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

Elke keer dat een persoon een bloedtransfusie ontvangt, controleert het immuunsysteem de binnenkomende cellen op een specifieke set markers, vergelijkbaar met een beveiliger die ID-bewijzen controleert bij een poort. De meest cruciale van deze markers behoort tot het Rh-systeem, een groep eiwitten op het oppervlak van rode bloedcellen die in belang voor veilige transfusies slechts tweede komt na het ABO-systeem. De genen die deze eiwitten bouwen, zijn in een zeer letterlijke zin tweelingen; er zijn er twee, genaamd RHD en RHCE, die zij aan zij in ons DNA liggen en bijna identieke kopieën van elkaar zijn, waarbij ze ongeveer 97 procent van hun genetische code delen. Omdat ze zo vergelijkbaar zijn, kan het immuunsysteem van het lichaam soms in de war raken. Als een persoon een licht gewijzigde versie van het RHD-gen heeft, kan het immuunsysteem het eiwit mogelijk niet volledig als "eigen" herkennen, wat kan leiden tot een gevaarlijke reactie als diegene standaard Rh-positief bloed ontvangt. Deze conditie, bekend als een partiële-D-fenotype, is een ernstige medische zorg omdat het het lichaam kan doen aanvallen op toekomstige transfusies.

Om deze reacties te voorkomen, proberen artsen vaak de genetische opbouw van een patiënt te bepalen met behulp van een techniek die whole-exome sequencing wordt genoemd. Deze methode leest de delen van ons DNA die instructies bevatten voor het maken van eiwitten, waardoor wetenschappers specifieke veranderingen kunnen opsporen die ziekten kunnen veroorzaken. Het is een krachtig hulpmiddel dat wereldwijd in ziekenhuizen en onderzoekslaboratoria wordt gebruikt. Echter, wanneer deze genetische instructies bijna identieke tweelingen zijn, staat de technologie voor een unieke uitdaging. De korte fragmenten DNA die de machine leest, kunnen zo veel op elkaar lijken dat de computer niet kan onderscheiden uit welke tweeling ze afkomstig zijn. Een recente casusrapport van onderzoekers in Pakistan en China belicht precies hoe deze verwarring kan leiden tot een gevaarlijke fout, waarbij een patiënt met een bekende, risicovolle bloedgroep onterecht te horen krijgt dat hij veilig is.

Het verhaal begint bij een vierendertigjarige man die al getest was met traditionele bloedtyperingsmethoden. Deze oudere, fysieke tests, die antilichamen gebruiken om te zien hoe bloedcellen reageren, bevestigden dat hij een specifiek partiële-D-type had dat bekend staat als DFR. Dit is een goed gedocumenteerde conditie waarbij een klein deel van het RHD-gen is verwisseld met een stuk van zijn tweeling, RHCE. Deze verwisseling verandert drie specifieke letters in de genetische code, wat de vorm van het eiwit net genoeg verandert om het gevaarlijk te maken voor de man om standaard Rh-positief bloed te ontvangen. Ondanks dit duidelijke serologische bewijs, besloot het medische team een whole-exome sequencing-test uit te voeren, in de hoop de genetische oorzaak te bevestigen. Ze gebruikten drie verschillende computerprogramma's om de gegevens te analyseren, waaronder één die specifiek is ontworpen om genen van bloedgroepen te vinden.

De resultaten waren een complete mislukking. Alle drie de computerprogramma's bekeken de genetische gegevens van de man en rapporteerden dat zijn RHD-gen volkomen normaal was. Ze vonden geen fouten, geen verwisselingen en geen tekenen van de partiële-D-conditie. Sterker nog, de software was zo overtuigd dat het gen normaal was, dat het de zeer specifieke verandering miste die door de bloedtest was geïdentificeerd. De onderzoekers realiseerden zich dat de computer de fout niet simpelweg had gemist; de computer was door het DNA zelf misleid. De regio van het gen waar de verwisseling plaatsvond, is zo vergelijkbaar met het tweelinggen dat de computer, in een poging tot efficiëntie, alle DNA-fragmenten uit dat gebied aan de verkeerde tweeling toeweisde. De computer plaatste de 'reads' op het RHCE-gen, waardoor het RHD-gen in dat specifieke gebied volledig leeg leek te zijn.

Omdat de computer geen DNA zag op de locatie van het RHD-gen, nam het aan dat het gen ontbrak of normaal was, in plaats van gewijzigd. De onderzoekers bevestigden dit door naar de gegevens van het tweelinggen, RHCE, te kijken. Ze vonden dat het RHCE-gen bedekt was met een enorme hoeveelheid DNA-gegevens, veel meer dan verwacht, omdat het per ongels de reads had geabsorbeerd die bij RHD hoorden. Dit patroon bewees dat het DNA niet ontbrak in het lichaam; het werd simpelweg gelezen en gearchiveerd op de verkeerde plek. Het lichaam van de man produceerde het gewijzigde eiwit, zoals de bloedtest aantoonde, maar de sequencingmachine was blind voor dit omdat de genetische instructies naar de verkeerde map werden gearchiveerd. Zelfs een gespecialiseerd hulpmiddel, gebouwd om precies deze problemen op te lossen, kon de fout niet herstellen, omdat de gegevens die het nodig had om een beslissing te nemen, niet in de juiste map lagen.

Deze casus demonstreert een fundamentele beperking bij het gebruik van standaard short-read sequencing voor dit specifieke deel van het menselijk genoom. Het probleem is niet dat de machine niet hard genoeg heeft gekeken of dat de diepte van de data niet voldoende was; het toevoegen van meer data zou niet helpen, omdat de fout optreedt op het moment dat de computer het DNA probeert te sorteren. De 'reads' zijn fysiek aanwezig, maar ze worden aan het verkeerde gen toegewezen, waardoor de werkelijke genetische variatie onzichtbaar wordt voor de software. De onderzoekers concludeerden dat het vertrouwen op whole-exome sequencing om gevaarlijke condities uit te sluiten, onveilig is voor patiënten met dit type bloedgroep. De technologie, in haar huidige vorm, kan niet onderscheid maken tussen een normaal gen en een verwisseld gen in deze specifieke regio.

De bevindingen dienen als een scherpe herinnering dat zelfs onze meest geavanceerde instrumenten blinde vlekken hebben. Voor deze patiënt zou de standaard genetische test artsen onterecht gerustgesteld hebben dat hij veilig was om standaard bloed te ontvangen, een conclusie die tot een ernstige immuunreactie had kunnen leiden. De enige manier om zijn conditie correct te identificeren, was via de traditionele bloedtest die naar het fysieke eiwit keek, of door gebruik te maken van nieuwere, long-read sequencing technologieën die langere stukken DNA kunnen lezen en de tweelingen van elkaar kunnen onderscheiden. Deze casus suggereert niet dat genetische sequencing nutteloos is, maar het laat zien dat voor bepaalde complexe genetische tweelingen de ouderwetse methoden van het kijken naar het fysieke eiwit essentieel blijven voor de patiëntveiligheid. De wetenschap van bloedtypering blijft evolueren, maar in deze hoek van het genoom blijven de tweelingen te vergelijkbaar voor de short-read machine om ze uit elkaar te houden.