"Addomesticare il genoma per far avanzare la ricerca di 10 anni" di Romain Alderweireldt


2018 / Giovedì 18 ottobre 2018

Mia moglie ed io abbiamo accettato con piacere l'invito di Véronique Vrinds a preparare un numero speciale della rivista " Il cuore e la mano "dedicato alla " 101 Progetto Genomi Marfan " (di seguito P101GM) del " Fondazione 101 Genomi " (di seguito F101G).

La P101GM è il risultato dell'azione dell'ABSM e certamente non esisterebbe nella sua forma attuale senza il sostegno di Léon, Rémi, Yvonne, Lauriane e Véronique.

Il ruolo cruciale delle organizzazioni di pazienti

Come molti genitori di bambini affetti da una malattia rara, volevamo fare qualcosa dopo la diagnosi di nostro figlio. Ci siamo rivolti dapprima all'ABSM, che ci ha accolto a braccia aperte e ci ha permesso di scoprire la comunità Marfan belga e poi quella europea attraverso VASCERN.

In questo contesto, ci siamo progressivamente interessati alla ricerca sulla sindrome di Marfan. Abbiamo scoperto che, oltre a sostenere i pazienti e le loro famiglie, le organizzazioni di pazienti svolgono un ruolo essenziale nel promuovere la ricerca. Un ruolo di comunicazione e finanziamento come quello svolto dall'organizzazione americana Marfan (www.marfan.org) ma anche un ruolo di sostegno diretto alla ricerca, come quello assunto dall'Associazione francese per la sindrome di Marfan (www.assomarfans.fr).

Il contributo dell'Associazione francese allo sviluppo del database UMD-FBN1 è stato di particolare interesse per noi. UMD-FBN1 è una banca dati ad accesso aperto lanciata nel 2003 che consente ai ricercatori di tutto il mondo di consultare online (all'indirizzo www.umd.be/FBN1/) un inventario di 3044 mutazioni patogene nel gene FBN1 che codifica la proteina Fibrillina 1 sul cromosoma 15, identificate come causa della sindrome di Marfan.

Questo database unico alimenta il lavoro di centinaia di scienziati in tutto il mondo ed è regolarmente citato nella letteratura scientifica sulla sindrome di Marfan. È uno strumento molto importante che accompagna la ricerca da molti anni.

Al di là dei discorsi a volte un po' convenzionali, UMD-FBN1 ci è sembrato una prova concreta del ruolo cruciale svolto dalle organizzazioni di pazienti nel progresso scientifico.

Proseguendo la nostra ricerca con il prezioso aiuto del dottor Guillaume Smits, ci siamo resi conto delle limitazioni di UMD-FBN1 e abbiamo rapidamente identificato una lacuna. o un vuoto come lo chiama Cécile Chabot - che la comunità scientifica voleva poter colmare al più presto: l'accesso al genoma.

La rivoluzione genomica

È emerso che gli specialisti della sindrome di Marfan chiedono di poter accedere a una versione della malattia che sia in qualche modo "meno costosa". potenziato "Il database UMD-FBN1 non conterrebbe solo informazioni sulle mutazioni patogene osservate nel singolo gene FBN1 sul cromosoma 15, ma conterrebbe informazioni su tutti i geni di tutte le 23 coppie di cromosomi che compongono il genoma dei pazienti con sindrome di Marfan.

Ciò implica che, per ogni paziente, il database passerebbe da una "lettera" a un "numero".[1] 3 miliardi di lettere che rappresentano il DNA di un intero genoma!

Se questo aumento del 3.000.000.000% del volume di informazioni disponibili nella banca dati era impensabile fino al 2014, oggi non lo è più, poiché i progressi tecnologici e bioinformatici consentono di ottenere informazioni genomiche con un costo di sequenziamento di circa 1.000 euro e un volume di dati di circa 300 gigabyte.

Per usare la metafora dell'osservazione delle galassie da parte del Il dottor Guillaume Smits nella seguente intervistaCon gli sviluppi tecnologici e bioinformatici degli ultimi anni, gli scienziati sono passati dal telescopio di Galileo al telescopio Hubble! Questo ha permesso il passaggio dalla genetica - lo studio dei singoli geni - alla genomica - lo studio di tutti i geni e delle loro interazioni.

