ÖZET

Konjenital katarakt, çocukluk döneminde ciddi görme azlığına neden olabilen önemli bir göz hastalığıdır. Doğumda veya hayatın ilk bir yılı içerisinde tanı almaktadır. Erken tanı ve tedavisi görme prognozu açısından oldukça önemlidir. Çeşitli göz anomalileri ve sistemik hastalıklar eşlik edebilmektedir. Konjenital kataraktın izole olup olmadığının aydınlatılması hem potansiyel görme düzeyini belirlemek için hem de morbidite/mortalite yaratan durumların erken dönemde tanımlanıp tedavi edilebilmesi için kritik bir basamaktır. Konjenital kataraktın moleküler etiyolojisinde pek çok gen tanımlanmıştır. Mutasyonların çoğu kristalin genlerinde saptanmıştır. Genetik sebebin çeşitli testler ile belirlenmesi bireyselleştirilmiş genetik danışma verilebilmesi için gerekli olmakla birlikte moleküler etiyolojinin anlaşılabilmesi ve yapılan testin özelliklerine göre ayrıca eşlik edebilecek diğer oküler ve/veya sistemik sorunların tanımlanabilmesi açısından da fayda sağlamaktadır. Son yıllarda özellikle yeni nesil dizileme, konjenital katarakt moleküler etiyolojisinin belirlenmesinde gelişen ve mevcut bilgi düzeyini artıran bir teknoloji haline gelmiştir.

Giriş

Konjenital katarakt, doğumda veya doğum sonrası erken dönemde görülen lens opasitesidir. Tek taraflı veya çift taraflı olabilmektedir. Erken görme gelişiminin olduğu dönemde oluşması nedeniyle ciddi görme azlığına ve daha önemlisi ağır göz tembelliğine neden olmaktadır. Takip ve tedavisi oldukça uzun soluklu ve önemli olup, hastaların önemli bir kısmında etiyoloji bulunamamaktadır.¹ Bu nedenle, dünya üzerinde önlenebilir körlüğe karşı başlatılmış bir global girişim olan Vision 2020: Right to Sight’ın da en önemli hedeflerinden biri konjenital kataraktın da içinde yer aldığı çocukluk çağı körlüklerinin nedenlerinin önlenmesi olmuştur.²

Epidemiology and Etiology

In their systematic review and meta-analysis, Wu et al.³ reported that congenital cataract had the highest incidence in Asia (7.43/10,000) and was usually diagnosed after 1 year of age. They also reported that congenital cataracts were more frequently bilateral and the most common type was total cataract.³ Although most cases of congenital cataract were idiopathic (62.2%), the prevalence of inherited cataract was reported to be 22.3%.³

In their systematic review, Sheeladevi et al.⁴ determined overall prevalence rates of 0.32-22.9 in 10,000 for childhood cataracts and 0.63-9.74 in 10,000 for congenital cataracts.

Factors such as the dynamic genetic infrastructure of societies, socioeconomic and cultural characteristics, access to health services, and the presence of early screening programs may cause major differences in the prevalence of congenital cataracts as well as associated morbidities between populations. This is an important consideration when evaluating statistics.

In congenital cataract, anterior segment structures other than the lens were also shown to differ from noncataractous eyes due to their simultaneous development and mutual interaction during the embryological period.⁵ Congenital cataract may be associated with ocular anomalies such as microcornea, microphthalmia, persistent fetal vascularization, glaucoma, and retinal dystrophies. Twenty-nine percent of congenital cataract cases may be linked to genetic causes, while unilateral cases are more likely to be idiopathic.⁶

In the Vision 2020 global initiative to fight preventable blindness, vitamin A deficiency, measles, neonatal conjunctivitis, and retinopathy of prematurity were also shown to be among the causes of childhood blindness along with congenital cataract.²

Congenital cataract accounts for 7.4-15.5% of all childhood blindness.⁷ Early diagnosis and treatment are very important in terms of visual prognosis. Therefore, one of the most critical steps is recognizing congenital cataract at an early age through postnatal eye screening. The red reflex test is a simple screening test that is important in the detection of many ocular pathologies, especially congenital cataract. Neonatal eye screening has been implemented as routine practice in our country, and the detection of pathologies that disrupt the red reflex test in these examinations and their referral to ophthalmologists enables the recognition of many eye diseases that require early diagnosis and treatment, including congenital cataracts. Despite early surgery and early rehabilitation, visual outcomes of congenital cataract may be limited due to ocular diseases such as glaucoma, nystagmus, or concomitant systemic/neurological anomalies.⁸

Pediatric cataracts can be classified into two main groups, hereditary and nonhereditary.

1. Hereditary pediatric cataracts may be:⁹

a) Isolated

b) Associated with metabolic diseases (e.g., galactosemia, Wilson’s disease, diabetes, cerebrotendinous xanthomatosis, Fabry disease, mannosidosis, Refsum disease)

c) Associated with renal diseases (e.g., Alport syndrome, Lowe syndrome)

d) Associated with musculoskeletal diseases (e.g., myotonic dystrophy, chondrodysplasia puncta)

e) Associated with dermatological diseases (e.g., incontinentia pigmenti, Cockayne syndrome, Rothmund-Thomson syndrome)

f) Associated with craniofacial anomalies (e.g., Hallerman-Streiff syndrome, Rubinstein-Taybi syndrome, Smith-Lemli-Optitz syndrome, cerebro-oculo-facial-skeletal syndrome)

g) Associated with genetic anomalies (e.g., trisomy 13, 18, 21; 5p deletion, 11p deletion, Norrie disease, Nance-Horan syndrome)

2. Non-hereditary pediatric cataracts:

May occur due to trauma, congenital infections such as TORCH (toxoplasma, rubella, cytomegalovirus, herpes simplex), drugs such as steroids, radiation, or teratogen exposure.

