neurojourНеврологический журнал имени Л.О. БадалянаL.O. Badalyan Neurological Journal2686-89972712-794XФГАУ «НМИЦ здоровья детей» Минздрава России10.46563/2686-8997-2024-5-2-90-98xkrxtyneurojour-138Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL INVESTIGATIONSПолноэкзомное секвенирование — молекулярно-генетическое тестирование первой линии при энцефалопатиях развития и эпилептическихWhole-exome sequencing is the molecular-genetic test of the first-line in developmental and epileptic encephalopathieshttps://orcid.org/0000-0001-9101-5213КожановаТатьяна ВикторовнаKozhanovaTatyana V.

К.м.н., ведущий научный сотрудник, врач-лабораторный генетик ГБУЗ «НПЦ спец.мед.помощи детям ДЗМ», 119620, Москва, Россия; доцент кафедры неврологии, нейрохирургии и медицинской генетики имени Л.О. Бадаляна ПФ ФГАОУ ВО «РНИМУ имени Н.И. Пирогова» МЗ РФ

e-mail: vkozhanov@bk.ru

MD, PhD, Leading Researcher, Laboratory Geneticist, St. Luka’s Clinical Research Center for Children, Moscow, 119620, Russian Federation; Associate Professor, Department of Neurology, Neurosurgery and Medical Genetics, Faculty of Pediatrics, Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, 117997, Russian Federation

e-mail: vkozhanov@bk.ru

vkozhanov@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2400-0748ЖилинаСветлана СергеевнаZhilinaSvetlana S.

К.м.н., ведущий научный сотрудник, врач-генетик ГБУЗ «НПЦ спец.мед.помощи детям ДЗМ», 119620, Москва, Россия; доцент кафедры неврологии, нейрохирургии и медицинской генетики имени Л.О. Бадаляна ПФ ФГАОУ ВО «РНИМУ имени  Н.И. Пирогова» МЗ РФ

e-mail: szhylina@mail.ru

MD, PhD, Leading Researcher, Geneticist, St. Luka’s Clinical Research Center for Children, Moscow, 119620, Russian Federation; Associate Professor, Department of Neurology, Neurosurgery and Medical Genetics, Faculty of Pediatrics, Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, 117997, Russian Federation

e-mail: szhylina@mail.ru

szhylina@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6020-0758МещеряковаТатьяна ИвановнаMeshcheryakovaTatyana I.

К.м.н., ведущий научный сотрудник, врач-генетик ГБУЗ «НПЦ спец.мед.помощи детям ДЗМ», 119620, Москва, Россия; доцент кафедры общей и медицинской генетики МБФ ФГАОУ ВО «РНИМУ имени Н.И. Пирогова» МЗ РФ

e-mail: ivanovna-76@mail.ru

MD, PhD, Leading Researcher, Geneticist, St. Luka’s Clinical Research Center for Children, Moscow, 119620, Russian Federation; Associate Professor, Department of General and Medical Genetics, Faculty of Medicine and Biology, Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, 117997, Russian Federation

e-mail: ivanovna-76@mail.ru

ivanovna-76@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0481-483XАбрамовАлександр АндреевичAbramovAlexander A.

Научный сотрудник, врач — лабораторный генетик ГБУЗ «НПЦ спец.мед.помощи детям ДЗМ», 119620, Москва, Россия

e-mail: arhelios@yandex.ru

Researcher, Laboratory Geneticist, St. Luka’s Clinical Research Center for Children, Moscow, 119620, Russian Federation

e-mail: arhelios@yandex.ru

arhelios@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9363-8836АйвазянСергей ОганесовичAyvasyanSergey O.

Ведущий научный сотрудник ГБУЗ «НПЦ спец.мед.помощи детям ДЗМ», 119620, Москва, Россия

e-mail: soayvaz@gmail.com

MD, PhD, Leading Researcher, Geneticist, St. Luka’s Clinical Research Center for Children, Moscow, 119620, Russian Federation

e-mail: soayvaz@gmail.com

soayvaz@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0103-7422ЗаваденкоНиколай НиколаевичZavadenkoNikolay N.

