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Secuenciación completa genómica o exómica: ventajas e inconvenientes

Sabemos que el genoma, en su definición más amplia, es el conjunto de la información genética de un organismo. Provee de toda la información necesaria para que un organismo pueda funcionar. Tras la secuenciación del genoma humano, hubo cierta decepción, pues el número de genes identificados que codificaban para proteínas era mucho menor de lo esperado. Alrededor de 21.000 genes, que correspondían a un 2% del DNA total de un ser humano, fueron identificados. Este número de genes es incluso inferior que en organismos mucho menos complejos como la pulga de agua o la planta vid. Entonces, ¿cuál es el origen genético de la complejidad del ser humano?, ¿está relacionado con ese 98% de DNA que no codifica para proteínas y que, inicialmente se denominó DNA basura? Efectivamente, esta parte del DNA “no codificante” incluye regiones fundamentales para la regulación de la expresión de los genes codificantes e incluso son causantes de gran parte la diversidad proteica. En el DNA, las secuencias que codifican para proteínas están interrumpidas por regiones no codificantes llamadas intrones. El RNA mensajero, que surge de copiar un gen de DNA (transcripción), madura y los intrones son eliminados por la acción de enzimas específicos (splicing). Las regiones codificantes (exones) son entonces empalmadas generando un RNA mensajero maduro cuya secuencia corresponde ya directamente a la secuencia de aminoácidos de la proteína. Estos exones podrían empalmarse en diferente orden (splicing alternativo) dando lugar a proteínas distintas en función del tipo celular, estado metabólico o fase del ciclo celular. Por tanto, este “barajado de exones” es la mayor, que no la única, fuente de diversidad proteica (y por tanto funcional) del ser humano.

Como ya hemos sugerido previamente, una de las funciones más importantes de este DNA no codificante es la regulación de la expresión del DNA codificante. Los genes codificantes de proteínas tienen regiones flanqueantes (no codificantes) que intervienen en la regulación de su expresión de diferentes maneras. Además, existen genes cuya transcripción produce RNAs, que nunca serán traducidos a proteínas, y que tienen una función reguladora interviniendo a diferentes niveles del proceso de expresión génica (miRNAs, snRNAs…). Toda esta información nos sugiere que los efectos de una alteración genética o epigenética fuera de una región codificante pueden ser tan importantes como una mutación en un exón, como ya se ha observado en múltiples casos. Por ejemplo, las mutaciones en el promotor del gen TERT asociadas con el melanoma familiar o la pérdida del elemento regulatorio intrónico en MGAT4C relacionado con un incremento de riesgo en cáncer de próstata.

En diagnóstico genético una de las técnicas más utilizadas es la secuenciación, la cual nos permite analizar la composición y orden de los nucleótidos (A, T, C y G) de una región o regiones del genoma. Nos permite así detectar alteraciones genéticas o epigenéticas. Desde hace unos años, existe un debate entre científicos si, en diagnóstico genético, es más coste-efectivo una secuenciación del genoma completo o una secuenciación del conjunto de exones o exoma.

La secuenciación del exoma completo o “whole exome sequencing” (WES) se centra solo en las regiones que codifican específicamente para proteína, representando menos del 2% del genoma.

  • Gracias a que solo se estudia una pequeña parte del genoma, los exomas pueden ser secuenciados más rápido y con una profundidad mayor (entendiendo como profundidad, el número de veces que un nucleótido es secuenciado) por un menor coste que WGS. Si un nucleótido es secuenciado más veces, la sensibilidad y precisión de los datos obtenidos será mayor. Además, con WES se reduce el almacenamiento de datos (5.6 Gb frente a los 90 Gb necesarios para WGS) y el coste del análisis de los mismos.
  • La profundidad de secuenciación puede ser mayor y con un coste reducido usando paneles de secuenciación con un número específico de genes o regiones codificantes relacionados con un incremento del riesgo de padecer la enfermedad. Por ello, se usa a menudo en clínica para el diagnóstico o en terapias puesto que se obtiene información precisa a bajo coste. Un ejemplo sería el panel de 26 genes myBRCA HiRisk relacionado con el incremento de riesgo de padecer cáncer de mama y ovario.

A pesar de las ventajas que ofrece el WES, hay otros aspectos que hacen que la balanza se incline hacia el WGS:

  • Con WES la cobertura de secuenciación no es uniforme puesto que, se requieren sondas específicas para los exomas en concreto, generándose regiones con mucha cobertura o “zonas calientes” y regiones con muy poca cobertura por lo que se pierde información. En el caso de la WGS, se obtiene una cobertura más uniforme permitiendo la secuenciación de variantes en intrones, en promotores o en miRNAs, entre otros. Éstas son zonas muy densas que dificultan el diseño de sondas específicas en la WES.
  • Otro beneficio de la WGS es que no tiene límite de longitud de lectura. Esto es, que las sondas que se diseñan para WES son menores de 120 nucleótidos y, como consecuencia, todo lo que sea más largo de lo citado anteriormente, se va a perder. En WGS, al no tener límite de lectura, se puede secuenciar variaciones en el número de copias (CNVs), reordenamientos y otras variaciones estructurales que son importantes en estudios de cáncer.

La profundidad de secuenciación es importante pero la probabilidad de encontrar nuevas alteraciones genéticas o epigenéticas aumenta cuanto mayor es la uniformidad de la cobertura de secuenciación. Con WES, la sensibilidad y precisión es mucho mayor que en WGS, pero no permite detectar variantes en regiones no codificantes del genoma lo que, como hemos comentado, es importante para el conocimiento del origen genético de muchas enfermedades. Si a esta “pérdida de información” que se produce en la WES, le sumamos la mejora de las plataformas que permiten una WGS rápida y los avances tecnológicos que están permitiendo reducir los costes técnicos, la balanza se está decantando cada vez más por la WGS sin obviar las ventajas de la WES para casos específicos.

 

Artículo escrito por Sonia Company Hernández

 

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