische Charakterisierung des Studienkollektives anhand der HPO-Systematik (HPO, „human phenotype ontology“)
Klinische Charakterisierung des Studienkollektives anhand der HPO-Systematik (HPO, „human phenotype ontology“)
Grafik 3
Klinische Charakterisierung des Studienkollektives anhand der HPO-Systematik (HPO, „human phenotype ontology“)
Sequenziertechniken im Vergleich
Sequenziertechniken im Vergleich
Tabelle 1
Sequenziertechniken im Vergleich
Ergebnisse des „whole exome sequencing“ (WES)
Ergebnisse des „whole exome sequencing“ (WES)
Tabelle 2
Ergebnisse des „whole exome sequencing“ (WES)
Klassifikation von mentaler Retardierung (MR) nach Zhang et al. (e5)
Klassifikation von mentaler Retardierung (MR) nach Zhang et al. (e5)
eTabelle 1
Klassifikation von mentaler Retardierung (MR) nach Zhang et al. (e5)
Ergebnisse der apparativen Diagnostik
Ergebnisse der apparativen Diagnostik
eTabelle 2
Ergebnisse der apparativen Diagnostik
Übersicht der Empfehlungen zum Behandlungsmanagement bei den 21 Patienten mit einer genetischen Diagnose
Übersicht der Empfehlungen zum Behandlungsmanagement bei den 21 Patienten mit einer genetischen Diagnose
eTabelle 5
Übersicht der Empfehlungen zum Behandlungsmanagement bei den 21 Patienten mit einer genetischen Diagnose
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