Д.м.н., профессор, зав. кафедрой неврологии, нейрохирургии и медицинской генетики им. академика Л.О. Бадаляна ПФ ФГАОУ ВО «РНИМУ им. Н.И. Пирогова» МЗ РФ, 117997, Москва, Россия

e-mail: zavadenko@mail.ru

MD, PhD, DSci., Professor, Chief of Department of Neurology, Neurosurgery and Medical Genetics, Faculty of Pediatrics, Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, 117997, Russian Federation

e-mail: zavadenko@mail.ru

zavadenko@mail.ruГБУЗ «Научно-практический центр специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого Департамента здравоохранения города Москвы»; ФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияSt. Luka’s Clinical Research Center for Children; Pirogov Russian National Research Medical UniversityRussian FederationГБУЗ «Научно-практический центр специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого Департамента здравоохранения города Москвы»РоссияSt. Luka’s Clinical Research Center for ChildrenRussian FederationФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияPirogov Russian National Research Medical UniversityRussian Federation202416082024529098Copyright © Кожанова Т.В., Жилина С.С., Мещерякова Т.И., Абрамов А.А., Айвазян С.О., Заваденко Н.Н., 20242024Кожанова Т.В., Жилина С.С., Мещерякова Т.И., Абрамов А.А., Айвазян С.О., Заваденко Н.Н.Kozhanova T.V., Zhilina S.S., Meshcheryakova T.I., Abramov A.A., Ayvasyan S.O., Zavadenko N.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.neuro-journal.ru/jour/article/view/138Введение

Введение. Энцефалопатия развития и эпилептическая — тяжёлые нарушения развития нервной системы, характеризующиеся рецидивирующими эпилептическими приступами, начавшимися в период новорождённости или в детстве, сопровождающиеся задержкой психомоторного и интеллектуального развития. Массовое параллельное секвенирование — это технология, используемая для определения полной нуклеотидной последовательности ДНК или РНК. Технология характеризуется высокой производительностью и скоростью, положила начало золотому веку генетики, позволяет быстро и качественно секвенировать большие объёмы ДНК с меньшими затратами.

Целью настоящего исследования является оценка эффективности применения полноэкзомного секвенирования (whole exome sequencing — WES) в качестве генетического теста первой линии у пациентов с энцефалопатией развития и эпилептической, и определения структуры выявленных вариантов в российской популяции.

Материалы и методы

Материалы и методы. Пациентам с фармакорезистентными судорогами, с дебютом в неонатальном и раннем детском возрасте, госпитализированным в психоневрологическое отделение в 2017–2023 гг., проведены клинико-генеалогический анализ, видеоэлектроэнцефалограмма, магнитно-резонансная томография головного мозга, WES.

Результаты

Результаты. Основным результатом, полученным в ходе исследования анализа пациентов, которым был выполнен WES за 2017–2023 гг., является показатель выявляемости вариантов в генах, ассоциированных с энцефалопатией развития и эпилептической (21,7%; 71/331). Их них у 35/71 (49,3%) были выявлены патогенные и вероятно патогенные варианты нуклеотидной последовательности. На основании полученных результатов WES пациентам проведён подбор наиболее эффективных таргетных антиэпилептических препаратов.

Заключение

Заключение. Показана высокая эффективность использования WES в качестве молекулярно-генетического теста первой линии у пациентов с энцефалопатией развития и эпилептической. Постановка точного генетического диагноза является фундаментальной предпосылкой прецизионной терапии. Персонифицированная медицина, т. е. попытка персонализировать профилактику, диагностику и лечение, насколько это возможно, в соответствии с характеристиками и потребностями пациента, должна быть основной целью клинических исследований и новым направлением современной медицины.

Соблюдение этических стандартов. Ведение пациентов осуществлялось согласно принципам Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (2013 г.). От родителей пациентов получено информированное согласие на проведение генетического исследования (WES).

Участие авторов

Участие авторов:Кожанова Т.В. — концепция, написание текста;Жилина С.С. — концепция, редактирование текста;Мещерякова Т.И. — редактирование текста;Абрамов А.А. — редактирование текста;Айвазян С.О. — редактирование текста;Заваденко Н.Н. — редактирование текста.Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Поступила 21

Поступила 21.03.2024Принята к печати 14.06.2024Опубликована 31.07.2024

Introduction

Introduction. Developmental and epileptic encephalopathy are severe developmental disorders of the nervous system, characterized by recurrent epileptic seizures that begin over the neonatal period or childhood, accompanied by psychomotor retardation and intellectual disability. Massively parallel sequencing is a technology used to determine the complete nucleotide sequence of DNA or RNA. The technology is characterized by the high productivity and speed, marking the beginning of the golden age of genetics, allowing large volumes of DNA to be sequenced quickly and efficiently at lower costs. The aim of this study is to evaluate the effectiveness of whole-exome sequencing as a first-line genetic test in patients with developmental and epileptic encephalopathy and detect the structure of identified variants in the Russian population.

Materials and methods

Materials and methods. Patients with drug-resistant seizures, onset in neonatal and early childhood, hospitalized in the Psychoneurological Department during 2017–2023. All patients underwent clinical and genealogical analysis, video-EEG and MRI of the brain, and whole-exome sequencing.

