Hilde VAN ESCH Centrum voor Menselijke Erfelijkheid

Leuven, België

Leuven, 15 oktober 2016

www.uzleuven.be/nipt cme.nipt@uzleuven.be

NIPT Niet-Invasieve Prenatale Test:

Technische en klinische aspecten

NIPT: alternatief voor combinatietest, mits goede echografische opvolging Basisprincipe van NIPT

celvrij DNA cell-free DNA (cf DNA) = 5-20% foetaal + 80-95% materneel

Onze dataset: - foetale fractie (ff) >4% in 97% van de stalen - gemiddelde foetale fractie: ~9,2%

Oorsprong: apoptotische trofoblastcellen (placenta) Cave: confined placentair mosaïcisme (CPM)

Bloedafname ‘Streck’ tubes

NIPT in UZ Leuven

Genetische Counseling Plasma isolatie

Celvrij DNA extractie

moeder + foetus

Library preparation

Risicobepaling

Gevalideerd en geaccrediteerd:

november 2013

Hiseq 2500 Sequencing

Pool 23 stalen

>7 million reads Bioinformatics - Data analysis

(Bayindir et al., 2015)

NIPT: alternatief voor combinatietest, mits goede echografische opvolging NIPT analyse

DNA fragmenten uit het bloed FILTEREN - LEZEN - TELLEN

NIPT: alternatief voor combinatietest, mits goede echografische opvolging NIPT analyse: statistische Z-score

Aantal DNA fragmenten VERGELIJKEN MET GEZONDE FOETUS

Data analyse d.m.v. statistische Z-score

Chr. 21

Gemiddelde

Normaal Abnormaal Abnormaal

21

21

21 21

21

21

Patiënt Normale populatie

Nathalie Brison Centrum voor Menselijke Erfelijkheid, UZ Leuven

Z-score: normaal of abnormaal resultaat

hoe normaal is dit chromosoom van de patiënt t.o.v. normale referentiechromosomen

Normaal Normaal

NIPT genoom-wijd profiel per patiënt

Data analyse: nieuwe parameters

Analyseparameters per chromosoom:

Z-score: vergelijkt een bepaald chromosoom van de patiënt met de normale populatie

Nieuwe parameters noodzakelijk

Reductie van # vals positieve/negatieve resultaten

Onze in-huis ontwikkelde pipeline wordt binnenkort

door Agilent op de markt gebracht: “OneSight”

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

NIPT: alternatief voor combinatietest, mits goede echografische opvolging

Verbeterde NIPT analyse (UZ Leuven, OneSight): Telling stukjes van het chromosoom

Verbeterde NIPT analyse (UZ Leuven, OneSight): Telling stukjes van het chromosoom

Sub-chromosomale afwijking (vb. maternele CNV)

Vals positieve monosomie 22 m.b.v. traditionele analyse Door tellen van chromosoomstukjes wordt dit gecorrigeerd

Chromosomale afwijking (vb. trisomie 21)

Extra parameter voor variatie binnen 1 bepaald chromosoom

Kwaliteit van de testresultaten

97,5%

1,5% 1,1%

Good quality (SD<1.5)

Intermediate quality (1,5<SD<2)

Bad quality (SD>2)

98,0%

1,4% 0,5%

Good quality (QC<1.5)

Intermediate quality (1,5<QC<2)

Bad quality (QC>2)

Goede kwaliteit

Intermediaire kwaliteit

Slechte kwaliteit

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

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)

Stalen met lage kwaliteit => nieuw staal testen

Gen

om

e-w

ide

SD

16 weken - SD = 3,72 14 weken - SD = 3,11

Reproduceerbaar afwijkend NIPT profiel na testen onafhankelijk staal

16 weken - SD = 3,72 14 weken - SD = 3,11

Reproduceerbaar afwijkend NIPT profiel na testen onafhankelijk staal

2,49

3,72

10,45

8,27

2,82

1,98

3,09 3,11

2,392,96

2,73

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

Nodular sclerosingclassical Hodgkin

lymphoma (NSHL)