È questo sviluppo che il professore Paul Coucke descrive come " rivoluzione tecnologica ".

Sono i vantaggi di questa "rivoluzione genomica" che vogliamo mettere a disposizione degli scienziati che studiano la sindrome di Marfan per consentire loro di comprendere meglio la malattia. Con l'ambizione che i terapeuti possano poi " informazioni e trattamenti migliori "i pazienti come spiega la professoressa Julie De Backer.

Addomesticare il genoma

La menzione del genoma alimenta molte fantasie che si combinano con quelle relative agli algoritmi che devono essere utilizzati per elaborare la straordinaria mole di dati che il genoma rappresenta.

Sebbene alcuni timori siano perfettamente legittimi, è importante distinguere i pregiudizi dai fatti. E la P101GM fa parte di questo tentativo di "addomesticare" il genoma.

Come menzionato dal Dr. Michel Verboogen, diverse iniziative in questa direzione stanno fiorendo in tutto il mondo. Tra questi, Islanda, Finlandia, Francia, Estonia, Canada, Cina, Stati Uniti, Dubai e Regno Unito. Una delle iniziative più ambiziose è il Progetto 100.000 Genomi Il programma britannico "Sindrome di Marfan", che mobilita i fondi statali per molte malattie rare - tra cui la sindrome di Marfan - per utilizzare il genoma a fini diagnostici e di ricerca.[2].

Mentre il progetto britannico è servito come fonte di ispirazione per la creazione del progetto Fondazione 101 GenomiSi differenzia da quest'ultimo per il fatto che, allo stato attuale, la sua azione si concentra sulla ricerca relativa alla sola sindrome di Marfan (P101GM) e che si basa esclusivamente su finanziamenti privati.

In Belgio, dal punto di vista istituzionale, il Centro federale di competenza per la sanità (KCE) ha pubblicato un rapporto all'inizio del 2018 in cui chiede un progetto pilota per comprendere meglio la tecnologia, i suoi costi e le sue implicazioni prima di seguire l'esempio delle nazioni che stanno facendo progressi nello studio del genoma.[3]. In questa fase, ci risulta che la KCE suggerisca che una tecnologia intermedia[4] e che si liberino risorse come priorità per l'oncologia nella fase di assistenza.[5] e di partecipare alla diagnosi delle malattie rare in generale. L'aspetto della partecipazione al progresso della ricerca, secondo le nostre attuali conoscenze, non è ancora pienamente considerato in questa fase.

Tuttavia, la riflessione sul genoma è intensa in Belgio e il Ministro della Salute ha chiesto alla Fondazione Re Baldovino di sondare l'opinione dei cittadini sul genoma. È in questo contesto che la Fondazione Re Baldovino ha accolto la nostra iniziativa, come spiegato da Sig.ra Patricia Lanssiers e Sig. Gerrit Rauws.

Grazie alla loro conoscenza del settore del genoma in Belgio, la Fondazione Re Baldovino ci ha suggerito di strutturare la nostra azione in modo che potesse essere replicata per altre malattie rare. Questo è ciò che abbiamo fatto creando il binomio 101 Genomes Fund e 101 Genomes Foundation, che ci permette di avviare progetti genomici per altre malattie rare facendo tesoro dell'esperienza acquisita con P101GM, come spiegato nel documento Professoressa Anne De Paepe.

Tutti gli interessati

Sempre nell'ambito della missione affidata dal Ministro della Salute, la Fondazione Re Baldovino ha recentemente pubblicato un'interessante brochure intitolata "La Fondazione Re Baldovino". Il mio DNA, tutti interessati? "[6].

Come suggerisce il titolo, questo opuscolo affronta la questione della responsabilità individuale per il genoma e la conseguente cittadinanza dell'umanità. Questo problema, affrontato anche da Maître Bruno Fonteynè particolarmente interessante.

Infatti, ogni individuo il cui genoma viene sequenziato contribuisce a una migliore comprensione del genoma umano e di come i geni che lo compongono interagiscono tra loro.

