Approccio genomico alla patologia pediatrica complessa: analisi dell'esoma e del genoma in 123 pazienti

Introduction: Rare Diseases (RD) affect less than 1 person in 2000, and 80% of cases are genetic disorders. They collectively affect up to 4-8% of the general population and are responsible for a significant percentage of infant morbidity and mortality. In recent years, new DNA analysis approaches have been developed based on Next Generation Sequencing (NGS) technologies that allow with a single analytical process to analyze the entire exome, the coding portion of the DNA, or the entire genome. The application of these technologies represents a very significant evolution of the diagnostic approach to RD and to children with medical complexity, with a significant increase in the diagnostic rate, the definition of new clinical features associated with disease genes and the discovery of new etiopathogenetic mechanisms of genetic disorders. Methods: the clinical data of 123 patients presenting with medical complexity related to Undiagnosed Rare Diseases followed up at the Pediatric Clinical Genetics service of the Regina Margherita Children's Hospital (72 males, average age: 8.64 years) were collected and systematized. These patients have been analyzed with Clinical Exome Sequencing (CES, n = 56), Whole Exome Sequencing (WES, n = 21) or Whole Genome Sequencing (WGS, n = 46) from January 2015 to January 2020. Results: the etiological diagnosis was made in 56 patients (45.5%). Moreover, 6 new candidate disease genes for RD (n = 6, 4.9%) and 4 new clinical phenotypes for known disease genes (n = 4, 3.3%) were identified. In the remaining cases, the analyzes made it possible to identify Variant of Uncertain Significance (VUS, n = 11, 8.9%), or were negative (n = 46, 37.4%). Conclusions: the diagnostic rates in our cohort are among the highest reported in the literature. This result correlates both with the careful selection of patients, a key element of this diagnostic approach, and with the multidisciplinary approach that involves several professional figures (Pediatrician, Geneticist, Biologist, Bioinformatician) in the interpretation of the sequence data generated by the analyses. Exome and genome sequencing techniques are new diagnostic tools that allow the clinical classification of complex pediatric cases with suspected genetic etiology. If applied early in the diagnostic process, they significantly reduce the time needed to obtain a diagnosis, ending the "diagnostic odyssey" that characterizes the clinical history of these patients, allowing a better clinical management in the context of a personalized molecular medicine approach. Appropriately used in the diagnostic-care process, these technologies also allow to increase the scientific knowledge thanks to the identification of new disease genes and the definition of new clinical features associated with known disease genes.

Introduzione: le malattie rare (MR) colpiscono meno di 1 su 2000 individui e riconoscono nell’80% dei casi un’eziologia genetica. Interessano collettivamente il 4-8% della popolazione e sono responsabili di percentuale rilevante della morbidità e mortalità infantili. Negli ultimi anni sono stati sviluppati nuovi approcci di analisi del DNA basati su tecnologie di sequenziamento di nuova generazione (NGS) che permettono con un unico processo analitico di analizzare l’intero esoma, ovvero la porzione codificante del DNA, o l’intero genoma. L’applicazione di queste tecnologie rappresenta un’evoluzione assai rilevante dell’approccio diagnostico alle MR e ai quadri clinici complessi dell’età dello sviluppo con un notevole incremento del tasso diagnostico, la definizione di nuove caratteristiche cliniche associate ai geni malattia e la scoperta di nuovi meccanismi patogenetici ad eziologia genetica. Metodi: sono stati raccolti e sistematizzati i dati clinici di 123 pazienti affetti da quadri clinici complessi riferibili a Malattie Rare Non Diagnosticate seguiti presso il servizio di Genetica Clinica Pediatrica dell’Ospedale Infantile Regina Margherita (72 maschi, età media: 8.64 anni). Questi pazienti sono stati sottoposti ad analisi dell’esoma clinico (CES, n=56), dell’intero esoma (WES, n=21) o del genoma (WGS, n=46) da gennaio 2015 a gennaio 2020. Risultati: complessivamente è stato possibile porre diagnosi eziologica in 56 pazienti (45.5%). Sono stati inoltre identificati 6 nuovi geni candidati per MR (n=6, 4.9%) e 4 nuovi fenotipi clinici per geni noti (n=4, 3.3%). Nei restanti casi le analisi hanno permesso di identificare Variant of Uncertain Significance (VUS, n=11, 8.9%), o sono risultate negative (n=46, 37.4%). Conclusioni: il tasso di successo diagnostico nella nostra coorte è tra i più alti riportati in letteratura, dato che correla sia con l’accurata selezione dei pazienti, elemento chiave di questo approccio diagnostico, sia con l’approccio multidisciplinare che vede coinvolte numerose figure (Pediatra, Genetista, Biologo, Bioinformatico) nell’interpretazione dei dati di sequenza generati dalle analisi. Le tecniche di sequenziamento dell’esoma e del genoma sono un nuovo strumento diagnostico che permette l’inquadramento clinico di casi pediatrici complessi a sospetta eziologia genetica. Qualora applicati precocemente nell’iter diagnostico riducono significativamente il tempo necessario per ottenere una diagnosi, ponendo fine all’“odissea diagnostica” che caratterizza la storia clinica di questi pazienti, permettendo una migliore gestione clinica nel contesto di un approccio di medicina molecolare personalizzata. Opportunamente utilizzate nell’iter diagnostico-assistenziale queste tecnologie permettono inoltre di accrescere la conoscenza scientifica tramite l’identificazione di nuovi geni malattia e la definizione di nuove caratteristiche cliniche associate ai geni malattia noti.