Comment décider entre le séquençage de l'exome entier à 100X (WES) et le séquençage du génome entier à 30X (WGS) ?

Séquençage de l'Exome Complet (WES)

Le Séquençage de l'Exome Complet (WES) est une technologie de pointe qui se concentre sur les sections exoniques du génome humain, représentant seulement 1,5 % du génome entier. Ces exons sont vitaux car ils abritent la majorité des mutations connues causant des maladies. Le WES utilise des sondes ou des techniques de séquençage d'amplicons pour cibler et séquencer sélectivement l'ADN dans ces régions exoniques. Cette précision permet d'identifier les mutations génétiques qui jouent un rôle crucial dans la fonction des protéines. Pour garantir des résultats robustes, les experts recommandent une profondeur de séquençage d'au moins 100X, équivalente à environ 12 Go de données.

Le WES se distingue en surmontant les limitations de coût et de profondeur associées au resequencage du génome entier. Il offre une profondeur de séquençage élevée, un rapport coût-efficacité et la capacité d'examiner directement les séquences codantes des protéines pour les variants affectant la structure des protéines. La capacité de séquençage profond facilite l'identification des variants communs, de faible fréquence et rares. De plus, le WES cible exclusivement les régions exoniques, réduisant considérablement les coûts, les délais de traitement et les charges de travail. Cependant, il est crucial de noter que le WES peut avoir des limitations dans la détection des variations du nombre de copies (CNVs) et des variants structurels (SVs) en raison de sa préférence lors du processus de capture et de la couverture limitée des régions non codantes.

Avantages du WES

• Mutations causant des maladies : Environ 85 % des mutations causant des maladies humaines connues se situent dans la région exonique, faisant du WES un outil puissant pour l'exploration de nouveaux gènes liés aux maladies chez les humains.
• Rendement diagnostique : Le WES offre un taux de succès diagnostique plus élevé pour les patients qui sont étroitement liés, présentent des symptômes graves ou manifestent plusieurs symptômes.
• Annotations riches : Le WES couvre plus de 85 % des mutations causant des maladies, y compris celles dans les régions non codantes. Il bénéficie également d'annotations étendues provenant de bases de données et de la littérature, aidant les cliniciens dans l'interprétation.
• Variants de la région codante : Le WES est compétent pour détecter les Variants d'Importance Incertaine (VUS) dans la région codante, ce qui est crucial pour la recherche sur l'exome.

Inconvénients du WES

• Manque de mutations non codantes : Environ 10 % des mutations causant des maladies humaines connues se situent dans des régions non codantes, pouvant échapper à la détection par le WES.
• Défis avec des régions génomiques uniques : Le WES peut rencontrer des difficultés lors de la capture de régions génomiques avec un contenu en GC élevé, des séquences répétitives ou des pseudogènes.
• Mutations complexes : Reconnaître des types de mutations spécifiques, tels que les variants complexes du nombre de copies et les anomalies structurelles, peut être difficile avec le WES.

Séquençage du Génome Complet (WGS)

Le Séquençage du Génome Complet (WGS) est une technique d'analyse génétique de pointe qui implique le séquençage minutieux du génome complet d'un individu. Par la suite, ces fragments d'ADN séquencés sont comparés à un génome de référence, permettant de discerner les variations génétiques. L'un des aspects les plus distinctifs du WGS est sa capacité inégalée à révéler des informations provenant des régions non codantes du génome, un facteur clé pour déchiffrer les bases génétiques des maladies complexes. Si votre recherche explore les variations génétiques non codantes et structurelles ou si vous avez une compréhension limitée de la pathologie des maladies, alors le WGS émerge comme la technologie préférée.

Typiquement, le WGS s'efforce d'atteindre une profondeur de séquençage d'au moins 30X ou plus, produisant un volume substantiel de données, souvent supérieur à 90 gigaoctets. Néanmoins, il est crucial de reconnaître que le WGS présente un ensemble de contraintes, englobant son coût élevé, la complexité des données et les difficultés d'interprétation des variants de faible abondance attribuables à la profondeur de séquençage relativement faible.

Un avantage saillant du WGS est son ample portée ; il supprime le besoin d'une étape de capture préalable et englobe l'ensemble du génome. Cette méthodologie couvre non seulement les régions codantes mais s'étend également aux domaines non codants et régulateurs. De plus, le WGS excelle dans la détection des variants structurels, y compris les translocations équilibrées et les inversions.

