Оценка применения кардиогенетической панели генов для секвенирования следующего поколения в молекулярной аутопсии при внезапной сердечной смерти

«Оценка применения кардиогенетической панели генов для секвенирования следующего поколения в молекулярной аутопсии при внезапной сердечной смерти»

ИРН AP09563474

Внезапная сердечная смерть (ВСС) является актуальной проблемой современного здравоохранения, имеющая высокую социальную значимость. В то время как у пожилых людей ВСС чаще всего вызывается болезнью коронарной артерии и сердечной недостаточностью, у лиц в возрасте до 45 лет причины ВСС обычно включают генетические нарушения, такие как наследственные кардиомиопатии и первичные аритмогенные заболевания. В рамках оценки семей, в которых произошла ВСС, роль генетического тестирования стала важной функцией, как при установлении основного диагноза, так и при скрининге родственников из группы риска.

Большинство умерших ВСС – лица молодого и среднего возраста, часть из которых ранее не имели какого-либо сердечно-сосудистого заболевания, и их состояние здоровья оценивалось как стабильное и не вызывающее опасений. Судебно-медицинская экспертиза выявляет ранее существующую структурную аномалию сердца (положительная аутопсия) примерно в двух третях случаев внезапных смертей, для оставшейся одной трети случаев причина внезапной смерти остается необъясненной после проведения стандартного судебно-медицинского исследования (отрицательная аутопсия), при так называемой внезапной неожиданной смерти (SUD). В таком случае отрицательная аутопсия оставляет родственников умершего без объяснения причины смерти и с потенциальным риском для них самих умереть внезапно без клинических симптомов какого-либо сердечно-сосудистого заболевания.

Нами была разработана и апробирована панель из 96 генов для выявления генетической предрасположенности и диагностики кардиомиопатий и сердечных аритмий, основанная на таргетном обогащении кодирующей части генов и последующим секвенированием на платформах NGS [1]. Получен патент Республики Казахстан на полезную модель [2]. В последующем исследовании данная панель была апробирована при изучении генетического ландшафта при аритмиях различного генеза [3-5]. Для оценки диагностической ценности секвенирования нового поколения с использованием разработанной нами кардиогенетической панели в молекулярной аутопсии при внезапной ненасильственной смерти мы хотим апробировать ее на ДНК, выделенной из крови умерших от внезапной сердечной смерти (ВСС) молодых лиц.

В судебной практике, когда окончательная причина смерти не определяется при вскрытии, например, внезапная неожиданная смерть (SUD), «молекулярное вскрытие» или молекулярная аутопсия становится ключевым процессом в расследовании причины смерти. Комбинация клинической и генетической оценки при вскрытии умершего от ВСС и семей, в которых возникла SUD, обеспечивает платформу для раннего начала терапевтических и профилактических стратегий с конечной целью снижения внезапной смерти среди молодежи в нашем сообществе.

Цель проекта

Оценить диагностическую ценность секвенирования нового поколения с использованием разработанной нами кардиогенетической панели в молекулярной аутопсии при внезапной ненасильственной смерти.

Ожидаемые результаты

Впервые в Республике Казахстан с помощью разработанной нами кардиогенетической панели 96 генов-кандидатов нарушений ритма сердца для последующего таргетного секвенирования NGS всей кодирующей последовательности целевых генов будет проведена молекулярно-генетическая оценка и изучены генетические вариации у молодых лиц, погибших внезапной ненасильственной смертью.

Будут изучены генетические варианты в генах предрасположенности к кардиомиопатиям, сердечным аритмиям с использованием разработанной таргетной панели для секвенирования следующего поколения среди лиц молодого возраста, погибших внезапной ненасильственной смертью.

Будет проведена оценка диагностической ценности разработанной панели генов для  молекулярной аутопсии в судебно-медицинской практике.

Результаты исследований будут опубликованы в виде публикаций статьи в зарубежных рецензируемых научных журналах:

- не менее 1 (одной) статьи, опубликованной, принятой в печать или поданной в рецензируемое научное издание, входящее в Science Citation Index Expanded или Social Science Citation Index в базе Web of Science и (или) имеющие процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 35 (тридцати пяти).

