บทคัดย่อ
ผู้ป่วยโรคหายาก โรควินิจฉัยไม่ได้ พิการและโรคพันธุกรรม ที่มีกว่าร้อยละ 5 ของประชากร ผู้ป่วยแต่ละคน ต้องการทรัพยากรจำนวนมากในการดูแลรักษา ส่งผลกระทบทางสุขภาพทั้งกายและใจ เศรษฐกิจและสังคมอย่างมาก ทั้งในระดับปัจเจก ครอบครัว ชุมชนและประเทศชาติ โรคกลุ่มนี้ร้อยละ 80 มีปัจจัยทางพันธุกรรมเกี่ยวข้อง โดยในปัจจุบันมีเทคโนโลยีการถอดลำดับสารพันธุกรรมที่มีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเทคโนโลยี next generation sequencing (NGS) ที่สามารถตรวจวิเคราะห์ลำดับเบสทั้งหมดของมนุษย์จำนวน 3 พันล้านเบสได้ในเวลาอันรวดเร็ว การพบการกลายพันธุ์ที่เป็นสาเหตุ เป็นการให้การวินิจฉัยที่แน่ชัด (definite diagnosis) ซึ่งจะทำให้แนวทางการดูแลผู้ป่วยแม่นยำ (personalized and precision medicine) และสามารถให้คำปรึกษาแนะนำทางพันธุศาสตร์ (genetic counselling) ตลอดจนแนวทางในการลดการเกิดความพิการซ้ำในครอบครัวที่แม่นยำและจำเพาะกับครอบครัวหนึ่ง ๆ ได้ เช่น การวินิจฉัยก่อนคลอด (prenatal diagnosis) ด้วยวิธีการทางอณูพันธุศาสตร์ (molecular genetics) อย่างไรก็ตาม การหาลำดับสารพันธุกรรมและการแปลผลยังมีความซับซ้อน ต้องการทั้ง 1) เครื่องมือ (sequencer) ราคาแพง และผู้ใช้ต้องมีความรู้ ความชำนาญ 2) คอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถในการประมวลผลข้อมูลจำนวนมาก (high performance computer; HPC) 3) ฐานข้อมูลจีโนมของคนไทย และ 4) บุคลากรทางด้านเวชพันธุศาสตร์ ด้านคอมพิวเตอร์ ด้านการเขียนโปรแกรม ด้านการวิเคราะห์ข้อมูล (bioinformaticians) คณะผู้วิจัยจึงจัดให้มีโครงการนี้ขึ้นเพื่อสร้างและพัฒนาระบบ แนวทางและเครือข่ายซึ่งจะเป็นต้นแบบในการวินิจฉัย ดูแลรักษา ส่งต่อและการวิจัยโรคพันธุกรรม โรคหายาก โรคที่วินิจฉัยไม่ได้และผู้ป่วยพิการแต่กำเนิด และจะเป็นเครือข่ายที่เชื่อมโยงทั่วทุกภาคของประเทศ คณะผู้วิจัยจัดให้มีเครือข่ายโรคหายากและวินิจฉัยไม่ได้ (Thailand – Rare and Undiagnosed Diseases; T-RUN) ซึ่งมีผู้เข้าร่วมประชุมจากโรงเรียนแพทย์ที่เป็นแกน 9 แห่ง และจากโรงพยาบาลที่สนใจเข้าร่วมด้วยรวม 24 แห่ง และมีทีมจากสถาบันวิจัยระบบสาธารณสุข (สวรส.) กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ และสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ร่วมด้วย มีการประชุมทุกสองเดือน การร่วมมือนี้ ทำให้มีการส่งตัวอย่างไปที่กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ จากกลุ่มโรควินิจฉัยยากและโรคที่แพทย์วินิจฉัยไม่ได้แล้ว รวม 8,725 ตัวอย่าง คิดเป็นร้อยละ 37.8 ของตัวอย่างทั้งหมดที่ส่งเข้าในโครงการจีโนมิกส์ประเทศไทย นอกจากนี้ ในด้านการพัฒนาโปรแกรม ทีมวิจัยได้ร่วมกับ สวทช. พัฒนาแพลตฟอร์มเพื่อบริหารจัดการตัวอย่างภายใต้โครงการ ทั้ง 1) ระบบ enrollment 2) ระบบเก็บข้อมูล phenotype โดยใช้โปรแกรม Phenotips และ 3) ระบบการวิเคราะห์หา pathogenic variants หรือ V@PP ในด้านการวิจัยเพื่อองค์ความรู้ใหม่ที่เป็นต้นแบบ ทีมวิจัยได้รับและดำเนินการทำ rapid exome sequencing ไปแล้ว 200 ราย สามารถวิเคราะห์ exome/genome sequencing ได้แล้วเสร็จ และให้คำปรึกษาแนะทำทางพันธุศาสตร์ไปแล้ว 180 ครอบครัว มีผลงานตีพิมพ์ในวารสารวิชาการระดับนานาชาติ 20 เรื่อง โดยมีข้อมูลสำคัญ ดังนี้ 1) เซลล์ต้นกำเนิดของฟันบนและฟันล่าง แสดงออกยีนคนละกลุ่มกัน 2) พบลักษณะทางคลินิกใหม่ของ Cleidocranial dysplasia และ variant ใหม่ของยีน RUNX2 3) พบ variants ใหม่ของยีน BMP1, CRTAP, SERPINF1 ที่ทำให้เกิดโรค osteogenesis imperfecta 4) ปัจจัยทางพันธุกรรมของผู้ป่วยที่เกี่ยวข้องกับอาการรุนแรงจาก Covid-19 5) พบยีนที่เกี่ยวข้องกับการติดเชื้อและความรุนแรงของโรค Covid-19 ในคนเชื้อชาติไทยและเชื้อชาติอื่น ๆ 6) พบความสัมพันธ์ของการเสียชีวิตกะทันหันหลังฉีดวัคซีน covid-19 กับ variants ในยีน SCN5A ที่ทำให้เกิดโรคไหลตาย 