เทคโนโลยีการหาจีโนไทป์และการหาลำดับพันธุกรรม

เทคโนโลยีการหาจีโนไทป์และการหาลำดับพันธุกรรมเป็นวิธีการทางห้องปฏิบัติการที่ใช้ตรวจหาความหลากหลายทางพันธุกรรมที่รายงานโดยการทดสอบเภสัชพันธุศาสตร์ เทคโนโลยีเหล่านี้มีตั้งแต่การตรวจวิเคราะห์แบบเจาะจงที่ตรวจสอบรายการของความหลากหลายที่ทราบแล้ว ไปจนถึงการหาลำดับพันธุกรรมยุคใหม่ที่อ่านสายดีเอ็นเอทีละเบส การเลือกแพลตฟอร์มเป็นตัวกำหนดว่าสามารถพบความหลากหลายใดได้บ้าง วิธีการจัดการกับอัลลีลที่หายากหรือมีความซับซ้อนทางโครงสร้าง และดังนั้นจึงกำหนดว่าโปรไฟล์เภสัชพันธุกรรมของผู้ป่วยสามารถระบุลักษณะได้อย่างสมบูรณ์เพียงใด

Definition

เทคโนโลยีการหาจีโนไทป์และการหาลำดับพันธุกรรมเป็นวิธีการวิเคราะห์ที่ใช้ในการตรวจหาความหลากหลายของดีเอ็นเอที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมในเภสัชพันธุกรรม ซึ่งประกอบด้วยการตรวจวิเคราะห์การหาจีโนไทป์แบบเจาะจงที่ทดสอบหาตัวแปรที่กำหนดไว้ล่วงหน้า และวิธีการหาลำดับพันธุกรรมที่อ่านลำดับดีเอ็นเอพื้นฐานเพื่อระบุทั้งตัวแปรที่ทราบและตัวแปรใหม่

Scope

บทความนี้ครอบคลุมประเภทหลักของเทคโนโลยีการตรวจจับที่ใช้ในห้องปฏิบัติการเภสัชพันธุศาสตร์ ได้แก่ การหาจีโนไทป์แบบเจาะจงของตัวแปรนิวคลีโอไทด์เดี่ยว (อาร์เรย์และการตรวจวิเคราะห์แบบจำเพาะอัลลีล) และวิธีการหาลำดับพันธุกรรม รวมถึง Sanger และการหาลำดับพันธุกรรมยุคใหม่ บทความนี้อธิบายว่าเหตุใดแผงการหาจีโนไทป์จึงตรวจพบเฉพาะตัวแปรที่ระบุไว้ล่วงหน้าเท่านั้น ในขณะที่การหาลำดับพันธุกรรมสามารถค้นพบตัวแปรใหม่และซับซ้อนได้ และเหตุใดเภสัชพันธุกรรมที่ซับซ้อน เช่น CYP2D6 จึงเป็นความท้าทายสำหรับทุกแพลตฟอร์ม บทความนี้เป็นคำอธิบายอ้างอิงของวิธีการ ไม่ใช่ระเบียบปฏิบัติของห้องปฏิบัติการหรือคำแนะนำในการสั่งการทดสอบ

Core questions

• ความแตกต่างระหว่างการหาจีโนไทป์แบบเจาะจงและการหาลำดับพันธุกรรมคืออะไร และแต่ละวิธีตรวจจับอะไรได้บ้าง?
• เหตุใดแผงการหาจีโนไทป์จึงรายงานเฉพาะชุดของตัวแปรที่จำกัด?
• แพลตฟอร์มการหาลำดับพันธุกรรมจัดการกับตัวแปรเภสัชพันธุกรรมใหม่หรือหายากอย่างไร?
• เหตุใดยีนเช่น CYP2D6 จึงเป็นเรื่องยากทางเทคนิคในการหาจีโนไทป์อย่างแม่นยำ?

