Genomic Newborn Screening for treatable rare diseases: the Screen4Care TREAT-Panel study

Le malattie rare colpiscono complessivamente oltre 300 milioni di persone nel mondo e sono spesso caratterizzate da una vera e propria “odissea diagnostica”, durante la quale i pazienti affrontano ritardi significativi nell’ottenere una diagnosi definitiva e, di conseguenza, nell’accedere tempestivamente alle terapie. Lo screening neonatale classico ha dimostrato un’elevata efficacia per un numero limitato di patologie, principalmente metaboliche ed endocrine, in cui la rilevazione precoce di marcatori biochimici consente interventi salva vita. Tuttavia, i pannelli di NBS convenzionale coprono solo una frazione delle malattie rare trattabili. Lo screening genomico neonatale è oggi oggetto di crescente interesse come possibile estensione del NBS tradizionale, con l’obiettivo di ampliare il panorama diagnostico mantenendo al contempo standard analitici rigorosi e un approccio responsabile alla restituzione dei risultati. In questo contesto si inserisce il progetto europeo Screen4Care (S4C), volto a valutare la fattibilità e l’utilità clinica dello screening genomico neonatale. Un elemento centrale del progetto è lo sviluppo del TREAT-panel, un test di sequenziamento mirato concepito per l’identificazione precoce delle malattie rare trattabili. Il pannello comprende 245 geni, selezionati sulla base di criteri espliciti di trattabilità, validità clinica, età di insorgenza e gravità. I geni inclusi coprono le principali categorie cliniche, con una prevalenza delle patologie metaboliche (43,3%), seguite da disordini ematologici/coagulativi (13,5%), endocrini (11,8%), immunologici (10,6%), neurologici/neuromuscolari (10,2%), renali (3,7%), sindromici (2,4%), cardiaci (1,6%) e altri (2,9%). La valutazione analitica ha incluso il confronto tra due pipeline bioinformatiche (CNAG e Genoox), che ha evidenziato differenze nell’output di variant calling. Una procedura strutturata di revisione manuale, basata su database di frequenza allelica (es. gnomAD), sull’archivio ClinVar del NIH, sull’Human Gene Mutation Database (HGMD), sulla letteratura scientifica e sui criteri ACMG/AMP, insieme all’analisi del contesto genomico (es. regioni centromeriche o a bassa complessità), ha permesso di ridurre significativamente i falsi positivi e di armonizzare i risultati. Complessivamente, 81 varianti hanno soddisfatto i criteri di riportabilità clinica. In conclusione, questa tesi descrive la progettazione e la validazione del TREAT-panel di Screen4Care come modello concreto di gNBS. Combinando criteri mirati di selezione genica con una rigorosa valutazione analitica, il lavoro dimostra la fattibilità di implementare il gNBS come complemento allo screening neonatale classico. Il consorzio Screen4Care, grazie alla collaborazione multicentrica e multidisciplinare a livello europeo, fornisce inoltre l’infrastruttura necessaria per standardizzare i metodi, confrontare le pipeline e sostenere percorsi realistici di implementazione. I risultati contribuiscono così a rafforzare l’evidenza scientifica a favore di diagnosi più precoci e clinicamente significative per le malattie rare, con chiare implicazioni per i futuri programmi di sanità pubblica.

Rare diseases (RDs) collectively affect over 300 million individuals worldwide and are often characterized by a diagnostic odyssey, during which patients experience substantial delays in receiving a definitive diagnosis and, consequently, timely access to treatment [1]. Classical newborn screening (NBS) has demonstrated high efficacy for a limited subset of disorders, primarily metabolic and endocrine conditions, where early biochemical detection enables life-saving interventions [2,3]. However, conventional NBS panels identify only a fraction of treatable rare diseases. Genomic newborn screening (gNBS) is now being explored as an expansion of NBS to broaden the diagnostic landscape while upholding rigorous analytical standards and responsible result reporting [4,5]. Within this framework, the Screen4Care (S4C) project [6] aims to demonstrate the feasibility and clinical utility of gNBS. A central deliverable is the development of the TREAT-panel, a targeted sequencing assay specifically designed for treatable RD [7]. The panel comprises 245 genes, selected according to explicit criteria of treatability, clinical validity, age of onset, and severity. Genes span major disease categories, with the largest share in metabolic disorders (43.3%), followed by blood/coagulation (13.5%), endocrinological (11.8%), immune (10.6%), neurological/neuromuscular (10.2%), renal (3.7%), syndromic (2.4%), cardiac (1.6%), and other (2.9%). Analytical evaluation included a comparison of two bioinformatic pipelines (CNAG and Genoox), which revealed differences in the variant calling output. Structured manual curation, drawing on population allele-frequency resources (e.g., gnomAD), the NIH ClinVar archive, the Human Gene Mutation Database (HGMD), peer-reviewed literature, and the classification framework of the American College of Medical Genetics and Genomics / Association for Molecular Pathology (ACMG/AMP), together with genomic-context checks (e.g., centromeric/low-complexity regions), substantially reduced false positives and harmonized outputs. Overall, 81 variants met criteria for clinical reportability. In conclusion, this thesis describes the design and validation of the S4C TREAT-panel as a concrete model for gNBS. By combining specific gene-selection criteria with rigorous analytical evaluation, the study demonstrates the feasibility of implementing gNBS as a complement to classical NBS. Importantly, the Screen4Care consortium, through its multi-centre and multidisciplinary collaboration across Europe, provides the structure required to standardise methods, benchmark pipelines, and support realistic implementation pathways. The results therefore contribute to a growing evidence base supporting earlier and more clinically meaningful diagnoses for RD, with clear implications for future public-health programmes.