Comparison Between Gene Panels and Whole Exome Sequencing: Why Whole Exome Sequencing Might Be the Better Choice
In recent years, next-generation sequencing (NGS) has become one of the primary techniques for diagnosing rare genetic disorders. The two most common clinical applications emerging from this are gene panels and Whole Exome Sequencing (WES). Each of these techniques has its advantages and disadvantages, but WES is quickly demonstrating its superiority in terms of diagnostic yield, efficiency, and cost.
Gene Panels: A Targeted but Limited Approach
Gene panels focus on a specific set of genes associated with a particular condition or group of conditions. This targeted approach has been widely used for diagnosing well-defined genetic disorders, where the association with certain genes is known. For instance, a patient with a family history of hypertrophic cardiomyopathy might benefit from a gene panel that includes only the genes known to be associated with this condition.
Advantages of Gene Panels:
- Targeted approach: Gene panels allow for testing specific genes associated with a disorder, making the analysis more efficient in cases where the disease is well-defined.
- Cost-effective: In the presence of a well-characterized genetic disease, gene panels can be less expensive than WES because they analyze only a small portion of the genome.
- Fast turnaround time: Sequencing and interpretation of results are generally faster due to the limited number of genes being analyzed.
However, gene panels come with significant limitations.
Limitations of Gene Panels: Despite their targeted use, gene panels have several significant limitations:
- Limited coverage: They sequence only predefined genes, meaning that variants in non-included genes may be missed, reducing diagnostic capability.
- Incomplete information: Variants in non-targeted genes that could contribute to the patient’s condition are not detected, leading to partial or inaccurate diagnoses.
- Limited flexibility: If the genetic cause is not well-defined or if a condition involves a wide range of genes, gene panels do not provide a comprehensive assessment.
Whole Exome Sequencing: A Comprehensive and Innovative Approach
Whole Exome Sequencing (WES), on the other hand, offers much broader coverage, sequencing the entire exome—the protein-coding regions of the human genome. These regions represent only 1-2% of the total genome but contain the majority of genetic variants associated with diseases.
Advantages of WES:
- Comprehensive coverage: WES analyzes all the coding regions of the genome, providing a much broader and more detailed view compared to gene panels. This significantly increases the likelihood of identifying pathogenic variants.
- Novel gene discovery: Since the entire exome is sequenced, WES can lead to the discovery of new gene-disease associations or previously unrecognized genetic causes, paving the way for new diagnoses and treatments.
- Diagnostic flexibility: WES is ideal for complex or undiagnosed cases, where the clinical presentation is unclear, or multiple genes are suspected. By covering a wide range of genes, it reduces the risk of a missed diagnosis.
- Long-term cost savings: Although WES may initially seem more expensive, its use reduces the need for additional genetic tests. For example, a 2021 study on patients with primary immunodeficiency showed that WES had an overall diagnostic yield of 58%, saving between $300 and $950 compared to gene panels.
Comparison of Diagnostic Results
A longitudinal study on 878 patients with primary immunodeficiency compared the use of a 264-gene panel to WES. The results showed a diagnostic yield of 56% for gene panels, while WES led to additional diagnoses, increasing the overall yield to 58%. In a group of patients with more atypical clinical presentations, WES provided a diagnostic yield of 45%, highlighting its ability to identify genetic diseases in less common cases.
Conclusions: Why WES Is Preferable
Whole Exome Sequencing offers clear advantages over gene panels, including broader coverage, a greater ability to discover new genetic diseases, and reduced long-term costs. While gene panels are still useful in specific cases with well-defined diagnoses, WES represents a more flexible and comprehensive choice for complex or undiagnosed cases. Moreover, the reduced turnaround time (TAT) for WES makes it a practical and advantageous option for many clinical applications.
Confronto tra Pannelli Genici e Whole Exome Sequencing: Perché il Whole Exome Sequencing potrebbe essere la Scelta Migliore
Negli ultimi anni, il sequenziamento di nuova generazione (NGS) è diventato una delle tecniche principali per la diagnosi di malattie genetiche rare. Le due applicazioni cliniche più comuni emergenti sono i pannelli genici e il Whole Exome Sequencing (WES). Ognuna di queste tecniche ha vantaggi e svantaggi, ma il WES sta rapidamente dimostrando la sua superiorità in termini di resa diagnostica, efficienza e costi.
Pannelli Genici: Un Approccio Mirato ma Limitato
I pannelli genici si concentrano su un set specifico di geni associati a una determinata condizione o gruppo di condizioni. Questo approccio mirato è stato ampiamente utilizzato nelle diagnosi di malattie genetiche ben definite, dove l’associazione con certi geni è nota. Per esempio, un paziente con una storia familiare di cardiomiopatia ipertrofica potrebbe beneficiare di un pannello genico che include solo i geni noti per essere associati a questa condizione.