Ciò solleva domande sulla responsabilità di ogni individuo di partecipare a una migliore comprensione dell'umanità per guarire se stesso ma anche, eventualmente, per guarire gli altri.

Ne è un esempio la storia di Stephen Lyon Crohn che, in quanto portatore di una mutazione del CCR5era geneticamente immune alla maggior parte delle forme di virus dell'AIDS[7]. La scoperta casuale di questa mutazione e dei suoi effetti ha portato allo sviluppo di nuovi farmaci.[8].

La rivoluzione della genomica sta aumentando le possibilità di scoprire "nuove" malattie. geni supereroi "e di estenderlo al campo delle malattie rare come spiegato da Peter O'Donnell e Alisa Herero. Ovvero, scoprire geni modificatori la cui azione contrasta (o al contrario amplifica) l'effetto patogeno di un gene mutato che causa una malattia genetica[9].

In questo contesto, partecipare all'avventura del genoma è un po' come donare il sangue: può salvare la vita di qualcuno e può salvare anche la nostra.

La combinazione di dati genomici e fenotipici

Rimane un punto essenziale: la sola consultazione dei 3 miliardi di basi (lettere) che compongono i dati genomici è praticamente inutile dal punto di vista che ci interessa.[10].

Per essere veramente utili e consentire di stabilire corrispondenze scientifiche, i dati genomici devono essere abbinati a dati che descrivano nel modo più accurato, oggettivo e completo possibile i tratti biologici osservabili della persona il cui genoma è stato raccolto: si tratta dei dati fenotipici.

In concreto, nel caso della P101GM, è solo disponendo della coppia "dati genomici/dati fenotipici" che i ricercatori potranno cercare di scoprire a cosa corrispondono precisamente ciascun gene e/o ciascuna mutazione e le loro interazioni. E che quindi possono sperare di comprendere la grande variabilità dello spettro di disturbi della sindrome di Marfan - anche a partire da una mutazione identica - che al momento non riescono a spiegare come si osserva, in particolare, ricercatore Aline Verstraeten.

Queste conoscenze consentiranno un migliore monitoraggio e trattamento dei pazienti, come spiegato da Professoressa Catherine Boileau e risponderà a una preoccupazione delle famiglie dei pazienti espressa dal Presidente dell'ABSM, Signora Véronique Vrinds.

Protezione e anonimizzazione dei dati personali

I 3 miliardi di lettere che compongono i dati genomici sono incomprensibili per qualsiasi essere umano senza un'interfaccia adeguata. Inoltre, questi dati sono praticamente identici - quasi il 99% - per tutti gli individui appartenenti alla razza umana. In sostanza, è quindi difficile ritenere che questi dati condivisi da tutti siano dati personali in senso stretto. Non c'è dubbio, tuttavia, che l'equilibrio, annegato in un mare di lettere, è così specifico per noi che è semplicemente unico per ogni essere umano. L'accesso a questo equilibrio - e all'insieme da cui può essere isolato - deve quindi essere anonimizzato e protetto.

Anche i dati fenotipici sono delicati da trattare, in quanto si tratta di dati personali che di fatto corrispondono alle cartelle cliniche complete degli individui. Questi dati fenotipici devono quindi essere trattati con la stessa attenzione con cui viene trattata la cartella clinica di una persona che viene messa a disposizione dei ricercatori.

Pur garantendo la protezione del collegamento con i dati genomici.

Ci siamo circondati di un team di avvocati specializzati in questioni di protezione dei dati personali per mettere in atto un quadro giuridico che garantisca il trattamento sicuro dei dati dei pazienti nel pieno rispetto della legislazione vigente. Di seguito potrete leggere gli interventi di diversi membri del nostro team come : Michael Lognoul, assistente presso l'Università di Namur (CRIDS) Bruno Fonteyn, avvocato del foro di Bruxelles specializzato in questioni relative alle scienze della vita e Cécile Chabot, avvocato responsabile del recepimento del Regolamento generale sulla protezione dei dati (GDPR) nelle aziende.

Cosa facciamo e cosa non facciamo

Per comprendere la questione dell'accesso sicuro alla banca dati incrociata genomica/fenotipica che P101GM si propone di creare, è essenziale capire prima cosa facciamo e cosa non facciamo.

