3A Aanestad IT-løsninger for skreddersydd medisin EHiN 2014

IT-løsninger for “skreddersydd medisin”Erfaringer fra genAP-prosjektet

Margunn Aanestad, Institutt for Informatikk, Universitetet i Oslo

Med takk til:Thomas B. Grünfeld, OUSHallvard Lærum, OUSDag Undlien, OUS

Innhold:

• HTS - ny teknologi i gensekvensering: – Nye muligheter og nye problemstillinger

• Hva vil kreves for å utnytte dette til å tilby mer «skreddersydd» behandling? – Basert på erfaringer fra GEnAP-prosjektet

• Ikke om skreddersydd kreft-behandling. Se:– Norwegian Cancer Genomics Consortium

(http://cancergenomics.no)– Storbritannia: «Stratified Medicine»

GenAP-prosjektet vs. andre prosjekter:

Forskning

Diagnostikk

Kimbane-mutasjoner

Somatiske mutasjoner

Nye mutasjoner

Cancer og immunologi(?)

Kjente mutasjoner

Cancer; terapi

Gensekvensering før og nå

• Human Genome Project (fullført 2003): – 13 år– $3 milliarder– Hundrevis av

forskningsgrupper• Nå (HTS):

– Noen dager– ~$1000– Én lab

4

200x humant genom

200x humant genom

PacBioPacBio

HTS output

Kostnader

• «Nasjonal analyse- og lagringsplattform for DNA-sekvensdata i helsevesenet»

• Tverrfaglig forskningsprosjekt støttet av Norges forskningsråd (VERDIKT-programmet)

• Samarbeid mellom OUS og UiO– OUS: Avd. for medisinsk genetikk, Stab IKT– UiO: Norwegian Sequencing Center, Inst. for

informatikk, USIT, Juridisk fakultet

genAP

Mål for genAP-prosjektet• Utforme plattform for å lagre og tilgjengeliggjøre data fra

sekvensering av hele pasientens arvemateriale– Automatisering av analyseprosess fra rådata til genetiske funn

• Sørge for sikker lagring og tilgangsstyring etter gjeldende lover og forskrifter– Støtte sikker formidling av genomdata nasjonalt– Behovskartlegging som innspill til revisjon av lovverk

• Støtte bruk av genetiske data i klinisk praksis ved å formidle tolkninger av dem– Prøve ut og tilpasse internasjonale innholdsstandarder for genetiske rapporter

for integrasjon i elektronisk pasientjournal.– Utvikle algoritmer for tolkning av genetiske funn innen diagnostikk og prognose,

behandlingsanbefalinger (farmakogenomikk) og prediktive tester (risiko for sykdom)

– Utvikle løsninger for formidling og presentasjon av genetiske funn til klinikere

Muligheter med HTS7

• Selekterte områder – DNA: enkeltgener/regioner

• Exom– DNA: proteinkodende områder (~1%)

• Transkriptom– RNA: aktive gener, uttrykksnivå, varianter

• Epigenom– DNA/kromatin: aktive og inaktive områder

• Helgenom– DNA: i prinsippet alt, inkludert mitokondrier

• Mikrobiom– Mikroorganismer i fordøyelsessystemet etc.

Høyere kom

pleksitetH

øyere kompleksitet

Potensiale• Diagnostikk:

– Mindre avhengig av forhåndshypoteser– Isolerte, dyre og tidkrevende gentester erstattes med én test– Enklere diagnose av sjeldne tilstander– Atypiske pasienter– Økt resolusjon av komplekse sykdommer– Genetisk “kalibrering” av andre undersøkelser (lab, EKG, EEG..)

• Prediktiv testing: – Identifisering av høyrisiko-individer– Medisinell intervensjon og livsstilsveiledning– Vevstyping: organdonorer, benmargsgivere etc.

• Farmakogenetikk: – Individuell tilpasning av behandling og medisinering– Utvikling av nye medisiner– Bedre effekt og færre bivirkninger

Visjon for «automatisert system»:

Genom-data

Hva er CYP3A5, CYP3A4 og POR?

CYP3A5 *1/*3CYP3A4 *18/*1bPOR *28/*28

Genetiker eller legespesialist kan finne ethvert gen bare ved å slå opp i en database

Hjelp til styring av behandling

Genom-data

Hvordan doserer jeg Marevan for akkurat denne

pasienten?

Et øyeblikkEt øyeblikk Bzzbzz.. CYP2C9..bzzbzz..

VCORKC1

Bzzbzz.. CYP2C9..bzzbzz..

