前沿资讯

基因组芯片扫描技术检测报告解读

来源:《遗传病分子基础与基因诊》  作者: 曾溢滔  日期:2020-07-27

  1、基因组芯片扫描技术简介

  CMA技术主要用于检测基因组中存在的拷贝数变异(copy number variant,CNV)。依据设计原理的不同,目前临床应用的主要CMA平台有两类:微阵列比较基因组杂交(array-CGH)芯片和单核苷酸多态性微阵列( single nucleotide polymorphism array,SNP)芯片。除了能检测CNV,SNP芯片还能检测基因组中存在的杂合缺失(absence of heterozygosity,AOH)。近年来, array-CGH平台技术也引入了能够检测AOH的设计。所以,尽管原理有所不同,两大平台在临床应用的适用范围已无太大的差异。

  比起染色体核型分析,CMA有明显的优势,主要包括:①CMA能比较准确、客观地界定CNV的区间及大小,而核型分析要依赖对染色体区带的主观观察和判断;②CMA可检出几十碱基的基因组片段缺失或重复,而550条带的核型分析可达到的最高分辨率是5~10Mb,相比较,CMA比核型分析的分辨率高近千倍;③CMA可在全基因组水平上同时检测多种染色体不平衡导致的基因或基因组病,而核型分析将会漏掉5~10Mb以下的缺失和(或)重复;④与核型分析相比,CMA检测不需要进行细胞培养,几乎可用于任何组织的DNA分析,不但缩短了实验周期,扩大了标本的检测类型,也在一定程度上消除了一些细胞在培养过程中选择性的生长优势或劣势,使检测的结果更加客观;⑤SNP信息融入CMA技术之中,不但能检出CNV,还能检测AOH的存在,进而推断可能存在的单亲二倍体(uni parental disomy,UPD)、受检个体父母间的亲缘关系和一定比例的嵌合体;⑥更容易通过网络搜索和传输数据(a ready interface of the data with genome browsers and databases)。

  与染色体核型分析相比,CMA技术的局限性在于:①不能检测染色体平衡易位、倒位及复杂性重排;②不能区分自由的三体型( free trisomy)和罗伯逊易位(Robertsoniantranslocation);③不能确定复杂性基因组重排的机制;④不能或不容易检测到(取决于选用的技术平台)多倍体(三倍体和四倍体)。

  与目前NGS基础之上的全基因组测序(NGS-basedwhole genome sequencing)分析技术相比,CMA具有技术操作简单、数据分析快速、结果解释容易等特点。但随着NGS全基因组测序价格的快速下降,CMA检测技术的应用将会逐渐减少,因为CMA与染色体核型分析技术相比所存在的局限性,NGS都可以弥补;而且NGS的下列功能,如检测点变异、检测微小片段的重复和缺失(低于探针覆盖和检测能力以下)、检测出低比例嵌合体(<10%)、检出基因表达异常和甲基化异常等,CMA也不具备。

  2010年美国医学基因学与基因组学学会( American College of Medical Genetics and Genomics, ACMG)发表了CMA指南 ,并数次做了进一步的解读 ,世界各国已陆续出版CMA应用指南。这些指南建议在下列儿童遗传病诊断中将CMA推荐为一线检测手段:①不明原因发育迟缓(或)智力落后;②非已知综合征的多发畸形;③自闭症谱系障碍。对于有下列临床表型的患者,CMA也是应用的指征,如非家族性的身材矮小、肥胖,未知原因的语言发育延迟、癫痫及其他神经发育障碍等。

基因组芯片

  2、基因组芯片扫描技术检测报告解读

  1. CNV 的解读原则

  (1) CNV的区间越大,越可能有临床意义。但人类基因组中有一些大于1 Mb的CNV并无致病性,有的甚至超过5 Mb;而一些很小的CNV如涉及关键基因或关键基因的一部分,也可致病。

  (2)CNV包含的基因越多,越可能有临床意义。但包含基因的功能及致病性比基因的数量更为重要。当考虑基因的致病性时,CNV邻近的基因也应该考虑,因为CNV中可能含有对邻近基因有调控作用的功能区域。

  (3)缺失的CNV比重复的CNV更有临床意义。致病性缺失的CNV常含有单倍剂量不足的基因(haploinsufficiency),而致病性重复的CNV可能含有三倍剂量敏感基因(triplosensitivity)。

