Exom-Sequenzierung

Die Exom-Sequenzierung, kurz WES (Whole Exome Sequencing), ist eine genomische Technik zur Sequenzierung aller protein-kodierenden Bereiche von Genen in einem Genom - dem Exom. Es umfasst nur etwa 1-2% des gesamten Genoms (ca. 22.000 Gene) und ist in seiner Sequenz sehr viel höher konserviert ist als in den nicht-kodierenden Bereichen der DNA. In diesem Bereich sind auch ca. 85 % der bekannten krankheitsverursachenden Mutationen zu finden, die zu teilweise schwerwiegenden Erkrankungen führen können. WES ist ein wichtiges molekulares Instrument für Forschungsfragen in der Medizin, für klinische Studien und für die Entwicklung von Arzneimitteln.

Eine Variation in einer proteinkodierenden Region kann unterschiedliche genetische Krankheiten verursachen. Neben der Identifizierung solcher krankheitsverursachender Varianten wird Whole Exome Sequencing auch zur Beantwortung von Forschungsfragen eingesetzt. Hierzu zählen die Analyse seltener Varianten, die mit komplexen Merkmalen verbunden sind, oder die Weiterentwicklung der personalisierten Medizin. Darüber hinaus wird Whole Exome Sequencing angewandt, um den Erfolg einer Therapie zu kontrollieren.

Die exonischen Regionen beinhalten die Mehrzahl der genetischen Veränderungen, die zu Krankheitsphänotypen führen, darunter große genetische Varianten, Kopienzahlveränderungen (“copy number variations”, CNVs), kleine Insertionen und Deletionen (Indels), Einzelnukleotid-Polymorphismen (“single nucleotid polymorphisms”, SNPs) und Einzelnukleotid-Varianten (“single nucleotid variants”, SNVs).

Die Technik die bei der Whole Exome Sequencing eingesetzt wird besteht aus zwei Schritten. Im ersten Schritt werden die Regionen erfasst, die für Proteine kodieren, also die Exons. Die erfassten Targets werden isoliert, gewaschen und eluiert. Nach der Amplifikation werden diese Targets im zweiten Schritt verwendet – die Sequenzierung der exomischen DNA.

Whole Exome Sequencing hat im Vergleich zu anderen Technologien, die zur Identifizierung genetischer Varianten angewandt werden können, einige Vorteile. Im Gegensatz zur Microarray-basierten Genotypisierung können mit Whole Exome Sequencing unerwartete genetische Veränderungen identifiziert werden. Die bisherigen Einschränkungen der Mikroarray-basierten Genotypisierung können also mit Whole Exome Sequencing überwunden werden. Im Vergleich zu Whole Genome Sequencing zeigt Whole Exome Sequencing den großen Unterschied zwischen dem Anteil der exonischen und intronischen Regionen: Bei der Exom-Sequenzierung werden nur 1 %-2 % des gesamten Genoms sequenziert. Dies ermöglicht eine höhere Sequenziertiefe und senkt gleichzeitig die Sequenzierkosten.