Classification:

Although congenital cataract can be classified according to the timing of development, etiology, location of opacity, or morphological features, morphological classification is most commonly used in clinical practice:⁹

1) Anterior cataract: This group includes anterior polar, anterior pyramidal, and anterior subcapsular cataracts.

2) Central cataract: This group includes nuclear, sutural, lamellar (zonular), cerulean, Christmas tree, pulverulent, aculeiform, polymorphic, crown-shaped, cuneiform, and coralliform cataracts.

3) Posterior cataract: This group includes posterior lenticonus, posterior subcapsular, posterior polar, and oil droplet cataracts, persistent hyperplastic primary vitreous, and Mittendorf dots.

4) Total cataract: This type of cataract involves the entire lens. It is often not possible to identify the morphology at the onset in the absence of additional ocular findings. Congenital Morgagnian and membranous cataract can also be considered in this group.

Perucho-Martinez et al.¹⁰ reported that nuclear cataract was the most common congenital cataract morphology in their study.

Epidemiyoloji ve Etiyoloji

Wu ve ark.’ları³ yaptıkları sistematik gözden geçirme ve meta-analizde, konjenital katarakt insidansının en yüksek Asya’da (7,43/10 bin) ve tanı yaşının genellikle bir yaş sonrasında olduğunu bildirmişlerdir. Ayrıca, konjenital kataraktın daha sık olarak bilateral görüldüğünü ve en sık tipinin total katarakt olduğunu belirtmişlerdir.³ Konjenital katarakt olgularının çoğu idiyopatik (%62,2) iken, herediter olanların sıklığı %22,3 olarak bildirilmiştir.³

Sheeladevi ve ark.⁴, yaptıkları sistematik gözden geçirmede ise çocukluk çağı kataraktlarının genel prevalansının 10 binde 0,32-22,9 arasında, konjenital katarakt için ise 10 binde 0,63-9,74 arasında olduğunu saptamışlardır.

Toplumların dinamik genetik altyapısı, sosyo-ekonomik ve kültürel özellikleri, sağlık hizmetlerine ulaşabilme olanakları, erken tarama programlarının varlığı gibi faktörler konjenital katarakt sıklığı ile birlikte konjenital katarakta bağlı morbiditenin de toplumlar arasında ciddi farklılıklar göstermesine neden olabilir. Bu durum istatistiklerin değerlendirilmesinde özellikle göz önünde bulundurulmalıdır.

Konjenital katarakt olgularında lens dışındaki diğer ön segment yapılarının da embriyolojik dönemde eş zamanlı ve karşılıklı etkileşim içerisinde gelişmeleri nedeniyle kataraktsız gözlere göre farklı olduğu gösterilmiştir.⁵ Konjenital katarakt, mikrokornea, mikroftalmi, persistan fetal damarlanma, glokom, retinal distrofiler gibi ek oküler anomaliler ile birlikte bulunabilir. Konjenital katarakt olgularının %29’u genetik nedenlere bağlı olabilir ve unilateral olanların idiyopatik olma sıklığı daha yüksektir.⁶

Önlenebilir körlüklere karşı global girişim olan Vision 2020’de çocukluk dönemi körlük nedenleri arasında A vitamini eksikliği, kızamık, yenidoğan konjonktiviti ve prematüre retinopatisi ile birlikte konjenital katarakt da gösterilmiştir.²

Konjenital katarakt tüm çocukluk çağı körlüklerinin %7,4-15,5 kadarını oluşturmaktadır.⁷ Erken dönemde tanı ve tedavi, görme prognozu açısından oldukça önemlidir. Bu nedenle, konjenital kataraktın erken yaşta tanımlanması için en önemli basamaklardan biri doğumdan sonra yapılan göz taramasıdır. Kırmızı yansıma testi, konjenital katarakt başta olmak üzere pek çok oküler patolojinin tanımlanmasında oldukça önemli olan basit bir tarama testidir. Ülkemizde de rutin olarak uygulanmaya başlanmış olan tarama muayenelerinde kırmızı yansıma testini bozan patolojilerin saptanması ve göz doktoruna gönderilmesi konjenital katarakt da dahil olmak üzere erken tanı ve tedavi gerektiren pek çok göz hastalığının saptanmasını sağlamaktadır. Erken cerrahi ve sonrasında erken rehabilitasyona rağmen konjenital kataraktta görme sonuçları, glokom, nistagmus gibi oküler hastalıklar veya eşlik eden sistemik/nörolojik anomaliler nedeniyle sınırlı olabilmektedir.⁸

Pediatrik kataraktlar temel olarak kalıtımsal ve kalıtımsal olmayan olmak üzere iki grupta sınıflandırılabilir.

