Clinical application of next-generation sequencing for the diagnosis of suspected renal disease

Abstract

Recent development of genetic diagnosis, including next-generation sequencing (NGS) evolved spectacularly, it has broadened diagnostic opportunities for unrecognized diseases as providing single-step analysis for the targeted numerous genes simultaneously. In many of renal disorders, clinical symptoms or laboratory findings are nonspecific for the diagnosis even after a renal biopsy that can hamper treatment modality. Understanding genetic causes of undefined clinical phenotypes and heterogenous symptoms can be helpful to determine therapeutic strategies and improving prognosis of the diseases. To identify the genetic background of renal disorders, NGS panel was designed and tested to patients with non-specific nephrogenic symptoms to confirm the diagnosis and to evaluate the efficacy of NGS panel test as a diagnostic tool. Methods: In total, 30 patients with suspected inherited renal disease were tested using a NGS panel including 167 genes those were known to be associated with kidney disease, as well as diseases originating in other organs that may present with common symptoms of kidney disease. Results: Thirty patients underwent NGS panel test due to different reasons such as urinalysis abnormalities, cystic kidney disease detected through imaging studies, steroid-resistant nephrotic syndrome, renal failure and electrolyte imbalance with/without metabolic acidosis. We detected 16 pathogenic or likely pathogenic variants of 14 different genes in nine patients and 142 variants of unknown significance (VUS) of 70 genes in all patients. Final molecular diagnostic rate in the study group was shown to be 46.7 % (14/30) and they were diagnosed as follows; 5 patients with electrolyte imbalance were including Bartter syndrome(2), Gitelman’s syndrome(2) and chloride secreting diarrhea(1) and 5 patients with isolated hematuria or hematuria and proteinuria were all diagnosed as Alport syndrome. Five patients who referred with a cystic kidney were 4 cases of the autosomal dominant polycystic kidney (ADPKD) and 1q36 deletion syndrome (1). Ten patients (33.3%) were clearly matched between the initial clinical impression and molecular diagnosis. Conclusions: Based on the results of this study, NGS panel testing showed the possibility as a comprehensive and fast diagnostic tool for differential genetic diagnosis of various kidney diseases. Especially, this testing method is very advantageous for noninvasive in-depth diagnosis even when compared with renal biopsy. Accurate and comprehensive interpretation followed by extensive NGS analysis, including CNV detection, will help to increase the diagnostic yield of this technique.

배경: 신장 질환의 특성상 진단이 늦어질 경우, 영구적이고 비 가역적인 신장 기능의 손상으로 이어져 조기에 정확한 진단을 하는 것이 필수적이다. 하지만 다양한 원인에 의해 신장 질환이 발생되는 것에 비하여, 대부분 비 특이적이고 공통적인 증상을 보이는 경우가 대부분이고 이 또한 early stage에는 무증상 이거나 경한 증상만 나타날 수 있어 진단 자체가 늦어지는 경우가 많다. 이에 본 연구는 신장 질환 관련 증상을 가진 환자들에서 시행된 NGS panel test의 결과를 수집, 분석해 봄으로써, 추후 대상군 환자들에게 NGS panel test의 진단적 tool의 하나로써의 가능성을 확인해 보고자 한다. 연구방법: 신장 관련 증상의 유전적 원인 확인을 위해 시행되었던 30명 환자의 NGS 결과 및 결과와 연관된 임상 증상, 결과를 수집하여 분석하였다. 본 NGS panel에는 신장 질환 환자에서 나타날 수 있는 증상들을 보일 수 있는 질환과 관련된 167개의 유전자가 포함되었다. 결과: 30명의 환자에서 NGS 패널 검사를 시행한 원인으로는 각각 소변검사 결과 이상 (11), 영상 검사 이상 (10), 스테로이드 저항성 신 증후군 (2), 불명확한 원인의 신기능 부전 (2), 전해질 불균형 (5) 이었다. 16명의 환자의 14개의 각각 다른 유전자에서 9개의 pathogenic or likely pathogenic 변이가 발견되었다. 본 검사를 통한 최종 질환 진단율은 46.7 % (14/30) 었으며, 진단된 질환은 각각 전해질 불균형을 보였던 환자군에서는Bartter syndrome(2), Gitelman syndrome(1), chloride secreting diarrhea(1)이었고, 영상 검사상 이상 소견을 보였던 환자군에서는 우성 다낭신(4) 과1q36 미세결실 증후군 (1) 이었으며, 혈뇨를 주소로 검사한 환자군에서는 Alport syndrome (5) 이었다. 총 10명 (33.3%)의 환자에서 NGS검사 시행전의 임상적 의심 질환과 최종 진단이 일치하였다. 결론: 본 연구를 통해 신장 관련 증상을 보이는 환자군에서 추후 진단적 목적의 검사로써의 NGS 검사의 가능성을 확인해 볼 수 있었다.