Nell'ambito di P101GM il Fondazione 101 Genomi si è prefissato il compito di finanziare :

  • Sequenziamento completo del genoma di 101 pazienti con diagnosi genetica di sindrome di Marfan utilizzando il gold standard (attualmente la tecnologia Illumina a copertura 60 (WGS 60x));
  • L'archiviazione di queste informazioni in tre formati (FastQ, BAM e VCF) per 10 anni;
  • La creazione di una piattaforma bioinformatica per incrociare i dati genomici con i corrispondenti dati fenotipici;
  • Il lavoro di integrazione dei dati fenotipici di 101 pazienti sul ;
  • Gestire l'accesso alla piattaforma ed eventuali collegamenti con altre piattaforme.

Nello stesso spirito della UMD-FBN1, la Fondazione non finanzia il lavoro di un singolo gruppo di ricercatori, ma fornisce una risorsa a tutti i gruppi di ricercatori del mondo che consente loro di ridurre sostanzialmente i costi di ricerca e di condurre più rapidamente le proprie indagini sulla sindrome di Marfan.

In parole povere, la ricerca scientifica sarà condotta a valle della piattaforma bioinformatica creata nell'ambito del P101GM. E questo è già un " Un grande aiuto! "alla ricerca come spiegato da Sig.ra Lauriane Janssensricercatore e presidente della Rete europea Marfan.

Accesso

I diversi livelli di accesso previsti saranno gestiti da una specifica Commissione per l'accesso.

Sulla base del modello GnomAD, sarà possibile effettuare una ricerca ad accesso libero sui dati genomici in formato grezzo senza alcun collegamento con i dati fenotipici.

L'accesso ai dati incrociati sarà reso disponibile a tutti i centri di ricerca che studiano la sindrome di Marfan su richiesta motivata.

Eventuali richieste di ricontatto di membri della coorte saranno inoltrate attraverso il Comitato di accesso.

Per incoraggiare l'industria farmaceutica a investire nello sviluppo di nuovi farmaci per le persone affette da sindrome di Marfan, sarà introdotta anche una forma di licenza di accesso sicuro che contribuirà a finanziare lo sviluppo dello strumento.

Ricerca parallela

Le indagini legate all'implementazione del P101GM hanno già portato alla luce alcuni elementi interessanti su cui l'équipe del dottor Guillaume Smits, alIstituto interuniversitario di bioinformatica di Bruxelles ((IB)²) sta lavorando e non vediamo l'ora che venga completato.

Le domande relative all'armonizzazione e all'oggettivazione dei dati fenotipici per alimentare il database ci hanno portato a contattare Grégoire Vincke della società Citomina per esaminare le possibilità che le tecniche algoritmiche potrebbero offrire per la registrazione delle misure aortiche dei pazienti e la loro evoluzione.

Abbiamo scoperto che la tecnica genetica più comune attualmente utilizzata in Belgio non consente una diagnosi genetica di Marfan in tutti i casi e che l'uso del Whole Genome Sequencing (WGS) potrebbe porre fine all'odissea diagnostica dei pazienti con questo problema. In generale, la nostra esperienza e quella di diverse famiglie ci porta a credere che l'uso della tecnologia WGS possa abbreviare significativamente l'odissea diagnostica.[11] oltre ad alimentare i programmi di ricerca. In questa prospettiva, speriamo di poter realizzare il P101GM e di mettere a disposizione delle autorità pubbliche competenti quanto avremo appreso per alimentare le loro riflessioni sull'uso del genoma.

È arrivato il momento...

Quando abbiamo scoperto il genoma e le esigenze dei ricercatori, ci siamo chiesti perché il modello che stiamo cercando di implementare con il P101GM non esistesse ancora. Quando presentiamo la P101GM, questa domanda viene posta quasi sempre. E non abbiamo ancora una risposta soddisfacente.

Una delle poche risposte che abbiamo ci è stata fornita da uno dei (tanti) medici che seguono il nostro bambino quando ci ha spiegato che c'erano tanti ostacoli[12] che gli unici veri progressi sono stati quelli compiuti dalle organizzazioni di pazienti.