1- Kalıtımsal pediatrik kataraktlar:⁹

a) İzole,

b) Metabolik hastalıklara bağlı (galaktozemi, Wilson hastalığı, diyabet, serebrotendinöz ksantomatozis, Fabry hastalığı, mannozidoz, Refsum hastalığı vb.),

c) Renal hastalıklarla birlikte (Alport sendromu, Lowe sendromu vb.),

d) Kas-iskelet sistemi hastalıklarıyla birlikte (miyotonik distrofi, kondrodisplazi punktata vb.),

e) Dermatolojik hastalıklara bağlı (inkontinentia pigmenti, Cockayne sendromu, Rothmund-Thomson sendromu vb.),

f) Kraniyofasiyal anomalilerle birlikte (Hallermann-Streiff sendromu, Rubinstein-Taybi sendromu, Smith-Lemli-Opitz sendromu, serebro-okulo-fasyal-skeletal sendrom vb.),

g) Genetik anomaliler ile birlikte (trizomi 13, 18, 21; 5p delesyonu, 11p delesyonu, Norrie hastalığı, Nance-Horan sendromu vb.) olabilir.

2- Kalıtımsal olmayan pediatrik kataraktlar:

Travma, TORCH (toksoplazma, rubella, sitomegalovirüs, herpes simpleks) gibi konjenital enfeksiyonlar, steroid gibi ilaçlar, radyasyon veya teratojen maruziyetine bağlı olarak gelişebilir.

Sınıflandırma:

Konjenital katarakt, geliştiği dönem, etiyolojisi, opasitenin yerleşimi veya morfolojik özelliklerine göre sınıflandırılabilse de klinik pratikte en çok morfolojik sınıflandırma kullanılmaktadır:⁹

1- Ön katarakt: Bu grupta, ön polar, ön piramidal ve ön subkapsüler katarakt tipleri yer almaktadır.

2- Merkezi katarakt: Bu grupta, nükleer, sütüral, lamellar (zonüler), serulean, noel ağacı, pulverulan, akuleiform, polimorfik, taç şeklinde, küneiform, koraliform katarakt tipleri yer almaktadır.

3- Arka katarakt: Bu grupta ise, arka lentikonus, persistan hiperplastik primer vitreus, Mittendorf noktası, yağ damlası kataraktı, arka subkapsüler, arka polar katarakt tipleri yer almaktadır.

4- Total katarakt: Bu katarakt tipinde lensin tamamı etkilenmektedir. Başlangıcının hangi morfolojide olduğunu bilmek ek bir oküler bulgu yokluğunda çoğunlukla mümkün değildir. Konjenital Morgagnian ve membranöz katarakt da bu grupta değerlendirilebilir.

Perucho-Martinez ve ark.¹⁰ yaptıkları çalışmada en sık görülen konjenital katarakt morfolojisini nükleer katarakt olarak bildirmişlerdir.

The Genetics of Congenital Cataract

Determining the molecular etiology of congenital cataract is essential both to identify and better understand the pathways involved in its pathogenesis and to provide individualized genetic counseling. It has been shown that 47% of unilateral congenital cataracts and 61% of bilateral congenital cataracts are isolated, and the frequency of association with systemic diseases is 6% in unilateral and 25% in bilateral cases.¹¹ In addition, approximately half of congenital cataracts have a genetic etiology.¹² Congenital cataract is characterized by genetic heterogeneity and variable inheritance patterns.¹³ Although the inheritance of congenital cataract is usually autosomal dominant, in rare cases it may be autosomal recessive or X-linked. The etiology of isolated congenital cataract is unknown in 50% of cases, but up to 30% are monogenic and generally have autosomal dominant inheritance.¹⁴

Determining the genetic etiology of congenital cataract in a family member enables a molecular diagnosis to be established and opens the possibility of prenatal diagnosis in pregnancies to be planned in the same or following generations. Non-invasive prenatal testing now makes it possible to collect blood from the mother and diagnose fetal chromosomal aneuploidy through extracellular fetal DNA circulating in the peripheral blood.¹⁵ In addition, knowing the molecular etiology of a hereditary ocular disease in the family may also allow preimplantation genetic diagnosis.¹⁶

Konjenital Katarakt Genetiği

Konjenital kataraktın moleküler etiyolojisinin saptanması hem patogenezinde etkili olan yolakların tanımlanabilmesi ve daha iyi anlaşılabilmesi için hem de bireyselleştirilmiş genetik danışma verilebilmesi için oldukça büyük öneme sahiptir. Unilateral konjenital kataraktların %47’sinin, bilateral konjenital kataraktların ise %61’inin izole olduğu, sistemik hastalıklarla birlikte olma sıklığının ise unilaterallerde %6 bilaterallerde ise %25 olduğu gösterilmiştir.¹¹ Ayrıca konjenital kataraktların yaklaşık olarak yarısı genetik etiyolojiye sahiptir.¹² Konjenital katarakt genetik heterojenite ve değişken kalıtım paternleri ile karakterizedir.¹³ Konjenital katarakt kalıtımı genellikle otozomal dominant olsa da nadiren otozomal resesif ve X’e bağlı da olabilir. İzole konjenital kataraktta etiyoloji olguların %50’sinde bilinmemektedir ancak %30 kadarı monogenik ve genellikle en sık otozomal dominant kalıtımlıdır.¹⁴