Key concepts

• การหาจีโนไทป์แบบเจาะจงเทียบกับการหาลำดับพันธุกรรมแบบไม่เจาะจง
• อาร์เรย์ตัวแปรนิวคลีโอไทด์เดี่ยว
• การหาลำดับพันธุกรรมยุคใหม่
• การหาลำดับพันธุกรรมแบบ Sanger
• การเรียกสตาร์-อัลลีลและไดโพลไทป์
• ความหลากหลายทางโครงสร้างและจำนวนสำเนาในเภสัชพันธุกรรม
• ความครอบคลุมในการวิเคราะห์และตัวแปรที่แผงตรวจไม่พบ

Mechanisms

การตรวจวิเคราะห์การหาจีโนไทป์แบบเจาะจงจะทดสอบตัวอย่างดีเอ็นเอสำหรับชุดตำแหน่งตัวแปรที่กำหนดไว้ล่วงหน้า โดยทั่วไปคือตัวแปรนิวคลีโอไทด์เดี่ยวที่พบบ่อยและมีลักษณะเฉพาะที่ดี และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เลือกไว้ ซึ่งรวดเร็วและไม่แพง แต่รายงานเฉพาะตัวแปรที่ออกแบบมาเพื่อตรวจจับเท่านั้น ในทางกลับกัน การหาลำดับพันธุกรรมจะอ่านลำดับนิวคลีโอไทด์ของบริเวณเป้าหมาย ดังนั้นจึงสามารถระบุได้ทั้งตัวแปรที่จัดตั้งขึ้นและตัวแปรที่ไม่เคยสังเกตมาก่อน รวมถึงอัลลีลที่หายากที่แผงแบบเจาะจงละเว้น (Tafazoli et al., 2021; Roden, 2019) ตัวแปรที่ตรวจพบจะถูกจับคู่กับคำจำกัดความของสตาร์-อัลลีลที่เป็นมาตรฐานและรวมกันเป็นไดโพลไทป์; กลุ่มเภสัชพันธุกรรม (Pharmacogene Variation Consortium) รักษาคำจำกัดความของอัลลีลอ้างอิงที่ทำให้การจับคู่มีความสอดคล้องกันในห้องปฏิบัติการต่างๆ (Gaedigk et al., 2017; Gaedigk et al., 2021) ยีนที่มีความหลากหลายสูงและมีความแปรปรวนทางโครงสร้าง เช่น CYP2D6 ซึ่งสามารถมีการขาดหาย การเพิ่มจำนวน และอัลลีลลูกผสม ยังคงเป็นความท้าทายทางเทคนิคสำหรับทุกแพลตฟอร์ม

Clinical relevance

แพลตฟอร์มที่ห้องปฏิบัติการใช้เป็นตัวกำหนดว่าผลลัพธ์ทางเภสัชพันธุศาสตร์สามารถอ้างสิทธิ์อะไรได้บ้าง: ผลลัพธ์การหาจีโนไทป์แบบเจาะจงที่เป็นปกติหมายความว่าตัวแปรที่ทดสอบไม่มีอยู่เท่านั้น ไม่ได้หมายความว่ายีนนั้นปราศจากความหลากหลายทั้งหมด การตระหนักถึงความแตกต่างนี้เป็นส่วนหนึ่งของการประเมินรายงานเภสัชพันธุศาสตร์ บทความนี้อธิบายวิธีการตรวจจับความหลากหลายและไม่ใช่คำแนะนำในการเลือก สั่ง หรือดำเนินการกับการทดสอบเฉพาะ

