NIPT - UCLL

NIPT
Niet-invasieve prenatale test
in een genetisch laboratorium
Kris Van Den Bogaert
Centrum voor Menselijke Erfelijkheid
Leuven, België
avondseminarie UCLL, 28 april 2016
NIPT: alternatief voor combinatietest,
Belang
vanechografische
prenataal opvolging
onderzoek
mits goede
46,XX of 46,XY
Normaal karyotype:
46 chromosomen
Trisomie 21
Down Syndroom
Trisomie 21
(Down Syndroom):
47 chromosomen
1/700 geboortes
NIPT: alternatief voor combinatietest,
Belang
vanechografische
prenataal opvolging
onderzoek
mits goede
46, XX of 46, XY
Trisomie 21
Down Syndroom
Trisomie 18
Edwards Syndroom
Trisomie 13
Patau Syndroom
1/700 geboortes
1/6.000 geboortes
1/16.000 geboortes
NIPT: alternatief voor combinatietest,
Prenataal
onderzoek
mits goede
echografische
opvolging
eerste trimester
tweede trimester
Vlokkentest
vanaf 11 weken
derde trimester
INVASIEVE TEST
ECHOGRAFIE
(incl. nekplooimeting)
Amniocentese
vanaf 15 weken
NIPT
SCREENING
1e
dag
menstruatie
Combinatie
test
18e-22e week
echografie
11e-13e week
echografie
0
4
8
12
16
20
30e-34e week
echografie
24
28
32
36
40 weken
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
mits goedeRisicobepaling
echografische opvolging
(1) niet-invasief: nekplooimeting (echografisch)
eerste trimester
tweede trimester
derde trimester
1e dag
menstruatie
Nekplooi
18e-22e week
echo
11e-13e week
echo
0
4
8
12
16
20
30e-34e week
echo
24
28
32
36
40 weken
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
mits goedeRisicobepaling
echografische opvolging
(2) niet-invasief: combinatie screening
eerste trimester
tweede trimester
derde trimester
Combinatietest
Maternele
leeftijd
Bloed
parameters
Nekplooi
18e-22e week
echo
11e-13e week
echo
0
4
8
12
16
20
30e-34e week
echo
24
28
32
36
40 weken
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
mits goedeRisicobepaling
echografische opvolging
(3) Invasief: chorion vlokken staal (CVS)
eerste trimester
tweede trimester
derde trimester
Chorion Vlokken
Staal
1e dag
menstruatie
CVS
~12 weken
transcervicaal
18e-22e week
echo
11e-13e week
echo
0
4
8
12
16
20
transabdominaal
30e-34e week
echo
24
28
32
36
40 weken
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
mits goedeRisicobepaling
echografische opvolging
(4) Invasief: Amniocentese
eerste trimester
tweede trimester
derde trimester
Amniocentese
Vruchtwater
~15 weken
1e dag
menstruatie
18e-22e week
echo
11e-13e week
echo
0
4
8
12
16
20
30e-34e week
echo
24
28
32
36
40 weken
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
Prenatale
genetische
testing
mits
goede echografische
opvolging
Chorion villus staal
~ 12 weken
Amniocentese
~ 15 weken
Origine chorion villus cellen = PLACENTA
Origine amniocyten = FETUS
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
Conventionele
karyotypering
mits
goede echografische
opvolging
Chorion villus cellen
Conventionele karyotypering
celkweek
Amniocyten
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
FISHmits
– fluorescent
in situ opvolging
hybridisation
goede echografische
FISH – Fluorescent in situ hybridisation
Chorion villus cellen
Conventionele karyotypering
Celkweek
Amniocyten
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
FISHmits
– fluorescent
in situ opvolging
hybridisation
goede echografische
Fetal DNA
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
FISHmits
– fluorescent
in situ opvolging
hybridisation
goede echografische
Interfase
Trisomie 21
ArrayNIPT:
Comparative
Genome
Hybridisation
alternatiefRisk
voor
combinatietest,
Personal
Assessment
mits
goede
echografischekaryotypering)
opvolging
(array
CGH,
moleculaire
FISH – Fluorescent in situ hybridisation
Chorion villus cellen
Conventional karyotypering
Celkweek
Amniocyten
Array CGH – moleculaire karyotypering
Foetaal DNA
ArrayNIPT:
Comparative
Genome
Hybridisation
alternatiefRisk
voor
combinatietest,
Personal
Assessment
mits
goede
echografischekaryotypering)
opvolging
(array
CGH,
moleculaire
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
Prenatale
genetische
testing
in Leuven
mits goede
echografische
opvolging
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
Nieuwe
uitdagingen
mits goede
echografische
opvolging
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
Consortium
8 genetische
centra
mits goede echografische
opvolging
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
National
consensus guidelines
mits
goede echografische
opvolging
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
Prenatale
screening
versus
diagnose
mits goede
echografische
opvolging
eerste trimester
tweede trimester
derde trimester
Chorion villus
staal
1e dag
menstruatie
Amniocentese
18e-22e week
echo
Combinatie
test
0
4
8
12
16
20
30e-34e week
echo
24
28
32
36
Screening
Combinatietest
CVS
Amniocentese
Wie?
