Công nghệ xác định kiểu gen và giải trình tự

Công nghệ xác định kiểu gen và giải trình tự là các phương pháp xét nghiệm trong phòng thí nghiệm để phát hiện sự biến đổi di truyền mà một xét nghiệm dược lý gen báo cáo. Chúng bao gồm từ các xét nghiệm nhắm mục tiêu kiểm tra một danh sách cố định các biến thể đã biết đến giải trình tự thế hệ tiếp theo đọc từng đoạn cơ sở DNA. Việc lựa chọn nền tảng xác định biến thể nào có thể được tìm thấy, cách xử lý các alen hiếm hoặc có cấu trúc phức tạp, và do đó mức độ hoàn chỉnh của hồ sơ gen dược lý của bệnh nhân có thể được mô tả.

Definition

Công nghệ xác định kiểu gen và giải trình tự là các phương pháp phân tích được sử dụng để phát hiện sự biến đổi DNA di truyền trong các gen dược lý, bao gồm các xét nghiệm xác định kiểu gen nhắm mục tiêu kiểm tra các biến thể được xác định trước và các phương pháp giải trình tự đọc trình tự DNA cơ bản để xác định cả các biến thể đã biết và mới.

Scope

Mục này bao gồm các loại công nghệ phát hiện chính được sử dụng trong các phòng thí nghiệm dược lý gen: xác định kiểu gen biến thể đơn nucleotide nhắm mục tiêu (mảng và xét nghiệm đặc hiệu alen), và các phương pháp giải trình tự bao gồm Sanger và giải trình tự thế hệ tiếp theo. Nó giải thích tại sao các bảng xác định kiểu gen chỉ phát hiện các biến thể được chỉ định trước trong khi giải trình tự có thể phát hiện các biến thể mới và phức tạp, và tại sao các gen dược lý phức tạp như CYP2D6 thách thức mọi nền tảng. Đây là mô tả tham khảo về các phương pháp, không phải quy trình phòng thí nghiệm hoặc hướng dẫn đặt hàng xét nghiệm.

Core questions

• Sự khác biệt giữa xác định kiểu gen nhắm mục tiêu và giải trình tự là gì, và mỗi loại phát hiện điều gì?
• Tại sao các bảng xác định kiểu gen chỉ báo cáo một tập hợp giới hạn các biến thể?
• Các nền tảng giải trình tự xử lý các biến thể gen dược lý mới hoặc hiếm như thế nào?
• Tại sao các gen như CYP2D6 lại khó xác định kiểu gen một cách chính xác về mặt kỹ thuật?

Key concepts

• Xác định kiểu gen nhắm mục tiêu so với giải trình tự không nhắm mục tiêu
• Mảng biến thể đơn nucleotide
• Giải trình tự thế hệ tiếp theo
• Giải trình tự Sanger
• Gọi alen sao và kiểu gen dị hợp tử (diplotype)
• Biến thể cấu trúc và số lượng bản sao trong các gen dược lý
• Phạm vi phân tích và các biến thể mà một bảng bỏ sót

Mechanisms

Các xét nghiệm xác định kiểu gen nhắm mục tiêu kiểm tra mẫu DNA để tìm một tập hợp các vị trí biến thể được xác định trước, thường là các biến thể đơn nucleotide phổ biến, được mô tả rõ và các thay đổi cấu trúc được chọn; chúng nhanh và không tốn kém nhưng chỉ báo cáo các biến thể mà chúng được thiết kế để phát hiện. Thay vào đó, giải trình tự đọc trình tự nucleotide của các vùng mục tiêu, vì vậy nó có thể xác định cả các biến thể đã được thiết lập và chưa từng được quan sát trước đây, bao gồm các alen hiếm mà các bảng nhắm mục tiêu bỏ qua (Tafazoli et al., 2021; Roden, 2019). Các biến thể được phát hiện được ánh xạ tới các định nghĩa alen sao tiêu chuẩn và kết hợp thành một kiểu gen dị hợp tử (diplotype); Hiệp hội Biến thể Gen Dược lý (Pharmacogene Variation Consortium) duy trì các định nghĩa alen tham chiếu giúp việc ánh xạ này nhất quán giữa các phòng thí nghiệm (Gaedigk et al., 2017; Gaedigk et al., 2021). Các gen đa hình cao và có cấu trúc biến đổi như CYP2D6, có thể mang các đoạn xóa, lặp và alen lai, vẫn đòi hỏi kỹ thuật cao đối với mọi nền tảng.