Cependant, plusieurs inconvénients sont associés au WGS

• Défis dans les régions hautement répétitives ou homologues : Discerner et analyser avec précision les régions du génome qui sont densément répétitives ou homologues peut s'avérer difficile, car distinguer entre ces régions peut être une tâche redoutable.
• Signification fonctionnelle incertaine des variants nouvellement découverts : Lorsque de nouveaux variants génétiques sont découverts, leur signification fonctionnelle peut rester entourée d'incertitude, nécessitant une validation supplémentaire. Cela pose un défi notable pour les cliniciens chargés d'interpréter ces résultats.
• Limitations du génome de référence : La séquence de référence du génome humain est construite sur la base d'un nombre limité d'individus, ce qui peut entraîner des erreurs potentielles et des lacunes dans la séquence de référence. Cela peut à son tour entraîner des identifications faussement positives et faussement négatives des variants génétiques.
• Couverture incomplète des régions à fort contenu en GC : Le WGS peut fournir une couverture incomplète des régions génomiques caractérisées par un contenu élevé en GC, affectant potentiellement l'exactitude des données.
• Profondeur de séquençage faible et précision d'analyse des mutations altérée : La profondeur de séquençage moyenne relativement modeste de 30X dans le WGS peut diminuer l'exactitude de l'analyse des mutations, pouvant donner lieu à un nombre substantiel de mutations faussement positives. Ces faux positifs nécessitent des étapes de validation supplémentaires, compliquant ainsi le processus d'interprétation et de confirmation.

Comparaison des données WES et WGS avec une profondeur de séquençage de 75X

Lorsque nous évaluons les données WES et WGS avec une couverture identique de 75X pour déterminer la proportion de variants connus dans l'échantillon qui restent non détectés (variants faussement négatifs), les résultats révèlent un contraste marqué. Plus précisément, le taux de faux négatifs pour le WES est de 2,17 %, tandis que le WGS affiche un taux de faux négatifs remarquablement plus bas de seulement 0,022 %. En d'autres termes, le WES, avec une couverture de 75X, peut négliger 2 variants sur 100, tandis que le WGS, avec la même couverture, peut seulement manquer 2 variants sur 10 000. Cela souligne la supériorité substantielle du WGS en termes de sensibilité et de valeur prédictive positive.

En résumé, la distinction entre le WES, qui nécessite une profondeur de séquençage plus élevée (100X) par rapport à 30X pour le WGS, peut ne pas sembler significative à première vue. Néanmoins, il est crucial de reconnaître que le WGS excelle dans la détection complète de divers types de variants, en particulier ceux dans les régions non codantes. Par conséquent, le choix entre le WES et le WGS devrait être guidé par les exigences spécifiques de la recherche ou du diagnostic, en plus des considérations liées au budget et au traitement des données.

Une étude menée en 2018 a comparé les mérites du séquençage de l'exome complet et du séquençage du génome complet. Cette recherche a impliqué un WES simultané utilisant la plateforme ION proton sur 70 participants, atteignant une profondeur de séquençage moyenne dépassant 100X. Les résultats ont montré que 35 de ces participants ont reçu un diagnostic moléculaire définitif, tandis que le WES n'a pas réussi à identifier les mutations causant des maladies chez neuf patients, qui ont été détectées avec succès par le WGS. Ces loci négligés comprenaient des variants de nucléotides uniques (SNVs) situés dans de profonds introns, de petites variations du nombre de copies (CNVs), des SNVs dans des régions non codantes, des variants mitochondriaux et des SNVs avec une faible couverture exonique. Il est important de noter que des méthodes de capture alternatives peuvent ne pas rencontrer les mêmes limitations.

Par conséquent, la sélection entre le WES et le WGS devrait être fondée sur les exigences spécifiques de l'étude ou du diagnostic, ainsi que sur des considérations budgétaires et de traitement des données.

Référence :

1. Lionel, Anath C., et al. "Amélioration du rendement diagnostique par rapport aux panels de séquençage de gènes ciblés suggère un rôle pour le séquençage du génome complet comme test génétique de première ligne." Genetics in Medicine 20.4 (2018) : 435-443.