VCORKC1

Bzzbzz.. CYP2C9*1..bzzbzz..VCORKC1*3

Enkelt eksempel

Almenpraktiker

Hjelp til diagnostikk

Genom-data

Er dette den arvelige formen

for kardio-myopati?

Et øyeblikkEt øyeblikk Bzzbzz.. MYH7..bzzbzz… TNNT2..TPM1…

Bzzbzz.. MYH7..bzzbzz… TNNT2..TPM1…

Bzzbzz.. MYH7..bzzbzz… TNNT2..TPM1…

Hei! Den varianten har jeg aldri sett før!Hei! Den varianten

har jeg aldri sett før!Hjelp meg,

Kjære genetiker!Hjelp meg,

Kjære genetiker!

Hm… stoppkodon midt i myomet, det kan umulig gå bra

Hm… stoppkodon midt i myomet, det kan umulig gå bra

Ok. Ok.

Noe mer komplisert eksempel

Almenpraktiker

Genetiker

Status

• Sikker infrastruktur hos USIT: TSD etablert– Sikker lagring og tilgang til tungregneressurser

• Presentasjon av genetiske funn til klinikere:– Prototype evaluert (Lærum m.fl., JAMIA 2014),

farmakogenetikk

• Forbedre kapasiteten på tolkning av funn– Delvis automatisering/bedre IT-støtte i

tolkningsprosessen

SeqScape

MS Access

Worksheet (print + manual write)

Mutation tableAlamut

Alamut/browser

Alamut/browser

Browser

AlamutBrowser

Answer/addas class 1

NO

Mutation table(now: print - soon: text

àExcel)

Resequence

Evaluate Sanger

Bad ampliconsCommon variants

(het/hom)New variants

(het/hom) Preclassified<1 year ago?

YES

On shortlist:common?

NO

YES

Lookup inAccess DB

Sanger Sequences Answer withsame classification

Specific to Sanger

Variant DB:classification

+ ref

Artefacts:QV<30 and/or

electropherogram

Project: 4samples

Template: 30bp intron

Paper archive

Technical

Nomen-claturecheck

Report

Evaluatefrequency:

>~10%(lower for genot)

Common?

YES


Inheritance mode?

Homozygous?(hemizygous?)

Heterozygous?

Add note(+class 1)

YES/NO

Dominant

Recessive

YES/NO

Evaluatefrequency:

>1%(lower for genot)

dbSNP

YES

YES

Add note(+class 2)

Possible carrier/comp heteroz

NO

Report

LOVDGoogleOther

BIC

Reported? YES

Evaluate trustedmutation DB

Classified?

Evaluate non-trustedmutation DB/search

VUS/NO

Find references

PubMed

BRCA1/BRCA2?

YES

NO



Neutral

Pathogenic

NO

Report

Segregation

Evidence fromreference

Sequencing >90% of genesequenced?

Consistent w/conclusion?

Abnormal proteinfunction?

Abnormal splicing/expression?

Protein

RNA

+5

Reference<10 years?

-5

+2

-1

+2

-1

0

-1

0

-1

Ref age

SUM >0(good reference)?

Add note(+ class 3)

YESAdd note

(+ class 4)

Add note(+ class 2)

Classification?

>1 independentgood refs?

Classification?

YES


NO

NO

VUS

Neutral

Pathogenic

Report

Neutral

Pathogenic

VUS/conflicting

YES

NO

YES

YES

YES

YES

NO

NO

NO

NO

Report

PolyPhen-2SIFT

SSFLMaxEntScanNNSPLICE

HSF

Mutation type?

Last exonimportant?

+/- 2 bp from exon?

Frameshift

Missense

Any(splice site)

Nonsense>50 bp 5' of

intron?


Check splice predictionNO

YES

3/4 predict change? Add note(+class 2)

NO

Check pathogenicityprediction

YES

SNPs3D

YES

Same for all prog?

Predictedpathogenic?

NOYES

Add note(+class 3)

YES

NO

NO

NO

In last protein-encoding exon?

YES

NO

Note: + class 21 good reference

Note: + class 41 good reference

Pat DBExtract var Pat predFreqinher

Answer withsame classification

Answer: class 1common

Answer: class 1documented

Answer: class 4crucial site

Note: Possible carrier

Note: + class 3bad reference


Note: + class 3non-conclusive

reference(s)

Note: + class 3predicted splice site

change

Note: + class 2no predicted splice site

change

Note: + class 2missense predicted non-

pathogenicby all

Note: + class 3missense predicted

pathogenic atleast onceOther class 4/5

found?

