Análise molecular por painel de sequenciamento em larga escala em pacientes com diagnóstico clínico de MODY (maturity-onset diabetes of the young)

• Main Author: Lílian Araújo Caetano
• Other Authors: Milena Gurgel Teles Bezerra
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2017
• Subjects: Diabetes mellitus; Diabetes monogênico; Diagnóstico genético molecular; MODY; Sequenciamento em larga escala; Large-scale sequencing; Molecular genetic diagnosis; Monogenic diabetes
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/5/5135/tde-26032018-131334/

O diabetes mellitus tipo MODY (maturity-onset diabetes of the young) é caracterizado por defeito na secreção de insulina, herança autossômica dominante, hiperglicemia de início precoce e anticorpos anti-células beta negativos. Até o momento, já foram descritas mutações em 14 genes diferentes. A confirmação do diagnóstico de MODY é feita por estudo genético-molecular, tradicionalmente pelo método de Sanger. Diante da grande heterogeneidade genética de MODY, acrescida da dificuldade de estudo de alguns genes por seu grande tamanho e ausência de hotspots, o sequenciamento em larga escala (SLE) mostra-se promissor para uma análise genética custo-efetiva na suspeita de MODY. No Brasil, existem poucos estudos genéticos de rastreamento de MODY e uma alta prevalência de casos sem mutações identificadas nos genes testados (MODY X). Os objetivos deste estudo foram: 1) analisar simultaneamente todos os genes associados a MODY em uma coorte de pacientes com suspeita clínica, utilizando um painel de SLE; 2) avaliar a patogenicidade das variantes alélicas identificadas de acordo com os critérios da Sociedade Americana de Genética Médica (ACMG). Foram selecionados 80 casos com fenótipo de MODY e análise prévia negativa dos 2 genes mais prevalentes, GCK e HNF1A, pelo método de sequenciamento de Sanger. Estes casos foram analisados pelo método de SLE, direcionado para regiões gênicas alvo, por meio de um painel customizado, com sequenciamento simultâneo de 51 genes nucleares e do genoma mitocondrial. As mutações identificadas foram correlacionadas com o fenótipo e foi realizada a segregação familiar. Uma cobertura de no mínimo 20x foi obtida em 98% das regiões alvo. Dos 80 pacientes avaliados, foram detectadas variantes patogênicas/potencialmente patogênicas em 16 casos (20%), confirmando o diagnóstico genético de MODY. Em 15 dos 80 pacientes foram identificadas 16 variantes de significado incerto, restando ainda 42 casos com diagnóstico molecular não esclarecido. Dos 16 casos confirmados geneticamente: 6 foram no gene GCK, 1 no HNF1A, 1 no HNF4A, 1 no HNF1B, 6 em genes raros associados a MODY (1 no ABCC8, 1 no KCNJ11, 1 no PDX1, 2 no PAX4, 1 no NEUROD1), e 1 no NEUROG3, gene associado a diabetes neonatal. Dentre estas 16 variantes, 2 não haviam sido descritas previamente. As 6 mutações no GCK não tinham sido detectadas na análise prévia por: a) 4 casos falso negativos no sequenciamento por Sanger (3 devido ao fenômeno genético de allelic dropout e 1 por erro na leitura do eletroferograma); b) 2 erros na hipótese clínica inicial do subtipo de MODY (baseada no padrão glicêmico e na resposta terapêutica dos pacientes), levando ao sequenciamento prévio de outro gene. A variante no HNF1A não foi detectada previamente por erro na leitura do eletroferograma (caso falso negativo no Sanger). Uma variante foi identificada no gene HNF4A, que não tinha sido sequenciado anteriormente e apresenta fenótipo semelhante ao do HNF1A. O paciente com variante no HNF1B não apresentava relato prévio de cistos renais ou malformações genito-urinárias e por isso não tinha sido considerada a hipótese clínica de MODY5. Além disso, o SLE confirmou o diagnóstico genético de 6 pacientes com variantes em genes de MODY considerados raros, que habitualmente não são sequenciados na rotina de Sanger e ainda detectou uma variante em um gene de diabetes neonatal (sendo necessário maiores estudos para estabelecer uma relação causal com MODY). Em 13 dos 16 casos índices diagnosticados, os familiares encontravam-se disponíveis para exame genético e a co-segregação foi concordante em 8 famílias. Todos os probandos avaliados apresentavam características clínico-laboratoriais típicas de