Neu Bewertung von Funktionsverlust-Varianten in der Genetik

Der Verlust der Funktion (LoF) Varianten sind Veränderungen in unserer DNA, die Krankheiten verursachen können, indem sie die Produktion von Proteinen verringern oder ganz stoppen. Der Einfluss dieser Varianten hängt davon ab, ob eine oder beide Kopien eines Gens betroffen sind. Manche DNA-Veränderungen sorgen dafür, dass ein Protein gar nicht mehr hergestellt werden kann, während andere vielleicht eine verkürzte Version des Proteins erzeugen.

Es gibt verschiedene Arten von DNA-Veränderungen, die zu diesen Verlust der Funktion Varianten führen können. Zum Beispiel erzeugen nonsens Veränderungen ein Stoppsignal im Proteinproduktionsprozess, Frameshift-Veränderungen verschieben die Lesart der Sequenz und Splice-Stellen-Veränderungen beeinflussen, wie die DNA geschnitten und wieder zusammengefügt wird. Auch andere strukturelle Veränderungen können Probleme verursachen. Viele dieser Varianten werden von den aktuellen Systemen, die genetische Informationen kennzeichnen, als vorhergesagter Verlust der Funktion (pLoF) erkannt. Allerdings stoppen nicht alle pLoF Varianten tatsächlich die Proteinproduktion. Das erfordert eine sorgfältige Untersuchung über die typischen Methoden hinaus, die heute verwendet werden.

#Bedeutung von Populationsgenetikdatenbanken

Genetische Datenbanken, wie die Genome Aggregation Database, helfen Forschern, Daten auf Bevölkerungsebene zu betrachten, um diese Varianten und ihre Auswirkungen besser zu verstehen. Diese Datenbanken ermöglichen es Wissenschaftlern, die Häufigkeit verschiedener Varianten zu untersuchen und wie wahrscheinlich es ist, dass sie Krankheiten verursachen.

Manchmal führen als pLoF gekennzeichnete Varianten tatsächlich nicht zu einem Verlust der Proteinexpression. Zum Beispiel können einige späten truncierenden Varianten immer noch Proteine produzieren, wenn auch kürzere. Es ist wichtig, verschiedene Faktoren zu berücksichtigen, wenn man diese Varianten untersucht, insbesondere wenn sie mit Krankheiten in Verbindung stehen.

#Aktuelle Richtlinien zur Varianteninterpretation

Das American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) und die Association for Molecular Pathology (AMP) haben Richtlinien entwickelt, um genetische Varianten, einschliesslich pLoF Varianten, zu bewerten. Diese Richtlinien beinhalten das Betrachten mehrerer Beweisstücke, wie computergestützte Vorhersagen, wie sich Varianten funktional verhalten und Familien- oder Bevölkerungsdaten.

Eine der stärksten Beweisformen laut diesen Richtlinien ist, wenn eine Verlust der Funktion Variante in einem Gen auftritt, das bekannt dafür ist, Krankheiten zu verursachen. Unter bestimmten Umständen könnte allein die Präsenz einer pLoF Variante reichen, um sie als krankheitsverursachend zu klassifizieren, selbst mit wenig zusätzlichem Beweis. Das zeigt jedoch, dass pLoF Varianten eine tiefere Bewertung brauchen.

Die ClinGen Sequence Variant Interpretation Arbeitsgruppe hat Richtlinien für die Interpretation von Verlust der Funktion Varianten erstellt. Diese Richtlinien erklären, wie man Beweise für pLoF Varianten korrekt zählt. Das Ziel ist es, Fälle zu identifizieren, in denen eine Variante möglicherweise echten Verlust der Funktion umgeht und nicht vollständig in den Bewertungsprozess einfliessen sollte.

#Herausforderungen mit grossen Bevölkerungsgruppen

Die Interpretation von pLoF Varianten wird deutlich schwieriger, wenn man mit grossen Personengruppen arbeitet. Studien zeigen, dass Varianten, die angeblich zu einem Verlust der Funktion führen sollen, oft zusammen mit vielen Sequenzierungsfehlern und Annotationsfehlern gefunden werden. Das bedeutet, dass Forscher beim Analysieren von Bevölkerungsdaten vorsichtig sein müssen.

