El papel de la genómica en los trastornos de inmunodeficiencia variable común

El papel de la genómica en los trastornos de inmunodeficiencia variable común.

•  Resumen 

 La venida de la próxima generación de secuenciación (NGS) y 'omic' tecnologías ha revolucionado el campo de la genética, y su aplicación en la atención de la salud tiene el potencial para realizar la medicina de precisión.  Las inmunodeficiencias primarias (PID) son un grupo de enfermedades raras que se han beneficiado de NGS, con un aumento masivo en los genes causales identificados en los últimos años.  Los trastornos comunes de inmunodeficiencia variable (CVID) son una forma heterogénea de PID y la forma más común de falla de anticuerpos en niños y adultos.  Mientras que una causa monogénica de la enfermedad se ha identificado en un pequeño subconjunto de pacientes con CVID, un estudio de asociación de todo el genoma y secuenciación del genoma completo han encontrado que, en la mayoría, una causa poligénica es probable.  Otras tecnologías NGS como la secuenciación de ARN y estudios epigenéticos han contribuido aún más a nuestra comprensión de la contribución de la alteración de la expresión génica en la patogénesis CVID.  Creemos que para desentrañar aún más las complejidades de CVID, un enfoque multi-ómico, la combinación de la secuenciación del ADN con la expresión génica, metilación, proteómica y metabolómica de datos, será esencial para identificar nuevas rutas asociadas con la enfermedad y los objetivos terapéuticos. 

•  Introducción 

 La estructura molecular del ADN fue descubierta hace 60 años.  Luego tardó casi 25 años en desarrollar tecnologías de ADN recombinante que ayudaron al desarrollo de una técnica avanzada de secuenciación, permitiendo la determinación de secuencia de tramos de ADN aleatorios de cualquier fuente.  Sabemos que este método hoy en día como 'Sanger de secuenciación' [ 1 ].  A finales de 1980 se introdujo la primera máquina de secuenciación totalmente automatizado, que marca el comienzo de la era 'genómica' [ 2 ].  Mientras que la secuenciación del primer genoma humano fue mayor proyecto de colaboración biológica del mundo y tomó aproximadamente 13 años desde el lanzamiento hasta la finalización [ 3 ], el proyecto 1000 genomas se completó en 4 años [ 4 ].  Este avance importante fue facilitado por el desarrollo de la próxima generación de métodos de secuenciación (NGS) en 2010 y el progreso en la tecnología informática.  El anuncio de la Iniciativa de Medicina de precisión ( https://www.whitehouse.gov/precision-medicine ) es un gran paso adelante en la aplicación de la medicina genómica como parte del cuidado de los pacientes individuales a medida que sufren de enfermedades comunes y raras por igual. 

Tecnologías Genómicas 

 Anteriormente, la búsqueda de las causas genéticas de la enfermedad dependían en estudios de genes candidatos y estudios de asociación genómica (GWASs) [ 5 ].  Los estudios de genes candidatos requieren conocimientos biológicos y clínicos para seleccionar los genes causantes de la enfermedad probables para el estudio, con genes amplificados utilizando la reacción en cadena de polimerasa múltiple (PCR) para la secuenciación de Sanger.  Tal enfoque es de uso intensivo de tiempo y pasa por alto las variantes patógenas en los genes no probados.  GWASs para una asociación estadística entre cientos de miles de polimorfismos de nucleótido único (SNP) y fenotipo clínico, y se convirtió en un importante método para el descubrimiento de genes en enfermedades complejas.  Los tamaños de muestra grandes detectaron variantes comunes con tamaños de efecto pequeños;  Sin embargo, las asociaciones a menudo se perdieron con la corrección de múltiples ensayos y estudios de replicación. 