7) สามารถทำการตรวจก่อนการฝังตัวเพื่อการตรวจหาการกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิด Marfan syndrome 8) พบว่าการกลายพันธุ์ในยีน SMAD6 และ SMARCA4 ทำให้เกิด coarctation of aorta ที่รุนแรง 9) พบยีน LILRB1 เป็นยีนก่อโรคใหม่ ทำให้เกิดโรคภูมิคุ้มกันต่อตนเอง 10) พบ genetic variants ใหม่ในยีน NEUROG3 ทำให้เกิดอาการทางไตซึ่งเป็นอาการใหม่ที่ไม่มีรายงานมาก่อน 11) พบยีน TIGIT เป็นยีนก่อโรคใหม่ ทำให้ผู้ป่วย covid ที่มีอาการรุนแรง 12) พบว่าการตรวจผู้ป่วยโรคลมชักที่ดื้อต่อยากันชักในทารก ด้วย exome และ genome ทำให้ได้การวินิจฉัยในระดับโมเลกุลและนำมาซึ่งการรักษาที่ตรงเหตุ 13) พบ variant ใหม่ในยีน STAT6 ซึ่งเป็น gain-of-function ที่สัมพันธ์กับ early-onset allergies 14) พบว่าการมี rare deleterious variant ใน SARS-CoV-2 sensor toll-like receptor TLR7 บน chromosome X มีความสัมพันธ์กับการเพิ่มความรุนแรงของโรคถึง 5.3 เท่า 15) พบ variants ใหม่ของยีน CNNM4 และพบลักษณะทางคลินิกใหม่ของ Jalili syndrome 16) พบ variants ใหม่ของยีน ACBD6 และพบลักษณะทางคลินิกใหม่เพิ่มเติมของ ACBD6-associated NDDs. 17) พบตำแหน่งการกลายพันธุ์ใหม่ที่ยังไม่เคยมีการรายงานมาก่อนในยีน COL4A4 และ MAFB ในผู้ป่วยชาวไทยที่เป็นโรค focal segmental glomerulosclerosis (FSGS) จากการใช้เทคโนโลยีการหาลำดับเบส ทั้งหมดในเอ็กซอน 18) พบตำแหน่งการกลายพันธุ์ใหม่ที่ยังไม่เคยมีการรายงานมาก่อนในยีน FAM20A และเป็นครั้งแรกที่พบความบกพร่องในส่วนประกอบของแร่ธาตุและคุณสมบัติทางกายภาพของฟันจากผู้ป่วยโรค amelogenesis imperfecta ชนิด IG 19) พบว่า exome sequencing มีประสิทธิภาพในการหา genetic variants ในผู้ป่วยเด็กไทยเพื่อนำไปวินิจฉัยโรค congenital myopathies และ muscular dystrophy ซึ่งมีฟีโนไทป์ที่ทับซ้อนกัน นำไปสู่การรักษาที่แม่นยำ รวมถึงให้การปรึกษาทางพันธุกรรมที่เหมาะสม 20) พบ genetic variants ในยีน KCNQ2 และทำการศึกษากลไกทางพยาธิวิทยาของ 2 variants ใหม่ p.(N258K) และ p.(G279D) พบว่ามีการสูญเสียหน้าที่ ซึ่งนำไปสู่การกลายพันธุ์ที่หลากหลายในโรคลมชัก
บทคัดย่อ
Patients with rare diseases, undiagnosed diseases, disabilities and genetic diseases
account for more than 5% of the population. Each patient needs tremendous resources for
medical care. The conditions have consequences to physical and mental health, economy
and society at the individual, family, community, and national levels. 80% of these conditions
have genetic contribution. At present, there is an efficient DNA sequencing technology,
especially next generation sequencing (NGS) which can rapidly sequence all the 3 billion basepairs of human genome. Identification of the underlying genetic mutations gives a definite
diagnosis which will in turn give guideline for personalized and precision medicine, information
for genetic counselling and options to decrease the risk of having more family members with
the same disabilities specific to a particular family such as offering a prenatal diagnosis using
molecular genetics. However, DNA sequencing and its interpretation is still complicated and
challenging. It needs 1) sequencers which are expensive and require skilled technicians 2) high
performance computer; HPC 3) database of Thai people and 4) personnel including medical
geneticists, computer scientists, and bioinformaticians. We therefore proposed to do this
research project to develop a system, guideline and network which will be a prototype for
diagnosis, management, referral and research for rare diseases, undiagnosed diseases,
disabilities and genetic diseases. The network involves all parts of the country.
