ОСНАЩЕНИЕ И УСЛУГИ ДЛЯ НАУЧНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ
Немного об истории развития хромосомного тестирования
В течение последнего десятилетия хромосомный микроматричный анализ (ХМА) набирает популярность в пренатальной диагностике. Хромосомные аномалии ответственны за более чем 300 синдромов человека, охватывающих широкий спектр геномных дисбалансов: от полиплоидии и анеуплоидии (аномалии числа хромосом) до субмикроскопических делеций и дупликаций [1].
Хромосомные аномалии встречаются у 1 из 150 рожденных детей и становятся причиной выкидышей примерно в 25% всех случаев, а также 50–60% выкидышей в первом триместре беременности. Как правило, частота развития анеуплоидий плода увеличивается с возрастом матери [2]. Есть и другая причина неблагоприятного прогноза для развития плода, не зависящая от возраста матери — вариация числа копий генов (CNV) [3].
Хромосомные аномалии встречаются у 1 из 150 рожденных детей и становятся причиной выкидышей примерно в 25% всех случаев, а также 50–60% выкидышей в первом триместре беременности. Как правило, частота развития анеуплоидий плода увеличивается с возрастом матери [2]. Есть и другая причина неблагоприятного прогноза для развития плода, не зависящая от возраста матери — вариация числа копий генов (CNV) [3].
Тенденции в методах хромосомного тестирования
Традиционное кариотипирование исторически было золотым стандартом для выявления крупных хромосомных аномалий . Этот метод помогает выявить аномалии числа хромосом (полиплоидии или анеуплоидии), относительно крупные структурные аномалии, видимые при определенном разрешении микроскопа, сбалансированные или несбалансированные транслокации и инверсии.
Тем не менее, кариотипирование имеет несколько ограничений, например, относительно длительное время обработки клеточной культуры, необходимость квалифицированных технических специалистов для выполнения анализа и неспособность обнаружить субмикроскопические хромосомные аберрации [4].
Помимо кариотипирования, в последние десятилетия были разработаны различные молекулярно-цитогенетические методы. Например, флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) устраняет разрыв между цитогенетическими и молекулярными подходами. FISH помогает обнаруживать клинически значимые хромосомные аберрации в клетках во время метафазы или интерфазы. Основное преимущество FISH — быстрая визуализация физического местоположения целевого зонда в отдельных клетках [5]. Однако, разрешающая способность метода все же ограничена.
ХMA же может не только идентифицировать большинство хромосомных дисбалансов, обнаруженных с помощью обычного цитогенетического анализа, но также и CNV с высоким разрешением [6]. Для пренатальных исследований используются две основные платформы микрочипов: генетическое тестирование методом сравнительной гибридизации на микрочипах (aCGH) и массивы SNP. Последние представляют собой тип микрочипа, используемый для анализа полиморфизма в популяции.
В aCGH хромосомы помечаются большим количеством картированных зондов, нанесенных на стандартные предметные стекла [3]. Эти микроматричные зонды охватывают весь геном, особенно плотно покрывая клинически значимые гены и регионы. После гибридизации образца ДНК плода и нормальной эталонной геномной ДНК с целевыми последовательностями на микроматрице предметное стекло сканируется для измерения интенсивности флуоресценции на каждой мишени на микрочипе [6]. После этого ученые сравнивают показатели флуоресценции при помощи биоинформатических инструментов.
В свою очередь зонды SNP обладают дополнительными преимуществами, хотя основаны на схожей технологии. Например, они позволяют обнаруживать хромосомные аномалии, нейтральные по числу копий, такие как длинные участки гомозиготности, возникающие из-за кровного родства и контаминации материнских клеток (MCC) [7].
Традиционное кариотипирование исторически было золотым стандартом для выявления крупных хромосомных аномалий . Этот метод помогает выявить аномалии числа хромосом (полиплоидии или анеуплоидии), относительно крупные структурные аномалии, видимые при определенном разрешении микроскопа, сбалансированные или несбалансированные транслокации и инверсии.
Тем не менее, кариотипирование имеет несколько ограничений, например, относительно длительное время обработки клеточной культуры, необходимость квалифицированных технических специалистов для выполнения анализа и неспособность обнаружить субмикроскопические хромосомные аберрации [4].
Помимо кариотипирования, в последние десятилетия были разработаны различные молекулярно-цитогенетические методы. Например, флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) устраняет разрыв между цитогенетическими и молекулярными подходами. FISH помогает обнаруживать клинически значимые хромосомные аберрации в клетках во время метафазы или интерфазы. Основное преимущество FISH — быстрая визуализация физического местоположения целевого зонда в отдельных клетках [5]. Однако, разрешающая способность метода все же ограничена.
ХMA же может не только идентифицировать большинство хромосомных дисбалансов, обнаруженных с помощью обычного цитогенетического анализа, но также и CNV с высоким разрешением [6]. Для пренатальных исследований используются две основные платформы микрочипов: генетическое тестирование методом сравнительной гибридизации на микрочипах (aCGH) и массивы SNP. Последние представляют собой тип микрочипа, используемый для анализа полиморфизма в популяции.
В aCGH хромосомы помечаются большим количеством картированных зондов, нанесенных на стандартные предметные стекла [3]. Эти микроматричные зонды охватывают весь геном, особенно плотно покрывая клинически значимые гены и регионы. После гибридизации образца ДНК плода и нормальной эталонной геномной ДНК с целевыми последовательностями на микроматрице предметное стекло сканируется для измерения интенсивности флуоресценции на каждой мишени на микрочипе [6]. После этого ученые сравнивают показатели флуоресценции при помощи биоинформатических инструментов.
В свою очередь зонды SNP обладают дополнительными преимуществами, хотя основаны на схожей технологии. Например, они позволяют обнаруживать хромосомные аномалии, нейтральные по числу копий, такие как длинные участки гомозиготности, возникающие из-за кровного родства и контаминации материнских клеток (MCC) [7].
Источники
- Peters, David G., et al. "Recent advances of genomic testing in perinatal medicine." Seminars in perinatology. Vol. 39. No. 1. WB Saunders, 2015.
- Rose, Nancy C., et al. "Screening for fetal chromosomal abnormalities: ACOG practice bulletin, number 226." Obstetrics & Gynecology 136.4 (2020): e48-e69.
- Carvalho CM, Zhang F, Lupski JR. Evolution in health and medicine Sackler colloquium: Genomic disorders: a window into human gene and genome evolution. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107 Suppl 1(Suppl 1):1765-1771. doi:10.1073/pnas.0906222107
- Vermeesch, Joris Robert, et al. "Guidelines for molecular karyotyping in constitutional genetic diagnosis." European Journal of Human Genetics 15.11 (2007): 1105-1114.
- Speicher, Michael R., and Nigel P. Carter. "The new cytogenetics: blurring the boundaries with molecular biology." Nature reviews genetics 6.10 (2005): 782-792.
- Dugoff, Lorraine, et al. "The use of chromosomal microarray for prenatal diagnosis." American journal of obstetrics and gynecology 215.4 (2016): B2-B9.
- Schwartz, Stuart. "Clinical utility of single nucleotide polymorphism arrays." Clinics in laboratory medicine 31.4 (2011): 581-594.