Follicular lymphoma(FL) grade IIIa

High grade serousovarium carcinoma

(*miscarriage)

Multiple myeloma Myelodysplasticsyndrome (MDS)

No cancer diagnosisso far

Gen

om

e w

ide

SD

SD sample 1

SD sample 2

hig

h g

rad

e se

rou

s o

vari

an c

ance

r Maternele kanker

Genome-wide NIPT profile

Before treatment After 1st course of treatment

Whole body MRI

*

Toepassing genoomwijde NIPT analyse in diagnostisch labo binnen een genetisch centrum

2013-2015

Diagnostische ervaring 2013-2015: 11,249 stalen

Reden van aanvraag

a 1 staal: 5-6% mozaïek trisomie 21 in amniosvocht. Biopsie van de placenta toont 55% mozaïek trisomie 21. b 1 staal normaal in amniosvocht en 77% mozaïek trisomie 18 in chorionvlokken (placenta). c 70% mozaïek trisomie 13 in chorionvlokken (placenta).

19%2%

30%

49%

Combined risk (>1/300)

Familial history

Maternal age (>36 years old)

Personal request

Geen vals negatieve resultaten gemeld op > 9000 geboortes voor eenling zwangerschappen; Eén vals negatief resultaat trisomie 18 in een meerling zwangerschap

Combinatietest: risico >1/300

Familiale voorgeschiedenis

Maternele leeftijd (>36 jaar)

Ongerustheid/Persoonlijke vraag

16% 2%

28%

54% 97,5%

1,5% 1,1%

Good quality (SD<1.5)

Intermediate quality (1,5<SD<2)

Bad quality (SD>2)

Goede kwaliteit

Intermediaire kwaliteit

Slechte kwaliteit

19%2%

30%

49%

Combined risk (>1/300)

Familial history

Maternal age (>36 years old)

Personal request

97,5%

1,5% 1,1%

Good quality (SD<1.5)

Intermediate quality (1,5<SD<2)

Bad quality (SD>2)

Genoomwijde analyse laat, naast de detectie van trisomie 21, 18 en 13,

ook detectie van andere chromosoomafwijkingen toe

Detectie van andere foetale aneuploïdieën

Beperking van NIPT: Confined Placentair Mozaïcisme (CPM): biologisch vals-positieven MAAR: CPM stelt ook een risico voor UPD of IUGR door het abnormaal placentair karyotype

Niet gerapporteerd

Geen follow-up

Niet bevestigd (amniosvocht)

Bevestigd (CVS/placenta)

Bevestigd (amniosvocht)

Confined placentair mosaïcisme

FOETUS

PLACENTA

Celvrij DNA (Vruchtwaterpunctie)

(Vlokkentest) (NIPT)

Casus

NIPT aanvraag

Casus

XX, Geen T21 Geen T18 Geen T13

ff = 10,5%

Casus

NIPT

dirFISH (Amnios)

ARRAY (Amnios)

Zéér laaggradige foetale mozaïek T16 (7% vd cellen) => Goede echografische opvolging aangewezen

Casus

ARRAY (Placenta)

Placenta opgevraagd bij geboorte: Array toont T16 in >75% van de cellen

Detectie van kleinere (segmentele) foetale afwijkingen

Casus

27

NIPT aanvraag

Casus

XX, Geen T21

Partiële T18 Geen T13

ff = 10,6%

29

NIPT

NIPT wijst op partiële T18 bij vrouwelijke foetus (ff=10,6%) => Opvolgonderzoek via invasieve test aangewezen

Casus

T-banding (Extern)

-> extern bevestigd als zijnde merkerchromosoom via conventionele karyotypering

-> fibroblasten ontvangen na zwangerschapsonderbreking

Isochromosoom 18

30

NIPT

Casus

FISH (fibroblasten)

ARRAY (fibroblasten)

