Analisi delle Regioni di Omozigosità mediante SNP-array a supporto dell'identificazione di varianti omozigoti

Runs of homozygosity (ROHs) are diploid genomic fragments holding identical DNA sequence in both homologous chromosomes. ROHs represent both small ancestral homozygous segments and inherited regions from a recent common ancestor. The two most currently methods to detect ROHs are the array-CGH+SNP and the whole exome sequencing (WES). While the first one is based on microarray implementation with specific probes for single nucleotide polymorphisms (SNPs), the WES analysis holds strecthes of homozygous SNPs only in exome regions, through bioinformatic tools. Although ROHs are not diagnostic for a specific disease, they increase the probability to carry homozygous deleterious variants in genes associated with recessive conditions (Helm et al. 2017). For this reason, consanguineous offspring is more likely to have rare genetic disorders due to causative variants within ROHs. The aim of this thesis is to evaluate the efficiency of ROHs identification by array-CGH+SNP method (Agilent Technologies 4X180K platform), by comparing it with WES data using the bioinformatic algorithm AutoMap (Quinodoz et al. 2021). The final purpose is to determine the presence, within a specific ROH, of homozygous variants in gene/genes related to the patient’s phenotype. The cohort included 501 patients tested by array-CGH+SNP during 2020-2022, 61 (12%, 61/501) of whom carrying ROH >5 Mb. These data have been compared with WES results in 27 cases (44,3%, 27/61) who performed this analysis as diagnostic follow-up. In this talk I focuse on 5 cases (19%, 5/27) where the homozygous causative variant was identified within the ROH reported by array-CGH+SNP.

Le regioni di omozigosità (ROH, runs of homozygosity) sono tratti genomici diploidi che contengono al loro interno sequenze identiche di DNA su entrambi i cromosomi e possono rappresentare sia piccoli segmenti di omozigosità ancestrale che regioni ereditate da un antenato comune recente. Le due metodiche attualmente impiegate in campo diagnostico per la rilevazione delle ROH sono l’array-CGH+SNP e il sequenziamento dell’intero esoma (whole exome sequencing, WES). La prima tecnica permette, grazie all’implementazione del microarray con sonde specifiche per polimorfismi a singolo nucleotide (Single Nucleotide Polymorphism, SNP), l’identificazione delle ROH in regioni diverse del genoma; il WES, a differenza dell’array-CGH+SNP, contiene SNP localizzati nelle sole regioni esoniche permettendo, grazie a software bioinformatici, di rilevare le ROH. Sebbene le ROH non siano diagnostiche di una condizione specifica, aumentano la possibilità di insorgenza di un disordine recessivo dovuto a varianti patogenetiche in omozigosi in geni causativi localizzati all’interno di una ROH (Helm et al. 2017). Questo fenomeno aumenta considerevolmente nel caso di consanguineità nella famiglia; la prole di un un’unione tra consanguinei, infatti, ha probabilità aumentate di insorgenza di patologie causate da mutazioni all’interno delle ROH, soprattutto per quanto riguarda sindromi estremamente rare. Obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di andare a valutare l’efficienza dell’array-CGH+SNP (piattaforma Agilent Technologies CGH+SNP 4X180K) nell’identificazione di regioni di omozigosità e confrontare queste ROH con quelle evidenziate dal dato WES, tramite l’aiuto dell’algoritmo bioinformatico AutoMap (Quinodoz et al. 2021). Lo scopo ultimo è esaminare la presenza all’interno delle ROH di varianti in omozigosi in geni malattia che possano essere causative e correlate al fenotipo del paziente. La casistica studiata prende in considerazione 501 pazienti sottoposti ad analisi array-CGH+SNP tra il 2020 e il 2022, in 61 dei quali (12%, 61/501,) è stata rilevata almeno una ROH di dimensioni >5 Mb. Il risultato precedentemente ottenuto è stato poi confrontato con il dato WES nei 27 casi (44,3%, 27/61) che hanno eseguito tale analisi come follow-up diagnostico. Sono stati approfonditi 5 casi (19%, 5/27) in cui la presenza della ROH segnalata mediante metodica array-CGH+SNP ha trovato conferma tramite l’identificazione, nella medesima regione, di una variante in omozigosi causativa della condizione clinica.