Results

Results. The main result obtained in the study analysis of patients who underwent whole exome sequencing for the period of 2017-2023 was the detection rate of variants in genes associated with developmental and epileptic encephalopathy (21.7%; 71/331). Of these, 35/71 (49.3%) had pathogenic and probably pathogenic variants of the nucleotide sequence. Based on the results of whole exome sequencing patients were selected for the most effective targeted antiepileptic drugs.

Conclusion

Conclusion. The use of whole-exome sequencing as a first-line molecular genetic test in patients with developmental and epileptic encephalopathy has been shown to be highly effective. Making an accurate genetic diagnosis is a fundamental background for precision therapy. Personalized medicine, that is, the attempt to personalize prevention, diagnosis, and treatment as much as possible according to the characteristics and needs of the patient, should be the main goal of clinical research and a new direction of modern medicine.

Compliance with ethical standards. Patient management was carried out according to the principles of the Declaration of Helsinki of the World Medical Association (2013). Informed consent was obtained from the parents of patients to conduct a genetic study (whole exome sequencing).

Contribution

Contribution:Kozhanova T.V. — concept, writing text;Zhilina S.S. — concept, editing;Meshcheryakova T.I. — editing;Abramov A.A. — editing;Ayvasyan S.O. — editing; Zavadenko N.N. — editing;All co-authors — are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of its final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgment

Acknowledgment. The study had no sponsorship.