Полученные результаты

Изучены генетические варианты в генах предрасположенности к кардиомиопатиям, сердечным аритмиям с использованием разработанной таргетной панели для секвенирования следующего поколения среди лиц молодого возраста, погибших внезапной ненасильственной смертью, для оценки диагностической ценности таргетного секвенирования в молекулярной аутопсии в судебно-медицинской практике.

За отчетный период был проведен рекрутинг группы исследования - 9 внезапно умерших вне лечебно-профилактических учреждений лиц (условно обозначены Т 1-Т 9), в возрасте от 25 до 42 лет, умерших в г. Нур-Султан и поступивших на исследование в общеэкспертное отделение филиала «Центр судебных экспертиз Министерства юстиции Республики Казахстан» Института судебных экспертиз по г. Нур-Султан (ИСЭ по г. Нур-Султан), 8 мужчин в возрасте от 25 до 42 лет и одна женщина 33 лет.

По рекрутированным умершим было проведено полное судебно-медицинское исследование, судебно-гистологическое исследование, производился забор биоматериала для молекулярного исследования согласно разработанным протоколам.

По результатам судебно-медицинских исследований смерть лиц, включенных в группу ВСС, расценивалась как смерть сердечного генеза. При судебно-медицинском исследовании 9 рекрутированных пациентов, диагноз «Ишемическая болезнь сердца" (ИБС) был выставлен в четырех случаях, в остальных случаях диагностирована «Вторичная кардиомиопатия», так как были выявлены неопределенные гистологические характеристики сердца.

В зависимости от результатов проведенной судебно-медицинской экспертизы участники, вошедшие в исследование, были сгруппированы в 2 группы - ВСС (n=4) ИБС посмертно и ВСС (n=5) с недиагностическими структурными аномалиями сердца, вторичная КМП посмертно.

Проводилось таргетное секвенирование всех экзонных участков и экзон-интронных соединений 96 генов-кандидатов, ассоциированных с развитием наследственных сердечных синдромов, кардиомиопатий, нарушений ритма сердца с использованием разработанной панели генов на основе технологии Haloplex, Agilent Technologies.

Таргетное секвенирование и поэтапная фильтрация аннотированных вариантов определили 251 уникальных варианта в 86 генах из 96 в целом по группе исследованных случаев. Наиболее часто генетические мутации обнаружены в генах TTN, LAMA2, MYBPC3, MYH6, KCNQ1, GAA, SCN5A, RYR2, CACNA1C, KCNJ2 и других. Классификация 251 генетического варианта в соответствии с рекомендациями ACMG показала, что 7 (2,9%) вариантов были классифицированы как патогенные, 7 (2,9%) - вероятные патогенные, 80 (31,9%) – варианты неопределенной значимости (VUS), 61 (23,8%) вероятные доброкачественные и 96 (38,4%) доброкачественные.

Генетический скрининг лиц, умерших от ВСС, выявил варианты с вероятными патогенными функциональными эффектами с высокой частотой в 63% и 35% случаев ВСС с недиагностическими и диагностическими сердечными аномалиями, соответственно, показывая высокую диагностическую ценность генетического скрининга с помощью панели генов для таргетного NGS.

У лиц с ВСС с ишемическими изменениями в сердце посмертно наиболее частые мутации выявлены в генах TTN, MYBPC3, LAMA2, MYH6 и GAA. У лиц с недиагностическими структурными аномалиями сердца, кардиомиопатиями выявлены патогенные варианты в генах ионных каналов KCNQ1, KCNJ2, SCN5A, RYR2.

Валидация выявленных генетических вариантов с методом прямого секвенирования по Сэнгеру подтвердила точность, аккуратность таргетного секвенирования с помощью разработанной нами панели генов.

Степень внедрения – был внедрен метод таргетного секвенирования следующего поколения (NGS) с использованием разработанной панели для целевого обогащения кодирующих последовательностей 96 генов-кандидатов при молекулярной аутопсии молодых людей, умерших от ВСС. Имеется акт внедрения.