Il nostro destino e quello dei nostri figli è nelle nostre mani. Se non lottiamo per loro e non aiutiamo i medici che cercano di curarli, nessuno lo farà.

Questo è ciò che Il professor Guillaume Jondeau ha, ci sembra, tradotto molto bene evocando la trasformazione " di un dramma in una forza creativa ". E questo è anche ciò che Signora Stéphanie DelaunayPresidente dell'Associazione Francese Marfans, sembra aver capito molto bene quando spiega che la P101GM è " un progetto unificante per le organizzazioni di pazienti "Marfan.

Nel suo commento all'articolo di Dessie e Laurens, Professor Bart Loeys conferma che non vede l'ora di iniziare perché: " La genetica ha subito una vera e propria rivoluzione tecnologica negli ultimi anni e "che secondo lui" è giunto il momento di utilizzare questa tecnologia per scoprire le spiegazioni genetiche delle variazioni cliniche tra i pazienti Marfan ".

L'obiettivo di F101G, attraverso P101GM, è aiutare i ricercatori come il professor Bart Loeys a far progredire il loro lavoro di 10 anni, domando il genoma e mettendolo al servizio dei pazienti affetti da malattie rare.

Il futuro rimane incerto e stimolante "come conclude DessieLa madre di Sam.

Romain Alderweireldt
Fondazione 101 Genomi

 

[1]       Le "lettere" in questione sono le famose basi nucleiche A (Adenina), C (Citosina), G (Guanina) e T (Timina) con cui è scritto il genoma.

[2]       L'ex primo ministro britannico David Cameron, il cui bambino, Ivan, soffre di una malattia rara, è stato uno dei promotori del progetto.

[3]       KCE, " L'uso del sequenziamento del genoma intero nella pratica clinica: sfide e considerazioni organizzative per il Belgio "Disponibile sul sito web di KCE all'indirizzo https://kce.fgov.be/en/the-use-of-whole-genome-sequencing-in-clinical-practice-challenges-and-organisational-considerations

[4]       Non si tratta di un sequenziamento completo del DNA (Whole Genome Sequencing), ma di un sequenziamento dell'RNA (Whole Exome Sequencing). Si tratta certamente di una risorsa interessante, ma purtroppo non corrisponde alla standard d'oro corrente.

[5]       Cioè, per aiutare a identificare la terapia più appropriata da utilizzare per trattare i pazienti.

[6]      Disponibile presso : https://www.kbs-frb.be/fr/Activities/Publications/2018/20180704PP

[7]      Leggi la storia di Stephen Lyon Crohn in " The Lancet " : https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(13)62279-5/fulltext.

[8]      Come ad esempio "maraviroc".

[9]      Interessanti sono i risultati del "Progetto Resilienza", che ha identificato 13 individui adulti apparentemente sani ma portatori di mutazioni patogene che avrebbero dovuto far sviluppare loro gravi malattie rare che normalmente si sviluppano nell'infanzia (CHEN R. et al., " L'analisi di 589.306 genomi identifica individui resistenti a gravi malattie infantili mendeliane ", Nature Biotechnology, 34, 531-538 (2016) doi:10.1038/nbt.3514, Ricevuto il 29 luglio 2015 Accettato il 12 febbraio 2016 Pubblicato online l'11 aprile 2016. Disponibile presso: https://www.nature.com/nbt/journal/v34/n5/pdf/nbt.3514.pdf ).

[10]      Tuttavia, le informazioni genomiche senza fenotipo possono essere utili in altre aree, come lo studio delle frequenze di mutazione nella popolazione (database di controllo), la storia delle migrazioni, l'analisi evolutiva, ecc.

[11]      Questa è anche l'osservazione fatta in Svizzera dal " Stiftung für Menschen mit seltenen Krankheiten | Fondazione per le persone con malattie rare "Al fine di effettuare una diagnosi affidabile nel più breve tempo possibile, il sequenziamento WGS è ora utilizzato di routine a Zurigo.

[12]      E la complessità del sistema istituzionale del nostro Paese non aiuterebbe, secondo questo professionista.

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