Konjenital kataraktın genetik etiyolojisinin ailede bir bireyde belirlenmesi hem moleküler tanının konulmasını sağlayacak hem de aynı nesil veya daha sonraki nesillerde planlanacak olan gebeliklerde prenatal tanı olasılığını da sağlayacaktır. Günümüzde invaziv olmayan prenatal test yöntemleri ile (NIPT; non-invasive prenatal testing) anneden kan alınarak periferik kanda dolaşan hücre dışı fetal DNA üzerinden fetal kromozomal anöploidilerin tanısının konulması mümkün hale gelmiştir.¹⁵ Ayrıca, ailedeki kalıtımsal göz hastalığının moleküler etiyolojisinin bilinmesi preimplantasyon genetik tanı konulmasını da sağlayabilmektedir.¹⁶

Mutations Associated with Congenital Cataract

Some genes that have been associated with congenital cataracts and the mutations demonstrated in these genes are shown in Table 1. Mutations that cause congenital cataracts are categorized into four basic groups:

Konjenital Katarakt Mutasyonları

Konjenital katarakt ile ilişkili bulunmuş bazı genler ve bu genlerde gösterilmiş mutasyonlar Tablo 1’de görülmektedir. Konjenital katarakta neden olan mutasyonlar temel olarak dört grupta toplanmaktadır:

1- Kristalin mutasyonları

Kristalinler, lens proteinlerinin %90’ından fazlasını oluşturur ve lensin yapısında en temel yere sahiptir.¹⁷ Kristalinler α, β ve γ olarak üç gruba ayrılabilse de β ve γ kristalinler tek aile olarak da kabul edilebilmektedir. α, β ve γ kristalinler lens proteinlerinin en büyük kısmını oluşturan suda çözünen proteinlerdir. Sadece gözde değil göz dışı dokularda da bulunmaktadırlar. Kristalinler temel olarak, anti-apoptotik, anti-degradasyon ve anti-oksidan etkileri ile lensin stabilitesinin ve saydamlığının korunmasında son derece önemli proteinlerdir.¹⁸ Mutasyonlarında farklı fenotipte konjenital katarakt olguları tanımlanmıştır.¹²

Otozomal dominant kataraktların yaklaşık %50’sinden kristalin genlerindeki mutasyonlar sorumludur.¹⁹ CRYAA, CRYAB, CRYBB1, CRYBB2, CRYBB3, CRYBA1, CRYGC, CRYGD ve CRYGS’de dahil pek çok kristalin geninde çok sayıda mutasyon saptanmıştır.^13,20,21

2- Lens membran proteini mutasyonları

Hücre zarında bulunan konneksinler, akuaporinler ve hücreler arası iletişimi sağlayan diğer proteinler bu grupta bulunmaktadır. Majör intrinsik protein, konneksin 46 ve 50 ve LIM-2 proteinlerini etkileyen mutasyonlarda da konjenital katarakt bildirilmiştir.¹² Konjenital katarakt mutasyonlarının %25’inin konneksin genlerinde olduğu bilinmektedir.²²

3- Lens hücre iskeleti elemanlarının mutasyonları

Beaded filamanlar olan CP49 ve filensin hücre iskeleti elemanlarıdır. CP49’u kodlayan BFSP-2 (Beaded filament structural protein 2) mutasyonlarında da katarakt olabileceği bildirilmiştir.¹²

4- Diğer mutasyonlar

Gelişimsel regülatör bir gen olan PITX3 (paired like homeodomain 3), PAX6 (paired box 6) ve HSF-4 (heat-shock protein factor-4) mutasyonlarında da konjenital katarakt izlenebilir.¹² Narumi ve ark.²³, bir transkripsiyon faktörünü kodlayan MAF (MAF bZIP transcription factor) geninde c.908A>C mutasyonunu bazı bireylerinde konjenital katarakta mikrokornea ve/veya iris kolobomunun da eşlik ettiği Japon bir ailede tanımlamışlardır.

Konjenital katarakt, enfeksiyonlar, teratojenler vb. fiziksel ve çevresel etkenlerle ortaya çıkabilir. Sosyo-kültürel-ekonomik altyapı, aşılama ve tarama programlarının farklılıkları, akraba evliliği sıklığı, ırklara özgü genetik özellikler dahil olmak üzere pek çok faktör konjenital katarakt sıklığı ve moleküler etiyolojisinin toplumlara özgü özellikler göstermesine neden olmaktadır.

Hansen ve ark.¹⁴, kalıtımsal konjenital kataraktı olan 28 Danimarkalı ailenin 20’sinde mutasyon tanımlamışlardır. Bu mutasyonların %36’sını kristalin genlerinde, %22’sini konneksin genlerinde, %15’ini ise transkripsiyon faktörlerini kodlayan HSF4 ve MAF genlerinde bulmuşlardır.

Devi ve ark.²⁴, yaptıkları çalışmalarında kalıtımsal pediatrik kataraktı olan 60 Hintli ailede kristalin mutasyonlarının (CRYAA, CRYAB, CRYBA1, CRYBB2, CRYGC, CRYGD, CRYGS) %16,6 olgudan sorumlu olduğunu göstermişlerdir.

