Whole genome sequencing (WGS) und Whole transcriptome sequencing (WTS) - Perspektiven der Diagnostik

Die Diagnose und Klassifizierung hämatologischer Neoplasien ist ein komplexer Prozess. Verschiedene diagnostische Technologien (Zytomorphologie, Histologie, Zytogenetik, Immunphänotypisierung und Molekulargenetik) sind nötig, um den klinischen Herausforderungen einer schnellen, genauen und therapeutisch relevanten Diagnose für jeden Patienten gerecht zu werden. Insbesondere genetische Tests haben sich in den letzten Jahren erheblich verändert und sind so zu einer schnellen und umfassenden Option für verschiedene Fragestellungen geworden.

Konventionelle molekulare Tests basierten bisher vor allem auf der Untersuchung von Genen oder Genregionen, die mit hämatologischen Neoplasien bekanntermaßen assoziiert sind. Bei vielen Patienten liefern diese Tests jedoch noch keine schlüssige, molekular begründbare Diagnose. Jüngste Verbesserungen der Sequenziertechnologie und Bioinformatik haben jedoch die zeit- und kosteneffiziente Sequenzierung des individuellen Genoms (WGS) und Transkriptoms (WTS) Wirklichkeit werden lassen. Damit kann ein ebenso breites Spektrum molekularer Informationen mit einem einzigen Ansatz und ohne Vorwissen und ohne bisher notwendige Beschränkung auf bekannte genetische Aberrationen gesammelt werden. Dies kann zum Beispiel die Bestimmung von klonalen Markern verbessern, was bei der Diagnostik unklarer Zytopenien hilfreich sein kann.

Das WGS eröffnet durch die gleichzeitige Analyse somatischer Veränderungen, wie einzelner Nukleotid-Varianten (SNV), kleiner Insertionen und Deletionen (Indels), struktureller Varianten (SV) und Variationen der Kopienzahl (CNV) die Möglichkeit, ein vollständiges und personalisiertes molekulares Profil eines jeden Patienten zu erstellen. Dieser Vorteil kommt vor allem bei Fällen mit begrenztem Material, wie zum Beispiel dem multiplen Myelom, zum Tragen, wo die Isolierung einer ausreichenden Zahl an Plasmazellen sich häufig schwierig gestaltet und somit die Anzahl der möglichen Untersuchungen begrenzt. Jedoch stellt gerade auch die Beurteilung der klinischen Relevanz von SNVs und Indels eine große Herausforderung dar, für die es bisher weder einen Goldstandard noch eine standardisierte Pipeline gibt. 

Das WTS ist seit ca. 20 Jahren, meist in Form von Microarray-Experimenten, in der Diagnostik etabliert und wird zur Bestimmung der Genexpression und zum Nachweis von Fusionstranskripten eingesetzt. Mit der Einführung des RNA-Seq erfolgt die Analyse ohne Vorwissen auf bekannte Biomarker oder Fusionen. RNA-Seq Daten können durch die Bestimmung von spezifischen Expressionsprofilen für die Klassifizierung hämatologischer Neoplasien und auch für die Prognoseabschätzung eingesetzt werden. Bei der akuten lymphatischen Leukämie (ALL) wird die Genexpression zum Beispiel verwendet, um Fälle zu identifizieren, die trotz fehlender t(9;22) in ihrem Expressionsmuster der BCR-ABL1-positiven ALL ähnlich sind und potentiell von einer Therapie mit Kinaseinhibitoren profitieren. Zusätzlich lassen sich in begrenztem Umfang auch SNVs, Indels und CNVs bestimmen, wobei die Genauigkeit jedoch (noch) nicht mit DNA-basierten Analysen vergleichbar ist.

Im Rahmen des 5.000 Genom Projekts wurden am MLL bereits mehr als 4.500 Genome und auch deren Transkriptome sequenziert und analysiert, um im Rahmen der Forschung einen besseren Einblick in das molekulargenetische Profil der verschiedenen Subgruppen hämatologischer Neoplasien zu erlangen. Die so generierten Daten tragen schon jetzt zum Verständnis und zu Erkenntnissen zur Genauigkeit von WGS und WTS Daten bei. Ein Ziel ist es außerdem, eine praktische und effiziente Anwendung von WGS und WTS für die Routinediagnostik zu testen.