Received

Received: April 23, 2024Accepted: June 14, 2024Published July 31, 2024

энцефалопатия развития и эпилептическаясудорогизадержка развитияполноэкзомное секвенированиеdevelopmental and epileptic encephalopathyseizuresdevelopmental delaywhole exome sequencingReferencesWirrell E., Tinuper P., Perucca E., Moshé S.L. Introduction to the epilepsy syndrome papers. Epilepsia. 2022; 63(6): 1330–2. https://doi.org/10.1111/epi.17262Wirrell E., Tinuper P., Perucca E., Moshé S.L. Introduction to the epilepsy syndrome papers. Epilepsia. 2022; 63(6): 1330–2. https://doi.org/10.1111/epi.17262Kalser J., Cross J.H. The epileptic encephalopathy jungle – from Dr. West to the concepts of aetiology-related and developmental encephalopathies. Curr. Opin. Neurol. 2018; 31(2): 216–22. https://doi.org/10.1097/WCO.0000000000000535Kalser J., Cross J.H. The epileptic encephalopathy jungle – from Dr. West to the concepts of aetiology-related and developmental encephalopathies. Curr. Opin. Neurol. 2018; 31(2): 216–22. https://doi.org/10.1097/WCO.0000000000000535Guerrini R., Conti V., Mantegazza M., Balestrini S., Galanopoulou A.S., Benfenati F. Developmental and epileptic encephalopathies: from genetic heterogeneity to phenotypic continuum. Physiol. Rev. 2023; 103(1): 433–513. https://doi.org/10.1152/physrev.00063.2021Guerrini R., Conti V., Mantegazza M., Balestrini S., Galanopoulou A.S., Benfenati F. Developmental and epileptic encephalopathies: from genetic heterogeneity to phenotypic continuum. Physiol. Rev. 2023; 103(1): 433–513. https://doi.org/10.1152/physrev.00063.2021Siniatchkin M., Capovilla G. Functional neuroimaging in epileptic encephalopathies. Epilepsia. 2013; 54(Suppl. 8): 27–33. https://doi.org/10.1111/epi.12420Siniatchkin M., Capovilla G. Functional neuroimaging in epileptic encephalopathies. Epilepsia. 2013; 54(Suppl. 8): 27–33. https://doi.org/10.1111/epi.12420Raga S., Specchio N., Rheims S., Wilmshurst J.M. Developmental and epileptic encephalopathies: recognition and approaches to care. Epileptic Disord. 2021; 23(1): 40–52. https://doi.org/10.1684/epd.2021.1244Raga S., Specchio N., Rheims S., Wilmshurst J.M. Developmental and epileptic encephalopathies: recognition and approaches to care. Epileptic Disord. 2021; 23(1): 40–52. https://doi.org/10.1684/epd.2021.1244Berg A.T., Berkovic S.F., Brodie M.J., Buchhalter J., Cross J.H., van Emde Boas W., et al. Revised terminology and concepts for organization of seizures and epilepsies: report of the ILAE Commission on Classification and Terminology, 2005–2009. Epilepsia. 2010; 51(4): 676–85. https://doi.org/10.1111/j.1528-1167.2010.02522.xBerg A.T., Berkovic S.F., Brodie M.J., Buchhalter J., Cross J.H., van Emde Boas W., et al. Revised terminology and concepts for organization of seizures and epilepsies: report of the ILAE Commission on Classification and Terminology, 2005–2009. Epilepsia. 2010; 51(4): 676–85. https://doi.org/10.1111/j.1528-1167.2010.02522.xScheffer I.E., Liao J. Deciphering the concepts behind “Epileptic encephalopathy” and “Developmental and epileptic encephalopathy”. Eur. J. Paediatr. Neurol. 2020; 24: 11–4. https://doi.org/10.1016/j.ejpn.2019.12.023Scheffer I.E., Liao J. Deciphering the concepts behind “Epileptic encephalopathy” and “Developmental and epileptic encephalopathy”. Eur. J. Paediatr. Neurol. 2020; 24: 11–4. https://doi.org/10.1016/j.ejpn.2019.12.023Scheffer I.E., Berkovic S., Capovilla G., Connolly M.B., French J., Guilhoto L., et al. ILAE classification of the epilepsies: Position paper of the ILAE Commission for Classification and Terminology. Epilepsia. 2017; 58(4): 512–21. https://doi.org/10.1111/epi.13709Scheffer I.E., Berkovic S., Capovilla G., Connolly M.B., French J., Guilhoto L., et al. ILAE classification of the epilepsies: Position paper of the ILAE Commission for Classification and Terminology. Epilepsia. 2017; 58(4): 512–21. https://doi.org/10.1111/epi.13709McTague A., Howell K.B., Cross J.H., Kurian M.A., Scheffer I.E. The genetic landscape of the epileptic encephalopathies of infancy and childhood. Lancet Neurol. 2016; 15(3): 304–16. https://doi.org/10.1016/S1474-4422(15)00250-1McTague A., Howell K.B., Cross J.H., Kurian M.A., Scheffer I.E. The genetic landscape of the epileptic encephalopathies of infancy and childhood. Lancet Neurol. 2016; 15(3): 304–16. https://doi.org/10.1016/S1474-4422(15)00250-1Caliendo M., Lanzara V., Vetri L., Roccella M., Marotta R., Carotenuto M., et al. Emotional-behavioral disorders in healthy siblings of children with neurodevelopmental disorders. Medicina (Kaunas). 2020; 56(10): 491. https://doi.org/10.3390/medicina56100491Caliendo M., Lanzara V., Vetri L., Roccella M., Marotta R., Carotenuto M., et al. Emotional-behavioral disorders in healthy siblings of children with neurodevelopmental disorders. Medicina (Kaunas). 2020; 56(10): 491. https://doi.org/10.3390/medicina56100491Vetri L., Messina L.M., Drago F., D’Aiuto F., Vanadia F., Brighina F., et al. Are paediatric headaches in the emergency department increasing? An Italian experience. Funct. Neurol. 2019; 34(3): 188–95.Vetri L., Messina L.M., Drago F., D’Aiuto F., Vanadia F., Brighina F., et al. Are paediatric headaches in the emergency department increasing? An Italian experience. Funct. Neurol. 