Chen ve ark.²⁵, otozomal resesif konjenital kataraktı olan Pakistanlı ailelerde homozigosite taraması ile yaptıkları moleküler genetik analiz sonucunda en sık mutasyonu FYCO1 (FYVE and coiled-coil domain autophagy adaptor 1) geninde ve sonrasında sırasıyla CRYBB3, GALK1 (galactokinase 1) ve EPHA2 (EPH receptor A2) genlerinde bulmuşlardır.

Li ve ark.²⁶, bir Han Çinlisi popülasyonunda sporadik konjenital kataraktı olan 74 hastada moleküler etiyolojiyi araştırmış ve en sık mutasyonu CRYBB3 geninde daha sonra ise EPHA2, NHS (NHS actin remodeling regulator) ve WDR36 (WD repeat domain 36) genlerinde saptamışlardır.

Investigating the Molecular Etiology of Congenital Cataract

For a patient with bilateral congenital cataract, family history and pedigree tracing are followed by TORCH screening for intrauterine infections, as well as analysis of urine and blood amino acid analysis and reducing substances in the urine. Apart from these, specific genetic tests can be performed if a particular genetic etiology is suspected, and special organic acid analyses can also be performed if a metabolic disease other than galactosemia is suspected. For example, cerebrotendinous xanthomatosis is the result of a CYP27A1 (cytochrome P450 family 27 subfamily A member 1) gene mutation that causes a cholesterol metabolism disorder. It causes juvenile cataract, and xanthomas and cognitive/neurological disorders later in life. If diagnosed early, initiating oral chenodeoxycholic acid therapy can prevent later symptoms of the disease. Another example is galactosemia, which is also seen in our country. With early diagnosis and a special diet, it may be possible to slow the progression of the cataract to a certain degree.

Various techniques can be used for the evaluation of a patient with congenital cataract:²⁷

1) Conventional cytogenetic methods, especially standard karyotyping, may be preferred in the presence of developmental delay/mental disability, other malformations, growth retardation, and dysmorphic findings, which suggest that the cataract may be a component of a genetic etiology due to structural or numerical abnormalities at the chromosome level (large deletion, duplication, translocation).

2) Molecular cytogenetic methods such as fluorescence in situ hybridization is applicable if the cataract is believed to show a specific phenotypic pattern associated with a genetic etiology involving submicroscopic deletion/duplication.

3) Methods such as multiplex ligation-dependent probe amplification can be used if the cataract is suspected to occur as a result of a genetic alteration associated with a copy number change in a more specific and smaller region.

4) Methods such as array comparative genomic hybridization (array CGH) are preferable if the cataract is believed to be a component of genetic etiologies associated with copy number changes but are not clinically identifiable (e.g., mental disability spectrum).

5) Whole exome sequencing (WES) or whole genome sequencing (WGS) with confirmation by Sanger sequencing is an option if the etiology of the cataract is genetically heterogeneous and specifically associated with indistinguishable clinical presentations.

6) Sanger sequencing of a particular gene may be preferred if there is a strong and specific suspicion that the cataract is of genetic etiology and the suspect gene is known.

With all of these options, the key step is a thorough description of the phenotype, detailed evaluation of associated systemic anomalies/diseases, and identification of a preliminary clinical diagnosis.

Konjenital Katarakt Olgusunda Moleküler Etiyolojinin Araştırılması

Bilateral konjenital kataraktlı bir hastada aile öyküsü alınmasından ve pedigri çizilmesinden sonra intrauterin enfeksiyonlara yönelik olarak TORCH taraması yapılmakta, ayrıca idrar ve kan aminoasitleri, idrarda redüktan madde bakılmaktadır. Bunlar dışında eğer hastada olası bir genetik etiyolojiden şüpheleniliyorsa spesifik genetik testler ve galaktozemi dışında bir metabolik hastalıktan şüpheleniliyorsa özel organik aminoasit incelemeleri de yapılabilmektedir. Örneğin, serebrotendinöz ksantomatozis CYP27A1 (cytochrome P450 family 27 subfamily A member 1) mutasyonu ile meydana gelmektedir, kolesterol metabolizması bozukluğuna neden olur. Juvenil dönemde katarakt, sonrasında ise ksantomlar ve bilişsel/nörolojik bozukluklara neden olur. Erken dönemde tanı alması durumunda oral kenodeoksikolik asit başlanması hastalığın daha geç bulgularının ortaya çıkmasını önleyebilmektedir. Bir başka örnek ise ülkemizde de görülen galaktozemidir. Erken dönemde tanınıp özel diyet başlanması ile kataraktın ilerlemesinin belirli düzeyde yavaşlatılabilmesi söz konusu olabilir.

