Long reads succesvol bij vinden genetische oorzaken van zeldzame ziekten

14 januari 2025

De oorzaak van zeldzame ziekten wordt steeds vaker opgespoord met genoom sequencing waarbij het menselijk DNA helemaal wordt uitgelezen door het eerst in kleine stukjes - short reads - te hakken. Christian Gilissen, Lisenka Vissers en collega’s constateerden dat een nieuwe techniek die gebruik maakt van long reads zelfs ingewikkelde oorzaken prima weet op te sporen. Tachtig tot negentig procent was te detecteren, schrijven ze in het American Journal of Human Genetics.

 

Zeldzame ziekten hebben meestal een genetische oorzaak. Die oorzaken worden steeds vaker opgespoord met genoom sequencing technieken. Genoom sequencing kijkt naar het volledige genoom van iemand, dus het complete DNA dat uit ruim 3 miljard bouwsteentjes bestaat.

 

Gemist

Om een genoom te kunnen lezen wordt het DNA eerst in kleine stukjes van ongeveer 300 letters geknipt, zogenoemde short reads. Die stukjes worden gelezen en vervolgens weer aan elkaar geknoopt totdat het volledige genoom in kaart is gebracht. “Op die manier hebben we vrij veel zeldzame ziekten in kaart kunnen brengen”, zegt Christian Gilissen, hoogleraar Genoom Bioinformatica in het Radboudumc. Toch heeft de short reads techniek ook nadelen. De enorme berg aan kleine stukjes genetische informatie is niet altijd op exact de juiste locaties aan elkaar te plakken. Dit geldt vooral voor hele lange repeterende stukken DNA (repeats) en voor stukjes DNA die in het erfelijk materiaal zijn weggevallen (deleties), toegevoegd (inserties) of verplaatst (translocaties). Om die problemen met de short reads zo goed mogelijk te ondervangen worden vaak nog diverse andere technieken gebruikt om wat wordt gemist alsnog te vinden.

 

Long reads

Sinds een aantal jaren is een nieuwe sequencing techniek in opkomst die is gebaseerd op long reads onder andere door PacBio HiFi sequencing. Met deze techniek kun je genetische stukjes van 20.000 letters lezen in plaats van de 300 letters met de short reads. Vissers, hoogleraar Translational Genomics in het Radboudumc: “Aanvankelijk was deze techniek wat minder nauwkeurig en nogal duur, maar inmiddels is die betrouwbaar en ook een stuk betaalbaarder geworden. Daarom stelden we ons de vraag: zouden we de short reads en alle andere bijkomende tests misschien kunnen gaan vervangen door de long reads? Pikken we met de long reads voldoende genetische mutaties op zodat we in de kliniek de short reads en andere aanvullende testen kunnen gaan vervangen door de long reads?

 

Ruim negentig procent

Gilissen en collega’s selecteerden honderd monsters waarvan de genetische oorzaken voor zeldzame ziekten erg moeilijk te vinden waren in eerder onderzoek met short reads in combinatie met allerlei aanvullende testen. Die monsters werden nu uitsluitend met long reads onderzocht. Gilissen: “Met long reads signaleerden we meteen 83 procent van de oorzaken. Bij nader onderzoek zagen we dat nog eens 10 procent wel door de techniek was vastgesteld, maar niet automatisch was gedetecteerd. Voor de overige 7 procent zijn waarschijnlijk verdere verbeteringen in de techniek nodig. In feite pikken we in deze extra zware test nu al 93 procent van de oorzaken op die niet, of heel moeilijk zijn te vinden met de huidige short read technieken. Bij minder moeilijke oorzaken ligt dat percentage waarschijnlijk nog hoger.”

 

Aan- en uitzetten

De long reads hebben bovendien het voordeel dat ze ook methylatie direct in kaart brengen. Methylatie is een proces waarmee genen worden aan- of uitgezet via chemische veranderingen aan het DNA. Gilissen: “Short reads kunnen dat niet en daar moet je dan een extra test voor doen. In onze monsters hadden we daar ook een voorbeeld van opgenomen. Normaal is het gen van de moeder actief en dat van de vader inactief, maar bij deze patiënt lag dat anders: De patiënt had geen gen van de vader en twee genen van de moeder gekregen. Beide genen van de moeder waren niet geactiveerd. Dat was de oorzaak van deze zeldzame ziekte. Een beetje ingewikkeld allemaal, maar zo’n zeldzaam en complex voorbeeld haalden we er nu meteen uit.”

 

Eén test

De afgelopen jaren zijn meer onderzoeken gedaan naar het gebruik van long reads voor klinische toepassingen. Volgens Vissers is dit de eerste keer dat er zo’n directe vergelijking is gemaakt tussen honderd al bekende en moeilijk te vinden oorzaken van zeldzame ziekten en het gebruik van long reads. Met goede resultaten, zo stelt zij. “Bij verdere verbetering van de techniek en dalende prijzen lijken long reads zowel op kwaliteit, gebruiksgemak - één test in plaats van meerdere – en betaalbaarheid de aangewezen techniek om in de nabije toekomst te gaan gebruiken voor zeldzame ziekten.”

­­­­­­­­­-

Publicatie in The American Journal of Human Genetics: HiFi long-read genomes for difficult-to-detect clinically relevant variants - Wolfram Höps, Marjan M. Weiss, Ronny Derks, Jordi Corominas Galbany, Amber den Ouden, Simone van den Heuvel, Raoul Timmermans, Jos Smits, Tom Mokveld, Egor Dolzhenko, Xiao Chen, Arthur van den Wijngaard, Michael A. Eberle, Helger G. Yntema, Alexander Hoischen, Christian Gilissen, Lisenka E.L.M. Vissers

• Meer weten over deze onderwerpen? Klik dan via onderstaande buttons door naar meer nieuws.

  Nieuws homepage Patientenzorg en Nieuws en verhalen