RHD/RHCE paralogous misalignment at exon 4 causes false-negative whole-exome sequencing result in a serologically confirmed DFR partial- D individual: Case report

Jedes Mal, wenn eine Person eine Bluttransfusion erhält, überprüft ihr Immunsystem die eingehenden Zellen auf einen bestimmten Satz von Markern, ganz ähnlich wie ein Sicherheitswachmann, der Ausweise am Tor kontrolliert. Der kritischste dieser Marker gehört zum Rh-System, einer Gruppe von Proteinen auf der Oberfläche der roten Blutkörperchen, die nach dem ABO-System an Bedeutung für sichere Transfusionen an zweiter Stelle steht. Die Gene, die diese Proteine bauen, sind im wahrsten Sinne des Wortes Zwillinge; zwei von ihnen, genannt RHD und RHCE, liegen direkt nebeneinander in unserer DNA und sind nahezu identische Kopien voneinander, wobei sie etwa 97 Prozent ihres genetischen Codes teilen. Weil sie sich so ähnlich sind, kann sich das Immunsystem manchmal verwirren lassen. Wenn eine Person eine leicht veränderte Version des RHD-Gens besitzt, erkennt ihr Immunsystem das Protein möglicherweise nicht als vollständig „selbst“ an, was zu einer gefährlichen Reaktion führen kann, wenn sie Standard-Rh-positives Blut erhält. Dieser Zustand, bekannt als ein partielles D-Phänotyp, ist ein ernstes medizinisches Problem, da er dazu führen kann, dass der Körper zukünftige Transfusionen angreift.

Um diese Reaktionen zu verhindern, versuchen Ärzte oft, die genetische Verfassung eines Patienten mithilfe einer Technik namens Whole-Exome-Sequenzierung zu bestimmen. Diese Methode liest die Teile unserer DNA aus, die Anweisungen für die Herstellung von Proteinen enthalten, was es Wissenschaftlern ermöglicht, nach spezifischen Veränderungen zu suchen, die Krankheiten verursachen könnten. Es ist ein leistungsstarkes Werkzeug, das in Krankenhäusern und Forschungslaboren auf der ganzen Welt eingesetzt wird. Wenn diese genetischen Anweisungen jedoch fast identische Zwillinge sind, stößt die Technologie auf eine einzigartige Herausforderung. Die kurzen DNA-Schnipsel, die die Maschine liest, können sich so ähnlich sehen, dass der Computer nicht unterscheiden kann, von welchem Zwilling sie stammen. Ein aktueller Fallbericht von Forschern aus Pakistan und China verdeutlicht genau, wie diese Verwirrung zu einem gefährlichen Fehler führen kann, bei dem einem Patienten mit einem bekannten, riskanten Bluttyp fälschlicherweise gesagt wurde, er sei sicher.

Die Geschichte beginnt mit einem vierunddreißigjährigen Mann, der bereits durch traditionelle Blutgruppentests untersucht worden war. Diese älteren, physischen Tests, die Antikörper verwenden, um zu sehen, wie Blutzellen reagieren, bestätigten, dass er einen spezifischen partiellen D-Typ besaß, der als DFR bekannt ist. Dies ist ein gut dokumentierter Zustand, bei dem ein kleiner Abschnitt des RHD-Gens mit einem Stück seines Zwillings, RHCE, ausgetauscht wurde. Dieser Austausch verändert drei spezifische Buchstaben im genetischen Code und verändert die Form des Proteins gerade so weit, dass es für den Mann gefährlich wird, Standard-Rh-positives Blut zu erhalten. Trotz dieser klaren serologischen Evidenz entschied sich das medizinische Team dafür, eine Whole-Exome-Sequenzierung durchzuführen, in der Hoffnung, die genetische Ursache zu bestätigen. Sie verwendeten drei verschiedene Computerprogramme zur Analyse der Daten, darunter eines, das speziell darauf ausgelegt ist, Blutgruppen-Gene zu finden.