Wenn pLoF Varianten in bekannten krankheitsbezogenen Genen gefunden werden, gibt es eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass sie legitim sind. Allerdings gilt das nicht, wenn diese Varianten in zufälligen Bevölkerungsproben identifiziert werden. Deshalb ist eine sorgfältige Überwachung der Daten von Bevölkerungsstudien unerlässlich, um die Anzahl der Fehler zu verringern, die zu falsch identifizierten genetischen Varianten führen können.

#Weiterentwickeltes Kurationssystem für pLoF Varianten

Dieser Artikel stellt ein verfeinertes Rahmenwerk vor, das Wissenschaftlern helfen soll, pLoF Varianten besser zu interpretieren. Das Rahmenwerk zielt darauf ab, ein klareres Bild davon zu bieten, wann diese Varianten möglicherweise nicht zu einem Verlust der Proteinproduktion führen oder wann sie aus technischen Fehlern während der Sequenzierung stammen könnten.

Dieser aktualisierte Ansatz bewertet drei Hauptkategorien:

1. Rettung durch Sequenzeigenschaften: Einige Varianten erlauben möglicherweise immer noch die Produktion gebrauchbarer Proteine aufgrund von nahegelegenen Änderungen in der DNA-Sequenz, die die ordnungsgemässe Funktion wiederherstellen.

2. Ungewisse biologische Relevanz: Einige Varianten könnten in bestimmten Situationen zu einem Verlust der Funktion führen, haben jedoch in anderen keinen signifikanten Einfluss auf die Funktion des Proteins.

3. Mögliche Technische Artefakte: Bestimmte Ergebnisse stammen möglicherweise einfach von Fehlern während des Sequenzierungsprozesses, wie Ungenauigkeiten bei der Identifizierung von Varianten aufgrund von Problemen mit dem analysierten genetischen Material.

#Manueller Kurationsprozess

Das neue Kurationssystem wurde entwickelt, indem bekannte Mechanismen untersucht wurden, die es Genen ermöglichen könnten, nicht als echter Verlust der Funktion klassifiziert zu werden. Eine Auswahl von 22 Genen, die mit autosomal-rezessiven Erkrankungen assoziiert sind, wurde für eine detaillierte Kuration gewählt.

Die Analyse beschränkte sich auf hochqualitative Varianten, die verschiedene Qualitätskontrollfilter bestanden haben. Das bedeutet, dass die Varianten überprüft wurden, um sicherzustellen, dass sie zuverlässig sind und wahrscheinlich echte Veränderungen in der DNA-Sequenz darstellen.

Ein massgeschneidertes Kurationssystem ermöglichte es Biokuratoren, jede Variante manuell zu bewerten und verschiedene genomische Ressourcen als Referenz zu nutzen. Diese praktische Bewertung zielte darauf ab, die pLoF Varianten basierend auf ihrem Potenzial zu klassifizieren, echten Verlust der Funktion zu umgehen.

#Verständnis der Kategorien von Beweisen

#Vorhergesagte Rettung durch sekundäre Sequenzeigenschaften

Einige pLoF Varianten können durch nahegelegene Änderungen in der DNA-Sequenz gerettet werden, sodass ein funktionales Protein produziert werden kann. Beispielsweise können Varianten, die scheinbar Frameshifts verursachen, weil der Leserahmen verschoben wird, manchmal zu Proteinen führen, die trotzdem funktionell bleiben.

Multiplex-Nukleotid-Varianten (MNVs) können mehrere Punktmutationen beinhalten, die, wenn man sie zusammen betrachtet, die Funktion des Proteins möglicherweise nicht so stark beeinträchtigen, wie ursprünglich gedacht. Ausserdem können rahmenrettende Insertionen oder Deletionen es dem betroffenen Protein ermöglichen, seine ursprüngliche Funktion zu behalten.