2019; 34(3): 188–95.Esposito M., Orsini A., Striano P. Percorso diagnostico nelle epilessie genetiche. Prospett. Pediatr. 2019; 49: 86–94. (in Italian)Esposito M., Orsini A., Striano P. Percorso diagnostico nelle epilessie genetiche. Prospett. Pediatr. 2019; 49: 86–94. (in Italian)Slatko B.E., Gardner A.F., Ausubel F.M. Overview of next-generation sequencing technologies. Curr. Protoc. Mol. Biol. 2018; 122(1): e59. https://doi.org/10.1002/cpmb.59Slatko B.E., Gardner A.F., Ausubel F.M. Overview of next-generation sequencing technologies. Curr. Protoc. Mol. Biol. 2018; 122(1): e59. https://doi.org/10.1002/cpmb.59Levy S.E., Boone B.E. Next-generation sequencing strategies. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2019; 9(7): a025791. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a025791Levy S.E., Boone B.E. Next-generation sequencing strategies. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2019; 9(7): a025791. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a025791Richards S., Aziz N., Bale S., Bick D., Das S., Gastier-Foster J., et al. Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet. Med. 2015; 17(5): 405–24. https://doi.org/10.1038/gim.2015.30Richards S., Aziz N., Bale S., Bick D., Das S., Gastier-Foster J., et al. Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet. Med. 2015; 17(5): 405–24. https://doi.org/10.1038/gim.2015.30Рыжкова О.П., Кардымон О.Л., Прохорчук Е.Б., Коновалов Ф.А., Масленников А.Б., Степанов В.А. и др. Руководство по интерпретации данных, полученных методами массового параллельного секвенирования (MPS). Медицинская генетика. 2017; 16(7): 4–17. https://elibrary.ru/zjtgdrRyzhkova O.P., Kardymon O.L., Prohorchuk E.B., Konovalov F.A., Maslennikov A.B., Stepanov V.A., et al. Guidelines for the interpretation of massive parallel sequencing variants. Meditsinskaya genetika. 2017; 16(7): 4–17. https://elibrary.ru/zjtgdr (in Russian)Демикова Н.С., Баранова Е.Е. Показания к полногеномному секвенированию у больных с подозрением на наследственные редкие заболевания: Учебное пособие. М.; 2022.Demikova N.S., Baranova E.E. Indications for Genome-Wide Sequencing in Patients with Suspected Hereditary Rare Diseases: Textbook [Pokazaniya k polnogenomnomu sekvenirovaniyu u bol’nykh s podozreniem na nasledstvennye redkie zabolevaniya: Uchebnoe posobie]. Moscow; 2022. (in Russian)Ostrander B.E.P., Butterfield R.J., Pedersen B.S., Farrell A.J., Layer R.M., Ward A., et al. Whole-genome analysis for effective clinical diagnosis and gene discovery in early infantile epileptic encephalopathy. NPJ Genom. Med. 2018; 3: 22. https://doi.org/10.1038/s41525-018-0061-8Ostrander B.E.P., Butterfield R.J., Pedersen B.S., Farrell A.J., Layer R.M., Ward A., et al. Whole-genome analysis for effective clinical diagnosis and gene discovery in early infantile epileptic encephalopathy. NPJ Genom. Med. 2018; 3: 22. https://doi.org/10.1038/s41525-018-0061-8Vetri L., Calì F., Saccone S., Vinci M., Chiavetta N.V., Carotenuto M., et al. Whole exome sequencing as a first-line molecular genetic test in developmental and epileptic encephalopathies. Int. J. Mol. Sci. 2024; 25(2): 1146. https://doi.org/10.3390/ijms25021146Vetri L., Calì F., Saccone S., Vinci M., Chiavetta N.V., Carotenuto M., et al. Whole exome sequencing as a first-line molecular genetic test in developmental and epileptic encephalopathies. Int. J. Mol. Sci. 2024; 25(2): 1146. https://doi.org/10.3390/ijms25021146Boonsimma P., Ittiwut C., Kamolvisit W., Ittiwut R., Chetruengchai W., Phokaew C., et al. Exome sequencing as first-tier genetic testing in infantile-onset pharmacoresistant epilepsy: diagnostic yield and treatment impact. Eur. J. Hum. Genet. 2023; 31(2): 179–87. https://doi.org/10.1038/s41431-022-01202-xBoonsimma P., Ittiwut C., Kamolvisit W., Ittiwut R., Chetruengchai W., Phokaew C., et al. Exome sequencing as first-tier genetic testing in infantile-onset pharmacoresistant epilepsy: diagnostic yield and treatment impact. Eur. J. Hum. Genet. 2023; 31(2): 179–87. https://doi.org/10.1038/s41431-022-01202-xMercimek-Mahmutoglu S., Patel J., Cordeiro D., Hewson S., Callen D., Donner E.J., et al. Diagnostic yield of genetic testing in epileptic encephalopathy in childhood. Epilepsia. 2015; 56(5): 707–16. https://doi.org/10.1111/epi.12954Mercimek-Mahmutoglu S., Patel J., Cordeiro D., Hewson S., Callen D., Donner E.J., et al. Diagnostic yield of genetic testing in epileptic encephalopathy in childhood. Epilepsia. 2015; 56(5): 707–16. https://doi.org/10.1111/epi.12954Palmer E.E., Schofield D., Shrestha R., Kandula T., Macintosh R., Lawson J.A., et al. Integrating exome sequencing into a diagnostic pathway for epileptic encephalopathy: Evidence of clinical utility and cost effectiveness. Mol. Genet. Genomic Med. 2018; 6(2): 186–99. https://doi.org/10.1002/mgg3.355Palmer E.E., Schofield D., Shrestha R., Kandula T., Macintosh R., Lawson J.A., et al. Integrating exome sequencing into a diagnostic pathway for epileptic encephalopathy: Evidence of clinical utility and cost effectiveness. Mol. Genet. Genomic Med. 2018; 6(2): 186–99. https://doi.org/10.1002/mgg3.355

The authors declare that there are no conflicts of interest present.