Our research team has established the Thailand – Rare and Undiagnosed Diseases
Network (T-RUN) which involves nine core medical centers and 24 additional hospitals. It also
includes personnel from Health Systems Research Institute, Medical Science Department of
the Ministry of Public Health, and National Science and Technology Development Agency
(NSTDA). The Network has had regular meeting every two months. With this collaboration,
there have been 8,725 samples from rare and undiagnosed disease area being sent to the
Medical Science Department of the Ministry of Public Health accounting for 37.8% of all
submitted samples in the Genomics Thailand Project. In addition, we have collaborated with
NSTDA to develop programs and platforms to manage samples under Genomics Thailand
including 1) Enrollment system 2) a system to collect and archive phenotype using Phenotips
and 3) a program for analysis of pathogenic variants (V@PP).
In the research aspect to find new knowledge, we have performed or sent 200 samples
for rapid exome sequencing. We successfully analyzed the exome/genome sequencing and
have delivered genetic counselling to 180 families. Twenty international articles in academic
peer review journals have been published. The main findings are as below.
1) Identified differences in the gene expression of human dental pulp stem cells
between the upper and lower teeth during permanent teeth development.
2) Novel variants of the RUNX2 gene causes shortening of the toe bone of one foot, a
new feature of Cleidocranial dysplasia. These findings broaden our understanding
of the physical and genetic features RUNX2.
3) Five novel variants in genes BMP1, CRTAP, and SERPINF1 causes extremely rare
forms of osteogenesis imperfecta.
4) A study identifying genes associated with severe COVID-19. Genes identified are
linked to blood clotting, immune response, and intensity of inflammation.
5) Sudden death following covid-19 vaccination was found to be associated with
variants in the SCN5A gene that causes Brugada syndrome.
6) This report identifies genes associated with Covid-19 severity in Thai population
and other races.
7) A pre-implantation genetic testing using mini-sequencing method for Marfan
syndrome is used to identify mutation identification and help facilitate normal
embryo transfer for in vitro fertilization. This method can be easily applied to
other genetic diseases.
8) Novel variants in gene SMAD6 and SMARCA4 causes severe coarctation of aorta,
developmental delay, and multiple dysmorphic features.
9) Identified a novel variant in the LILB1 gene causing autoimmune diseases.
10) Novel variants of NEUROG3 causing kidney dysfunctions in patients, a new
phenotype that has never been reported.
11) A new disease gene, TIGIT, was identified in a Thai patient with severe COVID-19.
This study provides new information to support that TIGIT could contribute to
COVID-19 severity.
12) The usefulness of exome sequencing as a first-tier genetic testing for infantileonset pharmacoresistant epilepsy in Thai population.
13) A novel gain-of-function variant in the STAT6 gene is associated with early-onset
allergies.
14) A novel and rare deleterious variant in the X chromosome toll-like receptor 7
(TLR7) is associated with a five times greater risk of developing severe COVID-19.
15) A novel CNNM4 variant that causes new features the Jalili syndrome, including
advanced dental age and crossbite. This report expands the genotypic and
phenotypic spectra of Jalili syndrome.
16) A novel homozygous 1 base-pair duplication causing new features of ACBD6-
associated NDDs. This report expands the mutational spectrum of ACBD6-
associated NDDs.
17) Through whole genome exome sequencing, novel variants in the COL4A4 and
MAFB gene have been identified in Thai patients with FSGS.
18) Identified novel variants in the FAM20A gene, and for the first time, observed
defective mineral composition as well as physical and mechanical properties in
the dentition of patients with AI1G.
19) Exome sequencing identified genetic variations in Thai pediatric patients for
diagnosing congenital myopathies and muscular dystrophy with overlapping
phenotypes. This led to precise treatment and genetic counseling.
20) Two novel loss-of-function variants in the KCNQ2 gene, p.N258K and p.G279D
causing KCNQ2‑ related epilepsy.