Konjenital kataraktı olan bir hastada²⁷;

1-  Gelişme geriliği/zihinsel yetersizlik, diğer malformasyonlar, büyüme geriliği ve dismorfik bulgular varsa, kataraktın kromozomal düzeyde yapısal veya sayısal anomali (geniş delesyon, duplikasyon, translokasyon) ile birlikte olan bir genetik etiyolojinin komponenti olabileceği düşünülür ve konvansiyonel sitogenetik yöntemler, öncelikli olarak standart karyotip,

2-  Kataraktın spesifik bir fenotipik görüntü oluşturduğu ve submikroskopik delesyon/duplikasyona yol açan bir genetik etiyoloji ile birlikte oluştuğu düşünülüyorsa moleküler sitogenetik yöntemler (FISH, fluorescence in situ hybridization vb.),

3-  Kataraktın daha spesifik ve küçük bir bölgenin kopya sayısı değişikliği ile birlikte seyreden bir genetik değişikliğin sonucu olabileceği düşünülüyorsa MLPA (Multiplex ligation dependent probe amplification) vb. yöntemler,

4-  Kataraktın kopya sayısı değişiklikleri ile birlikte seyreden ancak klinikte tanımlanabilir olmayan genetik etiyolojilerin (örn. zihinsel yetersizlik spektrumu vb.) bir komponenti olduğu düşünülüyorsa array CGH (array Comparative Genomic Hybridization) vb. yöntemler,

5-  Kataraktın etiyolojisi genetik olarak heterojen olup spesifik olarak birbirinden ayırt edilemeyen bir klinik tablo ile ilişkilendiriliyor ise tüm ekzom veya tüm genomun değerlendirilmesine yönelik (WES: whole exome sequencing, WGS: Whole genome sequencing) yöntemler ve sonrasında Sanger sekanslama ile konfirmasyon,

6-  Kataraktın genetik etiyolojisi ile ilgili kuvvetli ve spesifik bir tahmin ve olası bir gen var ise bu durumda sadece o genin doğrudan Sanger ile sekanslaması gibi yöntemler tercih edilebilmektedir.

Bu seçeneklerin hepsinde de temel basamak fenotipin iyi tanımlanması ve eşlik edebilecek sistemik anomali/hastalıkların iyi değerlendirilmesi ve klinik bir ön tanının belirlenmesidir.

Next-Generation Sequencing to Determine the Molecular Etiology of Congenital Cataract

Over the years, there has been a shift from genetic tests to genomic tests for many diseases with complex inheritance and genotypes, especially rare pediatric diseases. Genome-wide tests include aCGH, gene panels, and next-generation sequencing technologies. Traditional genetic tests include high-resolution single-gene tests (e.g., Sanger sequencing) that can identify diseases with a very specific phenotype which are caused by mutations in one or a few genes, and genome-based low-resolution cytogenetic analyses.²⁸ Modern genetic tests, on the other hand, involve next-generation sequencing technologies that enable rapid and simultaneous sequencing of a large number of genes.²⁸

Encoding regions of gene are called exons and noncoding regions are called introns. All of the exons in the human genome are referred to as the exome. Although the exome represents approximately 2% of the human genome, it contains 85% of variants known to cause disease.²⁹ Next-generation sequencing technologies are called whole exome and whole genome sequencing, although these techniques can also be targeted to a specific region of the exome or genome instead of the whole.

Whole exome sequencing is especially important in identifying mutations in Mendelian diseases with genetic heterogeneity. The main speed-limiting step in these technologies is the evaluation, interpretation, and validation of the data, which is difficult to review due to its scale. When the first genome/exome information is obtained from the patient, it is compared with the reference genome/exome to detect deviations/variants; in other words, variants are called. The next step is variant filtering by evaluating the variants’ frequency in the population and their likely relationship and effect on phenotype and inheritance. After this process, some variants are prioritized.³⁰ The clinical presentation and variant are evaluated together and deep phenotyping is performed if necessary; i.e., additional clinical/laboratory/imaging examinations are requested.³⁰ This is followed by Sanger sequencing to validate the likely causative variant and segregation analysis based on demonstrating its presence in other affected family members.

Variants are classified as pathogenic, likely pathogenic, of unknown significance, likely benign, and benign according to the data in different platforms (e.g., Varsome, Genome Data Viewer, Ensemble, The 1000 Genomes Browsers, Variation Viewer, gnomAD).^31,32

Next-generation sequencing is advantageous over other technologies in that it does not require the time-consuming and error-prone steps of older systems, DNA fragments are reproduced with special systems, and millions of sequences can simultaneously be read base by base (massive parallel sequencing) by various methods.³³ As a result, technology has gained speed, increased the reading length, and significantly reduced the frequency of errors over time.

With the technological capacity to screen the entire genome, incidental findings and/or variants of unknown significance can also be detected. These analyses produce extraordinary amounts of data, but major ethical and social issues may arise in reporting the results, especially in clinical conditions related to children.³⁴ In this case, providing genetic counseling can also become more complicated.

Although next-generation sequencing technology, WES or WGS, enables evaluation by comparing with the reference genome/exome, the large data burden poses a substantial challenge in the interpretation phase, especially with WGS. Deviations from the reference genome/exome do not always mean disease; they may need to be classified as normal variants or variants of unknown significance. In addition, it should be kept in mind that the continuing development and widespread use of this technology will increase global knowledge and experience, and as more data is obtained using this technology, earlier data will be updated and new information may emerge that results in laboratory results changing in significance and classification over time. A variant classified as unknown may later be included in the pathogenic or benign group, or a variant classified as benign may be moved to the pathogenic group. Therefore, considering that new generation technologies are a living system that are constantly evolving, it is extremely important before the test to inform the family in detail and clarify how the results could change the life of the individual and his/her family now and in the future.