Alle zwangeren
Hoog risico
Hoog risico
Wanneer?
vanaf 11 weken
vanaf 11 weken
Resultaat (TAT)?
Accuraatheid?
Risico?
1-2 dagen
Diagnose
1-4 weken
vanaf 15 weken
1-4 weken
Sens. 83% ~ Spec. 95%
~100%
~100%
geen
1-2% miskraam
0,5% miskraam
40 weken
NIPT: alternatief voor combinatietest,
Niet-invasieve
prenatale
test
mits
goede echografische
opvolging
eerste trimester
tweede trimester
Vlokkentest
vanaf 11 weken
derde trimester
INVASIEVE TEST
ECHOGRAFIE
(incl. nekplooimeting)
Amniocentese
vanaf 15 weken
NIPT
SCREENING
1e
dag
menstruatie
Combinatie
test
18e-22e week
echografie
11e-13e week
echografie
0
4
8
12
16
20
30e-34e week
echografie
24
28
32
36
40 weken
NIPT: detectie van celvrij DNA in materneel plasma
1997
Bron: Apoptotische trofoblast cellen (placenta)
Beperking: Confined placental mosaicism (CPM)
NIPT: alternatief voor combinatietest,
Basisprincipe
vanopvolging
NIPT
mits goede
echografische
celvrij DNA
cell-free DNA (cf DNA)
= 5-20% foetaal + 80-95% materneel
NIPT in UZ Leuven
Genetische
Counseling
Bloedafname
‘Streck’ tubes
Plasma isolatie
Celvrij DNA
extractie
moeder + foetus
Risicobepaling
Hiseq 2500
sequencing
Bioinformatica
Data analyse
Library
preparation
NIPT in UZ Leuven
Genetische
Counseling
Bloedafname
‘Streck’ tubes
Plasma isolatie
Celvrij DNA
extractie
moeder + foetus
NIPT in UZ Leuven
Genetische
Counseling
Bloedafname
‘Streck’ tubes
Plasma isolatie
Celvrij DNA
extractie
moeder + foetus
Library
preparation
Library preparation
Fragment analyse
Normaal patroon van celvrij DNA:
Cell-free DNA
Maternele contaminatie:
Cell-free DNA
Cell-free DNA
Fragment analyse
Normaal patroon van celvrij DNA:
Cell-free DNA
Maternele contaminatie:
Cell-free DNA
Cell-free DNA
NIPT in UZ Leuven
Genetische
Counseling
Bloedafname
‘Streck’ tubes
Plasma isolatie
Celvrij DNA
extractie
moeder + foetus
Risicobepaling
Hiseq 2500
sequencing
Bioinformatica
Data analyse
Library
preparation
NIPT: alternatief voor combinatietest,
analyseopvolging
mits goedeNIPT
echografische
NIPT: alternatief voor combinatietest,
analyseopvolging
mits goedeNIPT
echografische
NIPT: alternatief voor combinatietest,
analyseopvolging
mits goedeNIPT
echografische
Genomic Representation
Ruwe data
Data processing
NIPT: alternatief voor combinatietest,
NIPT
analyse:
statistische
Z-score
mits goede
echografische
opvolging
Data analyse d.m.v. statistische Z-score
Z-score:
normaal of abnormaal resultaat
hoe normaal is dit chromosoom van de patiënt t.o.v. normale referentiechromosomen
Gemiddelde
Patiënt
Normale populatie
21
Abnormaal
Normaal
21
Abnormaal
Chr. 21
Normaal
21
Normaal
21
21
21
NIPT genoomwijd profiel per patiënt
Data analyse: nieuwe parameters
Analyse parameters per chromosoom:
1. Z-score: vergelijkt een bepaald chromosoom van de patiënt met de normale populatie
De Z-score per chromosoom houdt geen rekening met:
° de kwaliteit van het staal
° de variatie van de verschillende chromosomen
° de variatie binnen 1 bepaald chromosoom
⇒ Nieuwe parameters nodig die hier wel rekening mee houden
⇒ Reductie van aantal vals positieve/negatieve resultaten