 Tecnologías NGS han revolucionado el análisis del genoma humano y su impacto en la salud y la enfermedad [ 6 ].  NGS implica la secuenciación paralela de cientos de millones de moléculas de ADN.  Ventajas de NGS sobre los métodos tradicionales incluyen la secuenciación imparcial de todo el genoma o exoma a alta profundidad de la cobertura [ 7 ].  En lugar de analizar sólo los genes seleccionados, esto minimiza las posibilidades de ausencia de las variantes asociadas a la enfermedad y aumenta la confianza en la llamada variante, cuando cada base se secuenció varias veces.  Mientras que la secuenciación completa del genoma (WGS) informará sobre todo el genoma humano, incluyendo exones, intrones, regiones reguladoras y regiones intergénicas, la secuenciación completa del exome (WES) está dirigida a la secuenciación del 1% del genoma humano que codifica proteínas, pero se informa a puerto 85% de las variantes que causan enfermedades [ 8 ].  El NGS dirigido también puede aplicarse a paneles más pequeños de genes, identificados a través de pantallas más grandes iniciales tales como WGS o WES.  Así como secuencias de ADN, NGS puede también ser utilizado para detectar la variación estructural [ 9 ], el estado de metilación de ADN [ 10 ], la secuencia de transcripción de ARN y la abundancia [ 11 ] y la apertura de la cromatina [ 12 ]. 

Genética en el diagnóstico de PID 

 Las inmunodeficiencias primarias (PID) son un grupo de enfermedades raras que se ha beneficiado particularmente de la llegada de NGS.  Las PID se definen como errores innatos de inmunidad, en lugar de inmunodeficiencia secundaria a fármacos inmunosupresores, desnutrición, infección o neoplasias linfoides.  Las PID se caracterizan por una pérdida parcial o completa de la función del sistema inmune.  Los pacientes pueden experimentar infecciones recurrentes, autoinmunidad, alergia y / o malignidad [ 13 ].  Un diagnóstico oportuno y preciso de una PID es esencial para prevenir la significativa morbilidad y mortalidad asociada con la enfermedad. 

 En 2011 la Unión Internacional de Sociedades Inmunológicas (IUIS) listado 180 de un solo gen errores innatos genéticamente definidas de la inmunidad descubierto durante un período de más de 40 años [ 14 ].  Los defectos genéticos subyacentes fueron descubiertos por análisis de ligamiento [por ejemplo, interleuquina 2 receptor gamma (IL2RG) en la inmunodeficiencia combinada grave ligada al cromosoma X (SCID)] [ 15 ], la clonación posicional [por ejemplo Bruton tirosina quinasa (BTK) en agammaglobulinemia ligada al cromosoma X (XLA )] [ 16 ], el análisis de genes candidatos [por ejemplo, recombinación activación 1 (RAG1) y RAG2 en células T negativo natural killer B célula-célula negativa-positiva (T - B - NK +) SCID] [ 17 ] y la fluorescencia in- hibridación in situ (FISH) (por ejemplo, deleciones 22q11.2 en el síndrome de DiGeorge) [ 18 ].  Todos estos descubrimientos dependían de familias grandes o de conjeturas bien informadas basadas en la presentación clínica.  El rápido desarrollo de las técnicas de NGS se ha acelerado el descubrimiento de nuevos PIDs drásticamente, como se ejemplifica por más de 300 PIDs solo gen genéticamente definidas hasta la fecha [ 13 ].  Las mutaciones en GATA-proteína de unión 2 (GATA2), transportador de magnesio 1 (MAGT1) y transductor de señales y activador de transcripción 1 (STAT1) fueron los primeros identificados en pacientes PID por WES [ 19-21 ].  Sin embargo, no todos los PIDs son defectos monogénicos.  Hay ejemplos de condiciones digénicos tales como linfohistiocitosis familial hemofagocítico [ 22 ], y la forma más común de deficiencia de anticuerpos, trastorno de inmunodeficiencia variable común (CVID), es un trastorno poligénico heterogénea en la mayoría de los casos [ 23 ] (Fig. 1 ). 

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