Note: + class 33'-end nonsense/

frameshift

Note: +class 2recessive +

heterozygous

Note: +class 1dominant + homozygous

Evaluate other sequencevariants same gene

Note: Possiblecomp heterozYES

Class 3/4/5?

YES

Evaluate downstreamanalyses

NO

Answer: class 2

Eval ref



Note: problem areas oftenvisible as present in all 4

samples, but notregistered

With sufficientpopulation size; not a

patient pop

Latest dbSNP build notin Alamut, checks web if

variant not found

With sufficientpopulation size; not a

patient pop

Always check BIC

Note: in addition toinheritance, frequency cut-off

should be based onprevalence data and/or

frequency of knownpathogenic variants (adjusted

for each gene/diagnosis)

Note: X-linkedinheritance is a thirdpossibility for other

cases (esp. forgeneral genetics)

Also possible:HGMD Pro,IARC, other

LSDBs

Note: choice ofprograms subject to

discussion

BRCA2...

NMD.

Sample loading and QC

Frequency and inheritance External

databases

References

Pathogenicity prediction

Final evaluation and report

Matching against in-house DB

Kartlegging av tolkningsprosess:

Redesign av IT-løsninger i bruk

Gene Variant (HGVS) Source Reference(s) Previous evaluations? High quality evidence?

Hide completed

BRCA1 c.38T>C HGMD Pro, LOVD

Van Hausen et al 2012 PMID: 23709336

-

BRCA1 c.38T>C HGMD Pro Elsing et al 2011 PMID: 22904364

-

BRCA1 c.376A>G HGMD Pro Vindaloo et al 2013PMID:23934762

For BRCA1 c.1275C>T:mceike, 12.08.2013. View

BRCA1 c.483T>G Manual: mceike

Mansanaar et al 2011PMID:22334712

-

BRCA1 c.1435C>G HGMD Pro Vindaloo et al 2013PMID:23934762

mceike, 12.08.2013. Yes, pathogenic

Evaluate

Evaluate

Evaluate

Evaluate

Edit

Perform additional query

Add reference

PMID First authorOR

Year

Title

Add

Journal

Choose gene…

Choose variant…

References

References - evaluate

Category YES NO Score

Reference evaluation

Evaluation

Variants with reference hits

External DBFrequencyVarDB Prediction

RelevanceIs reference relevant?

Selected reference: Van Hausen et al 2012 (PMID:23709336)

Variant: BRCA1 c.38T>C

+5

+5

…

…

0

0

Protein

RNA

Gene coverage

Age of evidence (auto)

SegregationConsistent with conclusion?

Abnormal protein function?

Abnormal splicing/ protein expression?

>90% of gene sequenced?

Reference <10 years?

Variant BRCA1 c.38T>CHigh quality evidence count

SUM

Conclusion:High quality evidence?

YES NO

0

SUGGESTED

Additional comments

IRRELEV/VUS

Finish

ConclusionDoes reference sup-port pathogenicity?

0

PATHOGENIC

NEUTRAL

More complex topics get pop-up help with link to full documentation

Choose gene… Scholar

Choose variant…

PubMed (opens in browser)

When unchecked: evaluation options dimmed

If selecting other than suggested - prompt for confirmation and to fill in comment

Automatically fetched from reference details

If NO/VUS: all remaining evaluation points greyed out, no score given. Suggest “IRRELEVANT”

Sample 000001A loaded | Gene panel: Breast and ovarial cancer v1.0 | Test: Full

Sample

Pop-up instead of right pane

VUS

Overwiew of modules in the genAP system

Nye problemstillinger med HTS

• Helgenom sekvensert en gang -> livslang lagring i nasjonal database?

• Metodeutvikling: – referansemateriale (normaldatabase)

• Anonymisering/re-identifiserbarhet• Gråsoner: Forskning/behandling• Uforutsette funn/«retten til å ikke vite»

Skreddersydd medisin

• Vi vil trenge : – Mer kunnskap– Kompetanse/kapasitet– Oppdatert regulering og styring– IT-løsninger

• Nasjonal utredning av persontilpasset medisin– Anbefaler innføring for kreft, sjeldne arvelige

tilstander og infeksjonssykdommer– Les mer i sluttrapport (høringsutkast på HSØs sider)

3A Aanestad IT-løsninger for skreddersydd medisin EHiN 2014

Healthcare

Transcript of 3A Aanestad IT-løsninger for skreddersydd medisin EHiN 2014