Staal GC008216 (SD = 0,58)
Staal GC007853 (SD = 3,71)
NIPT:
alternatief
combinatietest,
Verbeterde
NIPTvoor
analyse
(UZ Leuven):
mits
goede
echografische
opvolging
Telling
stukjes
van het chromosoom
Verbeterde NIPT analyse (UZ Leuven):
Telling stukjes van het chromosoom
Extra parameter voor
variatie binnen 1 bepaald chromosoom
Chromosomale afwijking (vb. trisomie 21)
Sub-chromosomale afwijking (vb. maternele CNV)
Vals positieve monosomie 22 m.b.v. traditionele analyse
Door tellen van chromosoomstukjes wordt dit gecorrigeerd
Data analyse: nieuwe parameters
Analyse parameters per chromosoom:
1. Z-score:
hoe normaal is dit chromosoom van de patiënt t.o.v. de normale populatie
De Z-score per chromosoom houdt geen rekening met:
° de kwaliteit van het staal
° de variatie van de verschillende chromosomen
° de variatie binnen 1 bepaald chromosoom
2. Kwaliteit van het staal
3. Variatie van de verschillende chromosomen
hoe normaal is dit chromosoom van de patiënt t.o.v. andere chromosomen van dezelfde patiënt
1
15
6
21
2
13
22
10
4. Variatie binnen 1 bepaald chromosoom
Validatiestudie
Bayindir et al., EJHG, 2015
Retrospectieve studie:
296 stalen (inclusief 8 duplicaten en 3 triplicaten)
geen vals positieven noch vals negatieven voor trisomie 18 en 21
N = 17
N = 7 (foetaal)
N = 1 (foetaal mozaiek)
N = 2 (foetaal)
N = 1 (placentaire mozaiek)
Implementatie &
ISO 15189 Accreditatie
November 2013
Toepassing genoomwijde NIPT analyse
in diagnostisch labo binnen een genetisch centrum
Diagnostische ervaring: ~10,000 stalen
Reden van aanvraag
16%
2%
Combinatietest:
risico >1/300
Combined
risk (>1/300)
Familialehistory
voorgeschiedenis
Familial
54%
28%
Materneleage
leeftijd
jaar)
Maternal
(>36(>36
years
old)
Personal
Ongerustheid
request
Risk Group
High Risk
Low Risk
45
46
Follow-up Invasive Testing
Confirmed
Not Confirmed No Follow-up
a
1 (AF)
22
68
Aneuploidy Type
Total Number
Observed
Trisomy 21
91
Trisomy 18
25
11
14
17b
Trisomy 13
6
2
4
3c
1 (AF)
a
7
3
1 staal: 5-6% mozaïek trisomie 21 in amniosvocht. Analyse van biopsie van de placenta toont 55% mozaïek trisomie 21.
1 staal normaal in amniosvocht en 77% mozaïek trisomie 18 in chorionvlokken (placenta).
c 70% mozaïek trisomie 13 in chorionvlokken (placenta).
b
Geen vals negatieve resultaten gemeld op > 6500 geboortes
Genoomwijde analyse laat,
naast de detectie van trisomie 21, 18 en 13,
ook detectie van andere chromosoomafwijkingen toe
Genoomwijde analyse:
detectie van andere afwijkingen
Aneuploidy Type
Total
Number
Observed
Risk Group
Follow-up Invasive Testing
Trisomy 1
Trisomy 2
Trisomy 7
Trisomy 8
Trisomy 9
Trisomy 10
1
2
6
2
1
1
High Risk
1
2
2
2
1
1
Low Risk
Confirmed
4
1 (fetal)a
1 (CPM)
Not confirmed
Trisomy 15
2
1
1
1 (fetal)b
Trisomy 16
Trisomy 20
Trisomy 22
Monosomy 19
Monosomy 20
Monosomy 22
6
1
4
1
1
1
2
1
2
1
4
1 (fetal)c
1 (CPM)
4 (AF)
1
2
1 (fetal)d
1 (AF)
2
1 (not reported)
4 (AF)
2 (AF)
No Follow-up
1 (not reported)
1
1
1 (miscarriage)
1
1
1
1
1 (AF)
1 (AF)
a
Foetale mozaïek trisomie 2 (5-13% van de cellen).