A more practical implementation of next-generation sequencing technology in clinical use, which involved contacting the genetics department and informing the patient and family shortly after the patient was seen in the ophthalmology clinic, sample collection and rapid transfer to the laboratory for next-generation sequencing, was reported to increase the rate of children with congenital cataracts who received a diagnosis within 6 months from 26% to 71%.³⁵ The reduction in turnaround time was achieved by accelerating the steps that delay the workflow between clinic and laboratory and facilitating collaboration between clinicians and geneticists.³⁵

In a research project-based study, it was reported that 70% of patients with congenital cataract could be diagnosed with next-generation sequencing technology.³⁶ This high rate may not always be possible in clinical practice, but appropriate selection of patients for genetic testing and the test to perform will increase the diagnosis rate. In addition, in cases where WES is insufficient, the diagnosis rate may be increased by the use of WGS methods, which are just now becoming widespread and still have some limitations in terms of data burden and interpretation.

Although some genes/mutations have been reported in conjunction with certain types of congenital cataracts, there is not yet a direct relationship with which to establish a valid and common genotype-phenotype correlation. One of the main reasons for this is that people diagnosed with congenital cataracts often present for investigation of the molecular etiology after surgery, and the cataract morphology cannot be determined because they are pseudophakic.

In conclusion, congenital cataract is rare but causes severe morbidity, and its diagnosis and treatment are a race against time. Molecular diagnosis will provide a better understanding of the pathogenesis of the disease and enable more detailed and individualized genetic counseling, including prenatal diagnosis. Next-generation sequencing technologies are a useful and reliable method for detecting and evaluating the underlying molecular etiology of this heterogeneous genetic disease, and seem likely to continue to provide more data in the future.

Konjenital Kataraktın Moleküler Etiyolojisini Belirlemede Yeni Nesil Dizileme

Yıllar içerisinde özellikle nadir pediatrik hastalıklar başta olmak üzere kompleks kalıtımı ve genotipi olan pek çok hastalıkta genetik testlerden genomik testlere yönelim olmaya başlamıştır. Genom boyu testler, karşılaştırmalı genom hibridizasyonu (aCGH), gen panelleri ve yeni nesil dizileme teknolojilerini içermektedir. Geleneksel genetik testler; çok spesifik bir fenotipten yola çıkarak bir veya ancak birkaç gendeki mutasyon sonucunda ortaya çıkan hastalıkları tanımlamak için kullanılan yüksek çözünürlüklü tek gen testlerini (örn. Sanger sekanslama) veya genom ile ilgili düşük çözünürlüklü sitogenetik testleri içermektedir.²⁸ Modern genetik testler ise çok sayıda genin hızlı ve eş zamanlı sekanslanmasını sağlayan yeni nesil dizileme teknolojilerini içermektedir.²⁸

Genin kodlayan bölgesi ekzon, kodlamayan bölgesi ise intron olarak adlandırılmaktadır. Bir insan genomundaki tüm ekzonlar ise ekzom olarak tanımlanmaktadır. Ekzom, insan genomunun yaklaşık olarak %2’sini temsil etmesine rağmen hastalık sebebi olduğu bilinen varyantların %85’ini içermektedir.²⁹ Yeni nesil dizileme teknolojileri arasında, tüm ekzomun incelenmesi tüm ekzom sekanslama, tüm genomun incelenmesi ise tüm genom sekanslama olarak adlandırılmaktadır. Bu dizilemeler hedeflendirilmiş olarak ekzom veya genomun tamamına değil belirli bir bölgesine yönelik de olabilmektedir.

Tüm ekzom sekanslama özellikle genetik heterojenitesi olan Mendelian hastalıklarda mutasyonların tanımlanmasında önem kazanmaktadır. Bu teknolojilerde en önemli hız kısıtlayıcı basamak elde edilen gözden geçirilmesi zor büyüklükteki verinin değerlendirilmesi, yorumlanması ve valide edilmesidir. Hastadan ilk genom/ekzom bilgisi elde edildiğinde referans genom/ekzom ile karşılaştırma yapılarak sapmalar/varyantlar tespit edilir bir başka deyişle varyantlar çağrılır. Sonraki basamak, varyantın popülasyon sıklığı, fenotip ve kalıtım ile muhtemel ilişkisi ve etkisi değerlendirilerek yapılan varyant filtrelemesidir. Bu aşamadan sonra bazı varyantlar ön plana çıkar.³⁰ Klinik ile varyant tekrar birlikte değerlendirilerek gerekirse derin fenotipleme yapılır yani ek klinik/laboratuvar/görüntüleme tetkikleri istenir.³⁰ Bu aşamadan sonrası artık olası nedensel varyantın Sanger sekanslama ile valide edilmesi ve etkilenmiş aile bireylerinde de olduğunun gösterilmesine dayanan segragasyon analizi yapılmasıdır.

Varyantlar, değişik platformlardaki (Varsome, Genome Data Viewer, Ensemble, The 1000 Genomes Browsers, Variation Viewer, gnomAD vb.) veriler doğrultusunda olası patojenik, patojenik, önemi bilinmeyen, benign ve olası benign olarak sınıflandırılır.^31,32

Yeni nesil dizilemenin diğer teknolojilere göre avantajları; eski sistemlerde zaman alan ve hataya açık olan basamaklara ihtiyaç olmaması, DNA fragmanlarının özel sistemlerle çoğaltılır hale gelmesi ve milyonlarca sekansın aynı anda (masif paralel sekanslama) çeşitli yöntemlerle baz baz okunabilmesidir.³³ Bu nedenle de teknoloji, seneler içerisinde hem hız kazanmış hem okuma genişliğini artırmış hem de hata sıklığını önemli ölçüde azaltmıştır.

