Pediatrician (St. Petersburg)Pediatrician (St. Petersburg)Педиатр2079-78502587-6252Eco-Vector598010.17816/PED74142-146ArticlesСтатьиResearch ArticleWhole exome sequencing: principles and diagnostic capabilitiesПолноэкзомное секвенирование: принципы и диагностические возможностиSuspitsinEvgeny NСуспицынЕвгений Николаевич
Russian Federation

MD, PhD, Associate Professor, Department of Medical Genetics

канд. мед. наук, доцент, кафедра общей и молекулярной медицинской генетики

evgeny.suspitsin@gmail.comTyurinVladislav IТюринВладислав Ильич
Russian Federation

Resident doctor, Department of Medical Genetics

ординатор, кафедра общей и молекулярной медицинской генетики

tyurinvladislav@gmail.comImyanitovEvgeny NИмянитовЕвгений Наумович
Russian Federation

MD, PhD, Dr Med Sci, Professor, Head, Department of Medical Genetics

д-р мед. наук, профессор, заведующий, кафедра общей и молекулярной медицинской генетики

evgeny@imyanitov.spb.ruSokolenkoAnna PСоколенкоАнна Петровна
Russian Federation

MD, PhD, Associate Professor, Department of Medical Genetics

канд. мед. наук, доцент, кафедра общей и молекулярной медицинской генетики

annasokolenko@mail.ruSt Petersburg State Pediatric Medical University, Ministry of Healthcare of the Russian FederationФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Минздрава России1512201674VOL 7, NO4 (2016)ТОМ 7, №4 (2016)14214603022017Copyright ©; 2016, Suspitsin E.N., Tyurin V.I., Imyanitov E.N., Sokolenko A.P.Copyright ©; 2016, Суспицын Е.Н., Тюрин В.И., Имянитов Е.Н., Соколенко А.П.2016Suspitsin E.N., Tyurin V.I., Imyanitov E.N., Sokolenko A.P.Суспицын Е.Н., Тюрин В.И., Имянитов Е.Н., Соколенко А.П.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/pediatr/article/view/5980

Diagnostics of genetic diseases in clinical routine often presents a challenge. In particular, most of hereditary diseases are exceptionally rare and therefore unfamiliar to practicing physicians. Furthermore, even if the diagnosis of a particular genetic condition appears convincing on the level of clinical evidence, the causative mutation often remains unknown due to limitations in DNA testing procedures. Recently developed high-throughput sequencing technologies (Next Generation Sequencing, NGS; synonym: massive parallel sequencing) provide a breakthrough in medical genetics. While in the past genetic testing was limited to a single gene or, at best, to a small number of genes, NGS is compatible with a large-scale DNA analysis. One of the most popular applications of NGS is whole exome sequencing (WES), which allows simultaneous reading of coding sequences (exons) of all known genes. Although this technology exists only for a few years, its use has already led to discovery of the causes of more than 150 genetic syndromes. Furthermore, WES may be recommended for the use in clinical routine for selected patients with orphan disease, especially for the families with multiple affected relative. It is likely that WES will become a powerful screening tool in the near future. This review discusses general principles of WES as well as the applications of this technology in medicine.

Диагностика заболеваний генетической природы нередко представляет непростую задачу. В частности, многие болезни встречаются с настолько низкой частотой, что далеко не все врачи знакомы с их клиническими проявлениями. Кроме того, даже если предварительный диагноз удается установить, поиск патогенных мутаций может быть крайне затруднен вследствие высокой генетической гетерогенности; более того, во многих случаях первичный дефект неизвестен. Недавно разработанные технологии высокопроизводительного секвенирования (секвенирования нового поколения, Next Generation Sequencing, или NGS) позволяют преодолеть эти трудности. Если ранее генетическое тестирование сводилось к расшифровке последовательности одного или в лучшем случае нескольких генов, в настоящее время появилась возможность широкомасштабного анализа генетической информации. Одной из наиболее популярных разновидностей NGS является полноэкзомное секвенирование (ПЭС), позволяющее одномоментно расшифровать структуру кодирующих последовательностей (экзонов) всех известных генов. Поскольку большинство патогенных мутаций затрагивает именно экзоны, такой подход открывает блестящие перспективы в области ДНК-диагностики наследственных заболеваний. Несмотря на то, что технология ПЭС существует всего несколько лет, ее использование позволило выяснить причины более 150 генетических синдромов. В настоящем обзоре обсуждаются общие принципы полноэкзомного секвенирования, а также основные направления применения данной технологии в медицине.