Foetale mozaïek trisomie 15 (en UPD 15).
c Foetale mozaïek trisomie 16 (7% van de cellen; 75% van de placentaire cellen).
d Foetale mozaïek trisomie 22 (40% van de cellen).
b
Beperking van NIPT: Confined Placental Mosaicism (CPM) als oorzaak van biologische vals+
MAAR: CPM stelt wel risico voor o.a. intra-uteriene groeiretardatie door abnormale placenta
Confined placental mosaicism
PLACENTA
(Vlokkentest)
(NIPT)
FOETUS
(Vruchtwaterpunctie)
Celvrij DNA
Interessante casus
NIPT
Age: 40y
T21 risk: 1/19
XX,
No T21
No T18
No T13
Foetale mozaïek trisomie 16
NIPT
CGH
(Amniotic fluid)
FISH
Direct FISH
7% T16
Low grade
Mosaic T16
Foetale mozaïek trisomie 16
NIPT
CGH
Low grade
Mosaic T16
(Amniotic fluid)
Zwangerschap verdergezet, maar nauw opgevolgd
Gedetailleerd echografisch onderzoek - normaal
Baby ontwikkelt zich normaal
Belang van echografische opvolging en genetische counselling
Placentair materiaal postpartum
CGH
(Placenta)
Mosaic T16
>75%
Detectie van kleinere (segmentele) foetale afwijkingen
Segmentele afwijkingen in de foetus
Partiële trisomie 18
Fetal segmental abnormality
Partial Trisomy 18
Isochromosome 18
Unbalanced translocation t(15q;Xq)
Cri-du-chat syndrome
10qter deletion (2,75 Mb)
Partial Monosomy 9
Partial Monosomy 18
Partial Trisomy 7
Partial Trisomy 9
Total
Number
Observed
2
1
1
1
1
1
1
1
1
Risk Group
High Risk
2
1
Low Risk
1
1
1
1
Follow-up Invasive Testing
Confirmed
1
1
1 (reported as partial T15)
1
1
Not confirmed
1 (AF)
No Follow-up
1 (AF)
1
1
1
1 (not reported)
1 (AF)
1
Partiële trisomie 18
CGH
History of T21
T21 risk: 1/55
Abnormal US
Partial fetal Trisomy 18
Size: 28,9Mb
Isochromosoom 18
NIPT
T21 risk: 1/85
Isochromosoom 18
NIPT
T21 risk: 1/85
TB
FISH
External hospital
Cutured
amniocytes
CGH
Cutured
amniocytes
In uitvoering
Interessante casus
NIPT
T21 risk: 1/94
XX,
No T21
No T18
No T13
Ongebalanceerde translocatie?
NIPT
Cri du Chat syndroom
NIPT
CGH
(Amniotic
fluid)
GB
46,XX,del(5)(p14.3)
Chr. 5 Chr. 6
Incidentele bevindingen:
Klinisch relevante maternele afwijkingen
celvrij DNA
cell-free DNA (cf DNA)
= 5-20% foetaal + 80-95% materneel
Incidentele bevinding
NIPT
Age: 42y
XX,
No T21
No T18
No T13
Incidentele bevinding:
klinisch relevante deletie in moeder
Bijkomende testen (FISH & array CGH) op materneel genomisch DNA bevestigen NIPT
Partiële monosomie 13 (34,73 Mb groot) in 15-20% van de cellen van de moeder
Risico voor toekomstige zwangerschap (huidige zwangerschap: foetus normaal)
Incidentele bevinding
NIPT
Personal request
XY,
No T21
No T18
No T13
Incidentele bevinding: maternele deletie
Maternele interstitiële deletie van 712kb op chromosoom 21q22.12
=> RUNX1 deletie: Autosomal dominant familial platelet disorder
with associated myeloid malignancy (FPDMM)" (MIM 601399)
Incidentele bevinding:
ongebalanceerde translocatie
NIPT
Personal request
XY fetus, No T21, T18 or T13
CGH (Genomic DNA mother)
3qter duplicatie (1,37Mb)
Xqter deletie (25,22Mb)
RISICO VOOR HUIDIGE en TOEKOMSTIGE
ZWANGERSCHAPPEN
Invasieve test aanbevolen: MANNELIJKE foetus!