Vantaggi dei Pannelli Genici:
- Approccio mirato: I pannelli genici permettono di testare geni specifici associati a una patologia, rendendo l’analisi più efficiente in casi dove la malattia è ben definita.
- Costo-efficacia: In presenza di una malattia geneticamente ben caratterizzata, i pannelli genici possono risultare meno costosi rispetto al WES, perché analizzano solo una porzione ridotta del genoma.
- Tempi di risposta rapidi: Il sequenziamento e l’interpretazione dei risultati sono generalmente più veloci, grazie al numero limitato di geni analizzati.
Tuttavia, i pannelli genici presentano limiti significativi.
Limitazioni dei Pannelli Genici:
Nonostante il loro utilizzo mirato, i pannelli genici presentano alcune limitazioni significative:
- Copertura limitata: Sequenziano solo i geni predefiniti, il che significa che varianti in geni non inclusi possono essere tralasciate, riducendo la capacità di diagnosi.
- Informazioni incomplete: Varianti in geni non targetizzati, che potrebbero contribuire alla malattia del paziente, non vengono rilevate, portando a diagnosi parziali o errate.
- Flessibilità limitata: Se la causa genetica non è ben definita o se una condizione coinvolge un ampio spettro di geni, i pannelli genici non forniscono una valutazione completa.
Whole Exome Sequencing: Un Approccio Completo e Innovativo
Il Whole Exome Sequencing (WES), d’altro canto, offre una copertura molto più ampia, sequenziando l’intero esoma, cioè tutte le regioni codificanti del genoma umano. Queste regioni rappresentano solo l’1-2% del genoma totale, ma contengono la maggior parte delle varianti genetiche associate alle malattie.
Vantaggi del WES:
- Copertura completa: Il WES analizza tutte le regioni codificanti del genoma, offrendo una visione molto più ampia e dettagliata rispetto ai pannelli genici. Questo aumenta significativamente la probabilità di identificare varianti patogeniche.
- Scoperta di nuovi geni: Poiché l’intero esoma viene sequenziato, il WES può portare alla scoperta di nuove associazioni gene-malattia o cause genetiche non riconosciute in precedenza, aprendo la strada a nuove diagnosi e trattamenti.
- Flessibilità diagnostica: Il WES è ideale per casi complessi o non diagnosticati, dove il quadro clinico è incerto o si sospetta il coinvolgimento di più geni. Coprendo una vasta gamma di geni, riduce il rischio di diagnosi mancata.
- Costi ridotti nel lungo termine: Sebbene il WES possa inizialmente sembrare più costoso, il suo utilizzo riduce la necessità di ulteriori test genetici. Ad esempio, uno studio del 2021 su pazienti con immunodeficienza primaria ha dimostrato che il WES ha un rendimento diagnostico complessivo del 58%, facendo risparmiare tra i 300 e i 950 dollari rispetto ai pannelli genici.
Confronto dei Risultati Diagnostici
Uno studio longitudinale su 878 pazienti con immunodeficienza primaria ha confrontato l’uso di un pannello genico di 264 geni con il WES. I risultati hanno mostrato un rendimento diagnostico del 56% per i pannelli genici, mentre il WES ha portato a diagnosi aggiuntive, aumentando il rendimento complessivo al 58%. In un gruppo di pazienti con presentazioni cliniche più atipiche, il WES ha fornito un rendimento diagnostico del 45%, evidenziando la sua capacità di identificare malattie genetiche in casi meno comuni.
Conclusioni: Perché il WES è Preferibile
Il Whole Exome Sequencing offre chiari vantaggi rispetto ai pannelli genici, tra cui una copertura più ampia, una maggiore capacità di scoperta di nuove malattie genetiche e un costo ridotto nel lungo termine. Sebbene i pannelli genici siano ancora utili in casi specifici con diagnosi ben definite, il WES rappresenta una scelta più flessibile e completa per casi complessi o non diagnosticati. Inoltre, la riduzione dei tempi di risposta (TAT) per il WES lo rende un’opzione praticabile e vantaggiosa per molte applicazioni cliniche.
Author: Stefano Michienzi
Sources: Efficacy and economics of targeted panel versus whole-exome sequencing in 878 patients with suspected primary immunodeficiency. Platt CD, Zaman F, Bainter W, Stafstrom K, Almutairi A, Reigle M, Weeks S, Geha RS, Chou J; International Consortium for Immunodeficiencies.J Allergy Clin Immunol. 2021 Feb;147(2):723-726. doi: 10.1016/j.jaci.2020.08.022. Epub 2020 Sep 2.PMID: 32888943