Clinical relevance

Nền tảng mà một phòng thí nghiệm sử dụng định hình những gì một kết quả dược lý gen có thể khẳng định: một kết quả xác định kiểu gen nhắm mục tiêu bình thường chỉ có nghĩa là các biến thể được xét nghiệm không có, chứ không phải gen không có tất cả các biến thể. Nhận ra sự khác biệt này là một phần của việc đánh giá một báo cáo dược lý gen. Mục này mô tả cách phát hiện biến thể và không phải là hướng dẫn về việc lựa chọn, đặt hàng hoặc hành động dựa trên một xét nghiệm cụ thể.

Evidence & guidelines

Các định nghĩa alen tham chiếu được sử dụng để diễn giải kết quả xác định kiểu gen và giải trình tự được quản lý bởi Hiệp hội Biến thể Gen Dược lý (Pharmacogene Variation Consortium), nơi tiêu chuẩn hóa danh pháp alen sao trên các gen dược lý (Gaedigk et al., 2017; Gaedigk et al., 2021). Các đánh giá về giải trình tự thế hệ tiếp theo trong dược lý gen lâm sàng mô tả phạm vi bao phủ so sánh và các hạn chế của các nền tảng (Tafazoli et al., 2021). Đây là các tài liệu tham khảo về phương pháp luận chứ không phải các tiêu chuẩn chăm sóc mang tính quy định.

History

Phát hiện dược lý gen bắt đầu với các xét nghiệm gen đơn và giải trình tự Sanger, sau đó mở rộng với các mảng biến thể đơn nucleotide thông lượng cao cho phép nhiều biến thể được xác định kiểu cùng một lúc. Sự xuất hiện của giải trình tự thế hệ tiếp theo đã giúp việc đọc toàn bộ gen dược lý và phát hiện các alen hiếm và mới trở nên khả thi, chuyển lĩnh vực từ việc chỉ xét nghiệm các biến thể phổ biến đã biết sang mô tả đầy đủ hơn (Tafazoli et al., 2021; Roden, 2019). Song song đó, việc hợp nhất danh pháp alen dưới Hiệp hội Biến thể Gen Dược lý (Pharmacogene Variation Consortium) đã cung cấp cho lĩnh vực này một tài liệu tham khảo chung để đặt tên cho những gì các công nghệ này phát hiện (Gaedigk et al., 2017).

Debates

Xác định kiểu gen nhắm mục tiêu so với giải trình tự cho xét nghiệm lâm sàng

Các bảng nhắm mục tiêu rẻ hơn và nhanh hơn nhưng bỏ sót các biến thể hiếm và mới, trong khi giải trình tự đầy đủ hơn nhưng tốn kém hơn và phức tạp hơn để diễn giải; sự cân bằng thích hợp cho xét nghiệm dược lý gen thường quy vẫn đang được thảo luận.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Kết quả xác định kiểu gen bình thường có nghĩa là bệnh nhân không có biến thể liên quan nào không?

Không nhất thiết. Xác định kiểu gen nhắm mục tiêu chỉ phát hiện các biến thể cụ thể mà nó được thiết kế để xét nghiệm, vì vậy kết quả bình thường loại trừ các biến thể đó nhưng không thể loại trừ các biến thể hiếm hoặc mới mà chỉ giải trình tự mới tìm thấy.

Tại sao CYP2D6 được coi là khó xác định kiểu gen?

CYP2D6 có tính đa hình cao và dễ bị thay đổi cấu trúc như xóa gen, lặp gen và alen lai, những thay đổi này rất khó phát hiện và giải quyết chính xác trên nhiều nền tảng.