Опубликовано 2 публикации в международных журналах с импакт фактором и имеющим по базам данных Web of Science and Clarivate analytics Q1, Scopus процентиль не менее 35  - а именно 99, 4 тезиса в материалах международных конференций, два выступления с докладами на международных конференциях.

Подана статья в международный журнал с импакт фактором и имеющим по базам данных Web of Science and Clarivate analytics, Scopus процентиль не менее 35. Публикации в международных журналах

1. Akilzhanova A.R., Abilova Z.M., Rakhimova S.E., Kozhamkulov U.A., Kairov U.E., Akilzhanova G.A., Nuralinov O., Akilzhanova S.K., Abdrakhmanov A.S., and Bekbosynova M.S. Targeted Sequencing Approach to Identifying Rare Genetic Variants Associated with Atrial Fibrillation //The Journal of Heart and Lung Transplantation. – 2021. - Vol 40. - Issue 4S. – P. S238 (IF – 7.865; Q1, процентиль – 99).
2. Zhalbinova M., Rakhimova S., Bekbosynova M., Andosova S., Abdirova B., and Akilzhanova A. Associations of Gene Polymorphism in Kazakhstani Patients with Implanted LVAD //The Journal of Heart and Lung Transplantation. – 2021. - 40. - Issue 4S. – P.S391 (IF – 7.865; Q1, процентиль – 99).

Тезисы в материалах международных конференций, выступление с докладом

1. Akilzhanova A.R., Abilova Z.M., Rakhimova S.E., Kozhamkulov U.A., Kairov U.E., Akilzhanova G.A., Nuralinov O., Akilzhanova S.K., Abdrakhmanov A.S., and Bekbosynova M.S. Targeted Sequencing Approach to Identifying Rare Genetic Variants Associated with Atrial Fibrillation //ISHLT2021 41st Annual Meeting & Scientific Sessions – Virtual Experience, April 24-28, 2021 (poster report)
2. Akilzhanova A. R., Rakhimova S. E., Kozhamkulov U. A., Kairov U.E., Akilzhanova G., Chamoieva A., Zhakupova T. Z. Mutation spectrum in Kazakhstani sudden cardiac death victims revealed by targeted next-generation sequencing of 96 genes associated with cardiac diseases// European Society of Human Genetics ESHG 2021. - the European Human Genetics Conference, Virtual Conference, August, 28–31,2021 (poster report).
3. Zhakupova T.Z., Ospanova K.E., Akilzhanova A.R. Histological findings during autopsy of sudden death of adolescents // Proceedings of the scholarly abstracts European Academic Science and Research June, 2021. – P.17
4. Akilzhanova, M.Zhalbinova, Chamoieva, D.Samatkyzy, S. Rakhimova, U. Kozhamkulov, U. Kairov, G. Akilzhanova, T. Polyakova, K.Ospanova, T. Zhakupova. Genetic screening of heart genes in Kazakhstani sudden unexplained death victims in a forensic setting by targeted next-generation sequencing// Abstract book of the International Conference “Current Problems of Biological Safety in the Modern Conditions", September 22-23, 2021

Подана статья на публикацию в международный журнал OMICS: A Journal of Integrative Biology, Scopus, процентиль 68%, 89/282, Biotechnology

M.Zhalbinova, S. Rakhimova, U. Kozhamkulov, Yu.Pya, J.Lee, Y.Wang, M. Bekbossynova, and A. Akilzhanova. Association of gene polymorphisms with side effects in congestive heart failure patients with implanted mechanical circulatory support device // OMICS: A Journal of Integrative Biology (in press)

 Состав исследовательской группы по проведению научных исследований

Исследования будут проводиться междисциплинарной группой исследователей, включающих генетиков, молекулярных биологов, кардиологов, врачей-судебно-медицинских экспертов на базе Лаборатории Геномной и Персонализированной медицины, Центра наук о жизни, ЧУ “National Laboratory Astana”.

  Для реализации задач проекта привлечены врачи, судебно-медицинские эксперты