Evidence & guidelines

คำจำกัดความของอัลลีลอ้างอิงที่ใช้ในการตีความผลลัพธ์การหาจีโนไทป์และการหาลำดับพันธุกรรมได้รับการดูแลโดยกลุ่มเภสัชพันธุกรรม (Pharmacogene Variation Consortium) ซึ่งกำหนดมาตรฐานการตั้งชื่อสตาร์-อัลลีลในเภสัชพันธุกรรม (Gaedigk et al., 2017; Gaedigk et al., 2021) การทบทวนการหาลำดับพันธุกรรมยุคใหม่ในเภสัชพันธุศาสตร์ทางคลินิกอธิบายความครอบคลุมและข้อจำกัดของแพลตฟอร์มต่างๆ (Tafazoli et al., 2021) สิ่งเหล่านี้เป็นข้อมูลอ้างอิงทางระเบียบวิธีวิจัยมากกว่ามาตรฐานการดูแลที่กำหนดไว้

History

การตรวจจับทางเภสัชพันธุศาสตร์เริ่มต้นด้วยการตรวจวิเคราะห์ยีนเดี่ยวและการหาลำดับพันธุกรรมแบบ Sanger จากนั้นขยายด้วยอาร์เรย์ตัวแปรนิวคลีโอไทด์เดี่ยวที่มีปริมาณงานสูง ซึ่งช่วยให้สามารถพิมพ์ตัวแปรจำนวนมากได้พร้อมกัน การมาถึงของการหาลำดับพันธุกรรมยุคใหม่ทำให้สามารถอ่านเภสัชพันธุกรรมทั้งหมดและค้นพบอัลลีลที่หายากและใหม่ได้ ซึ่งเปลี่ยนสาขาจากการทดสอบเฉพาะตัวแปรที่ทราบทั่วไปไปสู่การระบุลักษณะที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น (Tafazoli et al., 2021; Roden, 2019) ในขณะเดียวกัน การรวมการตั้งชื่ออัลลีลภายใต้กลุ่มเภสัชพันธุกรรม (Pharmacogene Variation Consortium) ทำให้สาขานี้มีข้อมูลอ้างอิงร่วมกันสำหรับการตั้งชื่อสิ่งที่เทคโนโลยีเหล่านี้ตรวจจับได้ (Gaedigk et al., 2017)

Debates

การหาจีโนไทป์แบบเจาะจงเทียบกับการหาลำดับพันธุกรรมสำหรับการทดสอบทางคลินิก

แผงแบบเจาะจงมีราคาถูกกว่าและเร็วกว่า แต่พลาดตัวแปรที่หายากและใหม่ ในขณะที่การหาลำดับพันธุกรรมมีความสมบูรณ์มากกว่า แต่มีราคาแพงกว่าและซับซ้อนกว่าในการตีความ; ความสมดุลที่เหมาะสมสำหรับการทดสอบเภสัชพันธุศาสตร์ตามปกติยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน

Key figures

• Andrea Gaedigk
• Magnus Ingelman-Sundberg
• Teri E. Klein
• Dan M. Roden

Seminal works

• gaedigk-2017
• tafazoli-2021
• roden-2019

Frequently asked questions

ผลการหาจีโนไทป์ที่เป็นปกติหมายความว่าผู้ป่วยไม่มีตัวแปรที่เกี่ยวข้องหรือไม่?

ไม่จำเป็น การหาจีโนไทป์แบบเจาะจงจะตรวจจับเฉพาะตัวแปรที่ออกแบบมาเพื่อทดสอบเท่านั้น ดังนั้นผลลัพธ์ที่เป็นปกติจึงตัดตัวแปรเหล่านั้นออกไป แต่ไม่สามารถตัดตัวแปรที่หายากหรือใหม่ที่การหาลำดับพันธุกรรมเท่านั้นที่จะพบได้

เหตุใด CYP2D6 จึงถือว่าหาจีโนไทป์ได้ยาก?

CYP2D6 มีความหลากหลายสูงและมีแนวโน้มที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง เช่น การขาดหายของยีน การเพิ่มจำนวน และอัลลีลลูกผสม ซึ่งเป็นเรื่องยากทางเทคนิคในการตรวจจับและแก้ไขอย่างแม่นยำบนแพลตฟอร์มหลายชนิด