اگزوم

کارکردهای زیستی بدن ما مستقیماً تحت تأثیر پروتئین ها هستند که این پروتئین ها توسط ژن های ما رمز نگاری می شوند و مجموعه ژن ها را ژنوم می نامند. بخش کوچکی از ژنوم که به آن اگزوم گفته می شود و حدود 2-1% ژنوم را تشکیل می دهد، کننده پروتئین ها هستند و اغلب تغییرات بیماری زا و جهش های ژنتیکی شناخته شده در این بخش رخ می دهند. با توجه به این موضوع، بسیار منطقی به نظر می رسد که شناسایی توالی ژنی این بخش هم مقرون به صرفه و هم کارآمد باشد. چنین تستی در حال حاضر در بسیاری از کلینیک ها و از جمله آزمایشگاه های مرکز مام قابل انجام است و به عنوان تست تعیین توالی کل اگزوم(WES) شناخته می شود.

پیشینه تاریخی این تست اگزوم به کنفرانسی بر میگردد که طی آن تصمیم گیری شد طی یک پروژه بین المللی، توالی ژنوم انسان مشخص گردد و از این طریق جهش های عامل بیماری نیز شناسایی شوند. توالی یابی ژنوم مرجع انسان، با همکاری بیش از 200 دانشمند در مدت زمان بیش از یک دهه در طرحی که هزینه انجام آن تقریباً 3 میلیارد دلار بود، به طول انجامید (کنسرسیوم توالی یابی بین المللی ژنوم انسان 2004). در طول دهه گذشته قیمت توالی یابی ژنوم انسان به شدت کاهش یافته است، بیشتر کارها به صورت خودکار درآمده و روش ها بهبود یافته اند. این پیشرفت ها بدان معنی است که می توان کل ژنوم را به سرعت و با قیمت مناسب توالی یابی کرد.

دیدگاه ژنتیکی شناسایی علت بیماری در طول تاریخ، بر یافتن یک علت برای یک فنوتیپ معین متمرکز بوده است. این روش برای بیماری هایی که ظاهراً تک ژنی هستند مانند فیبروز کیستی یا بیماری هانتینگتون به خوبی عمل کرده است. اگزوم به طور کلی شامل تمام اگزون های ژن های کد کننده پروتئین در ژنوم می باشد. این آزمایش که به عنوان توالی یابی کل اگزوم نیز شناخته می شود، یک تکنیک ژنومیک برای توالی یابی تمامی نواحی کد کننده پروتئین در ژنوم است که این نواحی بسته به نوع گونه حدود 1 تا 2٪ ژنوم را تشکیل می دهند. هدف از این روش، شناسایی تغییرات ژنتیکی است که توالی پروتئین ها را تغییر می دهند و با استفاده از این تست و با صرف هزینه بسیار کمتری نسبت به تعیین توالی ژنوم جهش ها مورد شناسایی قرار می گیرند. تعیین توالی اگزوم هم در تحقیقات دانشگاهی و هم به عنوان یک روش تشخیصی بالینی استفاده می شود. این روش تا حدود 95% کل اگزون ها را پوشش می دهد که شامل تغییرات ژنتیکی بزرگ و چندشکلی های تک نوکلئوتیدی (SNP) مرتبط با تظاهرات بیماری های انسانی می باشد. با تمرکز بر روی مهمترین بخش ژنوم، WES توانایی استفاده بهتر از توالی یابی و منابع آنالیز را به محققان ارائه می دهد. توانایی تعیین توالی کل اگزوم در شناسایی جهش های درگیر در بیماری های نادر مندلی اثبات شده است. تعداد بیماری ها و سندرم هایی که با یک نوع تغییر ژنتیکی یا حتی یک ژن تغییر یافته توضیح داده می شوند، با پیشرفت زمینه تحقیقات ژنتیکی، کمتر و کمتر خواهند شد. در واقع، اکنون حتی بیماری هایی که به راحتی به صورت تک ژنی تعریف می شوند از نظر تعدیل کننده های ژنتیکی، شدت و سن در حال مطالعه هستند. شکل های تک ژنی یا خانوادگی بیماری های هتروژن (ناهمگن)، اغلب نسبت کمی از کل جمعیت بیمار را تشکیل می دهند.




توالی یابی کل ژنوم(WGS) در مقابل توالی یابی کل اگزوم (WES)

روش توالی یابی کل اگزوم ، دید جامعی از ساختار ژنتیکی فرد ارائه می دهد و روش مناسبی جهت تشخیص بیماری های ژنتیکی است. با اینکه اگزون ها درصد کمی از کل ژنوم را تشکیل داده اما بیشتر بیماری های ژنتیکی به دلیل جهش در این مناطق ایجاد می شوند. از جمله مزایای انتخاب روش WES می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • قادر به پوشش دهی جامع اگزون ها است که امکان بررسی هدفمند اغلب مناطق مرتبط با بیماری را دارد.
  • افزایش پتانسیل کشف واریانت، از جمله جهش های نادر و یا جهش های با فراوانی پایین با استفاده از فناوری توالی یابی نسل بعد (NGS)
  • عدم نیاز به توالی یابی کل ژنوم با ارائه یک جایگزین مقرون به صرفه برای WGS


توالی یابی کل اگزوم می تواند در چندین حالت مفید باشد

  • در مواردی که ژن مسبب، برای یک بیماری خاص شناخته شده (تک ژنی) که برای یافتن واریانت های خاص آن باید بررسی انجام شود.
  • در مواردی که ژن مسبب، ناشناخته است و نیاز به بررسی دارد.
  • در مواردی که چندین ژن، مشکوک به مشارکت در یک بیماری خاص (تک ژنی یا چند ژنی) هستند.
  • در مواردی که الگوهای بروز بیماری دقیقا منطبق با موارد قبلی نیست.


WES چگونه کار می کند؟

به طور کلی، توالی یابی کل اگزوم در سه مرحله انجام می شود: آماده سازی نمونه، هیبریداسیون و توالی یابی.

به شکل خلاصه، در مرحله اول جهت آماده سازی نمونه، با استفاده از سونیکاسیون، DNA خرد می شود تا قطعات با طول مطلوب بدست آیند. سپس مناطق هدف انتخاب شده و جهت تعیین توالی در محلول قرار می گیرند تا در ادامه تکثیر و تعیین توالی شوند.

در آزمایشگاه های مرکز مام با بهره گیری از تجهیزات به روز دنیا آزمایش اگزوم  (EXOME) قابل انجام می باشد

نویسنده و مترجم : پریسا جاوید زاده

منابع : exome-sequencing ncbi-exome