MODY. Os achados deste estudo mostraram que o SLE foi capaz de aumentar a acurácia no diagnóstico de MODY, permitindo a confirmação molecular de 20% dos casos antes negativos e reduzindo, assim, o número de casos MODY X no Brasil. A abordagem genética por painel de SLE para diagnosticar casos com suspeita clínica de MODY mostrou-se promissora para elucidar as bases genéticas desse tipo de diabetes monogênico === Diabetes mellitus type MODY (maturity-onset diabetes of the young) is characterized by defects in insulin secretion, autosomal dominant inheritance, early onset of hyperglycemia, and negative anti-beta cell antibodies. To date, mutations in 14 genes are associated with MODY. The definitive diagnosis relies on genetic tests, traditionally by Sanger sequencing. However, given the genetic heterogeneity of this condition, added to the difficulty of studying some genes due to their large size and lack of hotspots, large-scale sequencing (LSS) seems promising for cost-effective genetic analysis on suspicion of MODY. In Brazil, there are few cohorts screened for MODY and a high prevalence of MODY X (unclear genetic diagnosis). This study aimed to analyze simultaneously all MODY genes in a cohort of clinically suspected patients using a LSS panel; and to evaluate the pathogenicity of identified allelic variants according to the criteria of the American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG). We selected 80 subjects with MODY phenotype and negative previous analysis of the 2 most prevalent genes, GCK and HNF1A, by Sanger sequencing method. These cases were analyzed by LSS method, with simultaneous sequencing of target genes. We designed a customized panel, including 51 nuclear genes and the mitochondrial genome. The identified mutations were correlated to the phenotype and family segregation was evaluated. At least 20x coverage was obtained in 98% of the targeted regions. Of 80 evaluated subjects, pathogenic/probably pathogenic variants were detected in 16 cases (20%), confirming the genetic diagnosis of MODY. In 15 of 80 patients, 16 variants of uncertain significance were identified, remaining 42 cases with unexplained molecular diagnosis. Of the 16 genetically confirmed cases: 6 were in the GCK gene, 1 in HNF1A, 1 in HNF4A, 1 in HNF1B, and 6 in rare genes associated with MODY (1 in ABCC8, 1 in KCNJ11, 1 in PDX1, 2 in PAX4 and 1 in NEUROD1), and 1 in NEUROG3, a gene associated with neonatal diabetes. Of these 16 variants, 2 had not been previously described. Those 6 variants in GCK were not detected in the prior analysis because of: a) 4 false negative cases in Sanger sequencing (allelic dropout had occurred in 3 cases and one variant was overlooked, due to electropherogram interpretation failure); b) 2 errors in the initial clinical hypothesis of the MODY subtype (based on the glycemic pattern and therapeutic response), leading to the prior sequencing of another gene. The variant in HNF1A was not previously identified due to misinterpretation in electropherogram (Sanger false negative case). One variant were detected in the HNF4A gene, not formerly sequenced, and had a similar phenotype to that of HNF1A. The patient with HNF1B variant did not have a previous report of renal cysts or genito-urinary malformations and therefore the clinical hypothesis of MODY5 was not considered. In addition, LSS confirmed the genetic diagnosis of 6 patients harboring variants in MODY genes considered to be rare, which are not usually sequenced in the Sanger routine, and also detected one variant in a neonatal diabetes gene (further studies are necessary to establish a causal relationship with MODY). Relatives were available for genetic testing in 13 of these 16 index cases diagnosed and co-segregation was concordant in 8 families. All probands evaluated showed typical clinical and laboratory characteristics of MODY. These study findings showed that targeted-LSS could increase accuracy in MODY diagnosis, enabling molecular confirmation of 20% of previous negative cases and thus reducing the number of MODY X cases in Brazil. The genetic approach of LSS panel to diagnose cases with clinical suspicion of MODY has shown promise for elucidating the genetic basis of this type of monogenic diabetes