Die Ergebnisse waren ein kompletter Fehlschlag. Alle drei Computerprogramme betrachteten die genetischen Daten des Mannes und meldeten, dass sein RHD-Gen vollkommen normal sei. Sie fanden keine Fehler, keine Vertauschungen und keine Anzeichen des partiellen D-Zustands. Tatsächlich war die Software so sicher, dass das Gen normal sei, dass sie die sehr spezifische Veränderung übersah, die durch den Bluttest identifiziert worden war. Die Forscher erkannten, dass der Computer den Fehler nicht einfach nur übersehen hatte, sondern von der DNA selbst getäuscht worden war. Die Region des Gens, in der der Austausch stattfand, ist so ähnlich wie das Zwillingsgen, dass der Computer, in einem Versuch der Effizienz, alle DNA-Schnipsel aus diesem Bereich dem falschen Zwilling zuordnete. Er ordnete die Reads dem RHCE-Gen zu, wodurch das RHD-Gen an dieser spezifischen Stelle völlig leer aussah.

Da der Computer an der RHD-Position keine DNA sah, ging er davon aus, dass das Gen entweder fehlte oder normal war, anstatt verändert zu sein. Die Forscher bestätigten dies, indem sie die Daten des Zwillingsgens, RHCE, untersuchten. Sie fanden, dass das RHCE-Gen mit einer massiven Menge an DNA-Daten bedeckt war, weit mehr als erwartet, weil es versehentlich die Reads absorbiert hatte, die eigentlich zu RHD gehörten. Dieses Muster bewies, dass die DNA nicht im Körper fehlte, sondern lediglich falsch gelesen und abgelegt worden war. Der Körper des Mannes produzierte das veränderte Protein, wie der Bluttest zeigte, aber die Sequenziermaschine war blind gegenüber ihm, weil die genetischen Anweisungen in den falschen Ordner abgelegt wurden. Selbst ein spezialisiertes Werkzeug, das gebaut wurde, um genau diese Probleme zu lösen, konnte den Fehler nicht beheben, weil die Daten, die es für eine Entscheidung benötigt hätte, nicht im richtigen Verzeichnis lagen.

Dieser Fall demonstriert eine grundlegende Limitierung der Verwendung der Standard-Short-Read-Sequenzierung für diesen spezifischen Teil des menschlichen Genoms. Das Problem ist nicht, dass die Maschine nicht gründlich genug gesucht hat oder dass die Datentiefe nicht ausreichte; das Hinzufügen von mehr Daten würde nicht helfen, da der Fehler in dem Moment geschieht, in dem der Computer versucht, die DNA zu sortieren. Die Reads sind physisch vorhanden, aber sie werden dem falschen Gen zugeordnet, was die wahre genetische Variation unsichtbar für die Software macht. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass es für Patienten mit dieser Art von Blutgruppe unsicher ist, sich auf eine Whole-Exome-Sequenzierung zu verlassen, um gefährliche Zustände auszuschließen. Die Technologie in ihrer jetzigen Form kann nicht zwischen einem normalen Gen und einem vertauschten Gen in dieser spezifischen Region unterscheiden.

Die Ergebnisse dienen als eindringliche Erinnerung daran, dass selbst unsere fortschrittlichsten Werkzeuge blinde Flecken haben. Für diesen Patienten hätte der Standard-Gentest den Ärzten fälschlicherweise versichert, er sei sicher für die Aufnahme von Standardblut – eine Schlussfolgerung, die zu einer schweren Immunreaktion hätte führen können. Der einzige Weg, seine Erkrankung korrekt zu identifizieren, war durch den traditionellen Bluttest, der das physische Protein betrachtete, oder durch die Verwendung neuerer Long-Read-Sequenzierungstechnologien, die längere DNA-Abschnitte lesen und die Zwillinge voneinander unterscheiden können. Dieser Fall legt nicht nahe, dass die genetische Sequenzierung nutzlos ist, aber er zeigt, dass für bestimmte komplexe genetische Zwillinge die altmodischen Methoden der Betrachtung des physischen Proteins für die Patientensicherheit unerlässlich bleiben. Die Wissenschaft der Blutgruppenbestimmung entwickelt sich ständig weiter, aber in dieser Ecke des Genoms bleiben die Zwillinge zu ähnlich, als dass die Short-Read-Maschine sie voneinander unterscheiden könnte.