Klinisch relevante maternele afwijkingen
Clinically relevant
maternal incidental finding
Mosaic deletion 13q (37Mb)
Deletion 21q22.12 (712kb)
Deletion Xq23q25 (8,7Mb)
Unbalanced translocation t(3q;Xq)
Maternal aneuploidies
Susceptibility loci
Results array on maternal genomic DNA
15-20% of cells
encompasses RUNX 1 gene
=> Autosomal dominant familial platelet disorder with associated myeloid malignancy (FPDMM; MIM 601399)
Several OMIM morbid genes associated with X-linked disease
Overlap with 3q29 duplication syndrome region
e.g. X0 and XXX (not reported)
e.g. 1q21.1 duplication; 16p13.3 duplication, … (not reported)
(Manuscript under review)
Stalen met lage kwaliteit => nieuw staal testen
12,00
1,5%
1,1%
10,00
8,00
97,5%
6,00
Good
quality
(QC<1.5)
Goede
kwaliteit
Intermediate
quality
(1,5<QC<2)
Intermediaire
kwaliteit
4,00
2,00
Bad
quality
(QC>2)
Slechte
kwaliteit
0,00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Nieuw staal testen lost het kwaliteitsprobleem meestal op (technische oorzaak)
Reproduceerbaar afwijkend NIPT profiel
na testen onafhankelijk staal
14 weken - SD = 3,11
16 weken - SD = 3,72
Reproduceerbaar afwijkend NIPT profiel
na testen onafhankelijk staal
14 weeks - SD = 3,11
16 weeks - SD = 3,72
Baarmoederkanker in moeder
15 weken- SD = 10,45 -> infectious miskraam op 16 weken
Diagnose ‘high grade serous ovarian cancer’
(FIGO stage IVa)
Patiënt doorverwezen voor Whole Body MRI
Mediastinal mass
multiple lymphadenopathies
MYC
3-6 MYC signals
JAK2
JAK2 highly amplified
IGH
4-5 IGH signals
diagnosis of early-stage nodular sclerosis Hodgkin lymphoma (NSHL)
Patient behandeld tijdens zwangerschap
Before
After
•
•
•
Plasma GR profiles ‘normalised’ after first course of treatment
Remained normal throughout treatment
10 months after diagnosis (3 months post-treatment) remains in
complete remission – with a healthy newborn baby girl
kanker in moeder
Uitdaging
Incidentele bevindingen
Risico voor vals+
↗ invasieve testing
NIET
RAPPORTEREN
Klinisch voordeel
moeder en/of foetus
RAPPORTEREN
NIPT:
alternatiefRisk
voorAssessment
combinatietest,
Personal
Nationale
consensus guidelines
mits goede echografische
opvolging
Conclusie
1. Een nieuwe analyse met 3 extra parameters vermindert het aantal vals
positieven in vergelijking met de traditionele Z-score analyse
(Bayindir et al., EJHG, 2015)
2. Genoomwijde NIPT gaat verder dan detectie van traditionele afwijkingen
° Foetale (segmentele) afwijkingen
° Klinisch relevante maternele chromosoomafwijkingen
zwangerschapsmanagement
genetische counselling
Ontwikkeling van nationale richtlijnen
Centre for
Human Genetics
ACKNOWLEDGEMENTS
Clinical Cytogenetics lab:
Joris Vermeesch
Paul Brady
Nathalie Brison
Cindy Melotte
Anneleen Bogaerts
Natalie Sohier
Els Mattheuws
Stefanie Belet
Gynecological Oncology
Clinical Genetics
Eric Legius
Koen Devriendt
Hilde Van Esch
Thomy de Ravel
Griet Van Buggenhout
Hilde Peeters
Annick Vogels
Cytogenetics &
Genome Research (KU Leuven)
Frédéric Amant
Magali Verheecke
Patrick Berteloot
Genetics of Malignant Disorders /
Haematology lab
Peter Vandenberghe
Iwona Wlodarska
Daan Dierickx
CME
Adriaan Vanderstichele
Ignace Vergote
Patrick Neven
Baran Bayindir
Simon Ardui
Genomics core facility
Radiology
Luc Dehaspe *
Jeroen Van Houdt
Koen Herten
Sigrun Jackmaert
Wim Meert
Vincent Vandecaveye
Pathology
Thomas Tousseyn
Philippe Moerman
NIPT Development UZ Leuven
More information: www.uzleuven.be/NIPT
Email: [email protected]
Obstetrics and Gynecology
Katrien Putseys - Hospital H Hart Leuven
Lode Danneels - Hospital AZ Delta, Roeselare