Teknolojinin gelişmesi ile tüm genom taranabildiği için insidental bulgular ve/veya anlamı bilinmeyen varyantlar saptanabilmektedir. Bu testler ile olağanüstü miktarlarda veri sağlanıyor olsa da özellikle çocuklarla ilgili klinik durumlarda sonuçların bildirilmesinde önemli etik ve sosyal sorunlar ortaya çıkabilmektedir.³⁴ Bu durumda genetik danışma verilmesi de daha komplike hale gelebilmektedir.

Yeni nesil dizileme teknolojisi, WES veya WGS, referans genom-ekzom ile karşılaştırılarak değerlendirilme yapılmasına imkan verse de oldukça fazla veri yükünün olması özellikle WGS’de, yorumlama aşamasında önemli bir zorluk yaratmaktadır. Referans genom/ekzomdan sapmalar her zaman hastalık anlamına gelmemekte, normal varyant veya anlamı bilinmeyen varyant olarak sınıflandırılması gerekebilmektedir. Ayrıca, bu teknolojinin giderek gelişmesi ve daha yaygın olarak kullanılması dünya çapında daha fazla bilgi ve deneyim kazanılmasını sağladığı ve teknoloji kullanıldıkça daha fazla veri elde edilip, geçmişte elde edilen veriler de güncellendiği için, laboratuvar tarafından verilen sonucun zaman içerisinde anlam ve sınıf değiştirebileceği, anlamı bilinmeyen varyasyon olarak sınıflandırılan bir varyantın zaman içerisinde patojenik veya benign gruba alınabileceği veya benign olarak sınıflandırılan bir varyantın zaman içerisinde patojenik gruba dahil edilebilmesine neden olabilecek ek verilerin ortaya çıkabileceği unutulmamalıdır. Bu nedenle, yeni nesil teknolojilerinin sürekli ve aktif bir şekilde kendini yenileyen adeta canlı bir sistem olduğu göz önünde bulundurularak test öncesinde aileye ayrıntılı bilgilendirilme yapılması, sonuçların kişinin ve ailesinin hayatında şu an ve gelecek için nasıl değişiklikler yaratacağı konusunda aydınlatılması son derece önemlidir.

Yeni nesil dizileme teknolojisinin klinik kullanıma daha pratik bir şekilde adapte edilmesi, hastaların klinikte görülmesinden kısa bir süre sonra genetik bölümü ile iletişime geçilerek hasta ve hasta ailesinin bilgilendirilmesi, örnek alınması ve örneklerin laboratuvara hızlı transferi yeni nesil dizileme ile altı ay içerisinde tanı alan konjenital kataraktlı çocuk oranını %26’dan %71’e çıkarmıştır.³⁵ Sonuç verme süresinde kısalma özellikle klinik-laboratuvar arasındaki iş akışında hız yavaşlatan basamakların hızlandırılması ve klinisyen-genetikçi işbirliğinin kolaylaştırılması ile olmuştur.³⁵

Araştırma projesi temelli bir çalışmada yeni nesil dizileme teknolojisi ile konjenital katarakt olgularının %70’inde tanı koyma şansının olduğu bildirilmiştir.³⁶ Bu yüksek oran klinik pratikte her zaman mümkün olmayabilir ancak genetik test istenecek hastanın ve yapılacak testin doğru seçilmesi tanı sıklığını artıracaktır. Ayrıca, tüm ekzom sekanslamanın yetersiz kaldığı durumlarda günümüzde kullanımı henüz yaygınlaşmaya başlayan, veri yükü ve yorumlanması açısından hala aşılamayan bazı kısıtlılıkları olan tüm genom dizileme yöntemlerinin kullanımı da tanı sıklığını artırma yönünde yardımcı olabilecektir.

Literatürde bazı gen/mutasyonlar belirli konjenital katarakt tipleri ile birlikte rapor edilmiş olsa da geçerli ve yaygın bir genotip-fenotip korelasyonu kurulabilecek direkt bir ilişki henüz mevcut değildir. Bunun en önemli sebeplerinden biri konjenital katarakt tanısı alan kişilerin çoğu zaman ameliyat sonrasında moleküler etiyoloji araştırılması için başvurması ve psödofak oldukları için katarakt morfolojisinin belirlenememesidir.

Sonuç olarak, konjenital katarakt nadir olsa da ciddi morbiditeye sahip olan, tanı ve tedavisinde zaman ile yarışılan bir hastalıktır. Moleküler tanının konulması, hastalık patogenezinin daha iyi anlaşılmasını ve prenatal tanı da dahil olmak üzere daha ayrıntılı ve bireyselleştirilmiş genetik danışma verilmesini sağlayacaktır. Yeni nesil dizileme teknolojileri, heterojen genetiğe sahip olan bu hastalıkta altta yatan moleküler etiyolojinin saptanması ve değerlendirilmesinde kullanışlı ve güvenilir bir yöntemdir ayrıca gelecekte daha fazla veri alınmasını da sağlayacak gözükmektedir.