whole exome sequencingmutationsrare diseasesполноэкзомное секвенированиемутацииредкие заболевания1. Aldahmesh MA, Li Y, Alhashem A, et al. IFT27, encoding a small GTPase component of IFT particles, is mutated in a consanguineous family with Bardet-Biedl syndrome. Hum Mol Genet. 2014;23:3307-3315. doi: 10.1093/hmg/ddu044.2. Baker E, Jeste SS. Diagnosis and management of autism spectrum disorder in the era of genomics: rare disorders can pave the way for targeted treatments. Pediatr Clin North Am. 2015;62(3):607-618. doi: 10.1016/j.pcl.2015.03.003.3. Chinen J, Notarangelo LD, Shearer WT. Advances in basic and clinical immunology in 2014. J Allergy Clin Immunol. 2015;135(5):1132-41. doi: 10.1016/j.jaci.2015.02.037.4. de Bruin C, Dauber A. Insights from exome sequen¬cing for endocrine disorders. Nat Rev Endocrinol. 2015;11(8):455-64. doi: 10.1038/nrendo.2015.72.5. Francescatto L, Katsanis N. Newborn screening and the era of medical genomics. Semin Perinatol. 2015;39(8):617-22. doi: 10.1053/j.semperi.2015.09.010.6. Gilissen C, Hoischen A, Brunner HG, Veltman JA. Unlocking Mendelian disease using exome sequencing. Genome Biol. 2011;12:228. doi: 10.1186/gb-2011-12-9-228.7. Ghaoui R, Cooper ST, Lek M, et al. Use of Whole-Exome Sequencing for Diagnosis of Limb-Girdle Muscular Dystrophy: Outcomes and Lessons Learned. JAMA Neurol. 2015;5:1-9. doi: 10.1001/jamaneurol.2015.2274.8. Green RC, Berg JS, Grody WW, et al. ACMG recommendations for reporting of incidental findings in clinical exome and genome sequencing. Genet Med. 2013;15(7):565-74. doi: 10.1038/gim.2013.73.9. Hoischen A, Krumm N, Eichler EE. Prioritization of neurodevelopmental disease genes by discovery of new mutations. Nat Neurosci. 2014;17(6):764-72. doi: 10.1038/nn.3703.10. Ku CS, Cooper DN, Polychronakos C, et al. Exome sequencing: dual role as a discovery and diagnostic tool. Ann Neurol. 2012;71:5-14. doi: 10.1002/ana.22647.11. Ng SB, Buckingham KJ, Lee C, et al. Exome sequencing identifies the cause of a mendelian disorder. Nat Genet. 2010;42:30-35. doi: 10.1038/ng.499.12. Platt C, Geha RS, Chou J. Gene hunting in the genomic era: approaches to diagnostic dilemmas in patients with primary immunodeficiencies. J Allergy Clin Immunol. 2014;134:262-8. doi: 10.1016/j.jaci.2013.08.021.13. Rabbani B, Tekin M, Mahdieh N. The promise of whole-exome sequencing in medical genetics. J Hum Genet. 2014;59:5-15. doi: 10.1038/jhg.2013.114.14. Shashi V, McConkie-Rosell A, Rosell B, et al. The utility of the traditional medical genetics diagnostic evaluation in the context of next-generation sequencing for undiagnosed genetic disorders. Genet Med. 2014;16(2):176-82. doi: 10.1038/gim.2013.99.15. Schreiber M, Dorschner M, Tsuang D. Next-generation sequencing in schizophrenia and other neuropsychiatric disorders. Am J Med Genet. Part B: Neuropsychiatr Genet. 2013;162(7):671-8. doi: 10.1002/ajmg.b.32156.16. Singleton AB. Exome sequencing: a transformative technology. Lancet Neurol. 2011;10:942-946. doi: 10.1016/S1474-4422(11)70196-X.17. Sokolenko AP, Suspitsin EN, Kuligina ESh, et al. Identification of novel hereditary cancer genes by whole exome sequencing. Cancer Lett. 2015;369(2):274-88. doi: 10.1016/j.canlet.2015.09.014.18. Suspitsin EN, Sokolenko AP, Lyazina LV, et al. Exome Sequencing of a Family with Bardet-Biedl Syndrome Identifies the Common Russian Mutation c.1967_1968delTAinsC in BBS7. Mol Syndromol. 2015;6(2):96-8. doi: 10.1159/000371408.19. Valencia CA, Husami A, Holle J, et al. Clinical Impact and Cost-Effectiveness of Whole Exome Sequencing as a Diagnostic Tool: A Pediatric Center’s Experience. Front Pediatr. 2015;(3):67. doi: 10.3389/fped.2015.00067.