#Ungewisse biologische Relevanz

Einige Varianten könnten in bestimmten Situationen zu einem Verlust der Funktion führen, haben jedoch in anderen keine signifikanten Auswirkungen auf die Funktion des Proteins. Forscher berücksichtigen Faktoren wie die Lage einer Variante innerhalb des Gens und wie gut dieser Bereich über Arten hinweg erhalten ist. Varianten, die in weniger biologisch wichtigen Regionen auftreten, könnten weniger wahrscheinlich die Gesamtfunktion des Genes beeinflussen.

Wenn beispielsweise eine Variante nur in wenigen Transkripten erscheint oder in Bereichen des Gens vorkommt, die nicht stark konserviert sind, könnte sie nicht viel biologische Auswirkung haben.

#Mögliche technische Artefakte

Einige Varianten können aufgrund systematischer Fehler entstehen, die während des Sequenzierungsprozesses auftreten. Zum Beispiel könnten ungenaue Genotypisierungen oder Fehlanpassungen zu fehlerhaften Ergebnissen führen. Das bedeutet, dass Wissenschaftler vor der Klassifizierung einer Variante als pathogen bestätigen sollten, dass es sich um eine echte Variante und nicht um einen Fehler bei der Sequenzierung handelt.

#Ergebnisse des Kurationsprozesses

Insgesamt bewerteten die Kuratoren 1.113 hochkonfidente pLoF Varianten, die in den ausgewählten Genen für autosomal-rezessive Krankheiten gefunden wurden. Der Kurationsprozess ergab, dass etwa 27% dieser Varianten wahrscheinlich nicht zu einem echten Verlust der Funktion führen.

Die häufigsten Gründe waren:

• Varianten, die im letzten Teil eines Gens auftreten.
• Varianten, die in Bereichen liegen, die bekannt dafür sind, Schwierigkeiten während der Sequenzierung zu verursachen.
• Varianten, die in Bereichen auftreten, die eine geringe biologische Bedeutung für die Proteinfunktion haben.

#Variation zwischen Genen und Varianten

Verschiedene Gene und Variantenklassen zeigten unterschiedliche Raten des Entkommens vom Verlust der Funktion. Insbesondere verspricht es, dass stop-gained Varianten eher echte Verluste der Funktion darstellen, während splicing Varianten eine höhere Wahrscheinlichkeit zeigen, nicht zu einem Verlust der Funktion zu führen.

Diese Variation unterstreicht die Bedeutung, spezifische Geneigenschaften zu verstehen, wenn man pLoF Varianten bewertet.

#Bewertung der Pathogenität

Es ist wichtig zu beachten, dass das neue Rahmenwerk darauf abzielt, vorherzusagen, ob eine Variante wahrscheinlich zu einem Verlust der Funktion führt. Zu bestimmen, ob eine pLoF Variante tatsächlich eine Krankheit verursacht, erfordert zusätzliche Untersuchungen zu anderen Aspekten, wie sich die Variante in einem biologischen Kontext verhält und Daten aus Familienstudien.

Varianten, die als wahrscheinlich nicht führend zu einem Verlust der Funktion vorhergesagt wurden, wurden häufiger als benign klassifiziert im Vergleich zu denen, die als echter Verlust der Funktion klassifiziert wurden. Dies hebt die Notwendigkeit robuster Rahmenwerke zur Bewertung genetischer Varianten hervor, um Fehlklassifikationen zu vermeiden, die klinische Entscheidungen irreführen könnten.

#Fazit

Zusammenfassend bietet das Kurationsrahmenwerk einen strukturierten Ansatz, um pLoF Varianten besser zu interpretieren. Durch das Identifizieren von Mechanismen des Entkommens und potenziellen technischen Problemen können Forscher die Wahrscheinlichkeit von Fehldiagnosen sowohl in der Forschung als auch in klinischen Settings verringern. Dies kann unsere Fähigkeit verbessern, Varianten genau zu klassifizieren und ihre Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und Krankheit zu verstehen.

Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung gründlicher Bewertungen genetischer Varianten, insbesondere in grossen Bevölkerungsstudien, um Fehlinterpretationen zu vermeiden und sicherzustellen, dass die Bedeutung jeder Variante im Kontext der Humangenetik angemessen erkannt wird.