Foetale segmentele afwijkingen

* Ongebalanceerde translocatie

+ Bevestigd (amniosvocht)

- Niet bevestigd (amniosvocht)

? Geen follow-up

Incidentele bevindingen: Klinisch relevante maternele afwijkingen

celvrij DNA cell-free DNA (cf DNA) = 5-20% foetaal + 80-95% materneel

Casus

XY Geen monosomie 21: 2x sequencen

Geen T18 Geen T13

ff = 7,5%

NIPT op persoonlijke vraag van de patiënt

Casus

3qter duplicatie (1,37Mb) Xqter deletie (25,22Mb)

Invasieve test aangeraden want XY foetus!

Array CGH normaal (amniocentese)

Risico voor toekomstige zwangerschap!

Personal request

chromosome 3 chromosome X ff=7,5%

NIPT

ARRAY (gDNA uit

WBC moeder)

GB (bloed

moeder)

Klinisch relevante maternele afwijkingen

Mosaic deletion 13q (37Mb) Yes

Deletion 21q22.12 (712kb) Yes

Deletion Xq23q25 (8,7Mb) Yes

Unbalanced translocation t(3q;Xq) Yes

Maternal aneuploidies No

Susceptibility loci No

Overlap with 3q29 duplication syndrome region + large Xqter deletion (25Mb)

e.g. X0 and XXX

e.g. 1q21.1 duplication, 16p13.3 duplication

Several OMIM morbid genes associated with X-linked intellectual disability

Mosaic 13q deletion (15-20% of cells)

Intragenic RUNX1 deletion Autosomal dominant familial platelet disorder with associated myeloid malignancy (FPDMM; MIM 601399)

Maternal incidental finding Results array on maternal genomic DNAReported to

patient

Mosaic deletion 13q (37Mb) Yes

Deletion 21q22.12 (712kb) Yes

Deletion Xq23q25 (8,7Mb) Yes

Unbalanced translocation t(3q;Xq) Yes

Maternal aneuploidies No

Susceptibility loci No

Overlap with 3q29 duplication syndrome region + large Xqter deletion (25Mb)

e.g. X0 and XXX

e.g. 1q21.1 duplication, 16p13.3 duplication

Several OMIM morbid genes associated with X-linked intellectual disability

Mosaic 13q deletion (15-20% of cells)

Intragenic RUNX1 deletion Autosomal dominant familial platelet disorder with associated myeloid malignancy (FPDMM; MIM 601399)

Maternal incidental finding Results array on maternal genomic DNAReported to

patient

Brison et al. , Genetics in Medicine

Improving pregnancy management Challenges for genetic counseling

Development of national guidelines

Kostenplaatje

• Test kost 390 € en wordt in België niet terugbetaald

• Vergelijking Nederland: test kost 650 € en zal vanaf 2017 gedeeltelijk terugbetaald worden (eigen inbreng patiënt 175 €); hiervoor wordt een budget van 35 miljoen voorzien

• Totaal budget genetische testen in België (8 centra) = 38 miljoen

Clinical Cytogenetics lab: Joris Vermeesch * Kris Van den Bogaert Cindy Melotte Eftychia Dimitriadou Els Mattheuws Stefanie Belet Lara Fruyt Lut Polleunis Jeff Willen Natalie Sohier Anneleen Bogaerts

Cytogenetics & Genome Research (KUL) Paul Brady Baran Bayindir Simon Ardui

ACKNOWLEDGEMENTS

Clinical Genetics Eric Legius Koen Devriendt Hilde Van Esch Thomy de Ravel Hilde Peeters Griet Van Buggenhout Annick Vogels

National prenatal consortium

Centre for

Human Genetics

More information: www.uzleuven.be/NIPT Email: cme.nipt@uzleuven.be

Genomics core facility Luc Dehaspe * Jeroen Van Houdt Céline Helsmoortel Koen Herten Sigrun Jackmaert Vanessa Brys Wim Meert