  (4)新发(de novo)变异比父母传递下来的变异更可能具有致病性。但从表型正常父母传递下来的变异不一定没有临床意义,主要是由于CNV存在广泛的不完全外显( incomplete penetrance)和表现度的差异( variable expressivity)。

  (5)将检测到的CNV与正常CNV的数据库和异常CNV的数据库进行比较,如DGV ( http://dgv.tcag.ca/dgv/app/home )、DECIPHER ( https://decipher.sanger.ac.uk/)、ClinVar(http://www.ncbinlm.nih.gov/clinvar/),及高质量的自建数据库(local database)。一般而言,正常人群中出现类似的CNV变异越多,显示其非致病性的可能性就越大,但并不是在正常人群中出现过的变异就一定没有临床意义。由于CNV存在一定程度的种族差异,对中国人而言,建立一个统一的,包括中国各民族在内的CNV数据库对于判断这些CNV的临床意义尤为重要。

  总之,判断一个CNV的临床意义,需要根据CNV区域的剂量(缺失或重复)、大小、所包含基因的功能及致病性、基因的数量,及参考数据库资料进行综合分析。

  2. CNV分类: ACMG指南将CNV分成5级

  (1)致病性CNV( pathogenic)缺 失或重复的CNV与一个已确定的微缺失/微重复综合征(microdeletion or microduplication syndromes)的致病区域在位置和大小上匹配,或缺失的CNV中包含因单倍剂量不足而致病的基因或基因的一部分,或重复的CNV中包含三倍剂量敏感基因的全部(单倍剂量不足和三倍剂量敏感基因的信息可查询http://www.ncbinlm.nih.gov/.projects/dbvar/clingen/)。即使尚无报道,如果检测到的CNV远大于1Mb,涉及许多重要的基因,且是新发变异,也可归类为致病性的CNV.值得注意的是,因不完全外显、表现度的差异等原因,相同致病类CNV在不同的个体之间并不一定导致相同的临床表型。

  (2)可能致病性CNV(likelypathogenic)当一个CNV如果有90%的可能性是致病的,定义为可能致病性CNV.下列各种情况均属于这一-类的情况:①一段缺失或重复的CNV与一个已报道的致病性缺失或重复有部分重叠;②一个CNV涉及可疑但并未在疾病致病机制中证实的基因,或涉及的基因虽有支持单倍剂量不足或三倍剂量敏感的证据,但不足以得出肯定结论。

  (3)临床意义不明的CNV(VUS)此类变异既不符 合致病条件也不符合良性条件,与文献报道中的结论尚未一致,暂没有足够的证据作肯定的分类。

  (4) 可能良性CNV 含有基因的变异在正常人群中多次发生,但发生率未达1%.

  (5)良性CNV涉及的CNV在DGV数据库或内部数据库中的发生率>1%;或该CNV已在多个同行审议的出版物或经审校的数据库(如ClinVar)中报告为良性;或正常人群中有发生,但不到1%的发生率,CNV不包含任何基因或重要的基因组成部分。

  3. AOH的解读原则

  AOH大致有3种起因。

  (1)血源同一(identitybydescent,IBD)这是由于父母是远亲关系,在基因组中表现为小的AOH分散在少数几条染色体上。

  (2)近亲关系(consanguinity)这是由 于父母的亲缘关系较近,在基因组中表现为许多染色体。上有较大的AOH片段,纯合区总和在基因组中所占比例可以反映亲缘关系的程度: 25%左右的比例提示一级亲缘关系,12. 5%左右的比例提示二级亲缘关系,6.25%左右的比例提示三级亲缘关系。虽然这些AOH本身不致病,但会增加隐性遗传病的发生风险“.对于近亲关系也需要做好检测前后的咨询。

  (3)单亲二倍体(uniparental disomy, UPD)这是 -类特殊的遗传现象,是指某一染色体的两个拷贝均来源于父亲或母亲,包含异单亲二倍体( heterodisomy)和等单亲二倍体( isodisomy)两种情况。CMA只能检测出等单亲二倍体。由UPD引起的AOH一般只发生在一条染色体上面,有时整条染色体表现为AOH,有时因异单亲二倍体和等单亲二倍体发生在同一染色体上,AOH表现为区域性( segmental UPD)。已知第6.7.11、14.15及20号染色体有印迹致病基因,当AOH发生在这几条中的一条染色体(较大可能性为UPD)时,而AOH长度又超过一-定的长度,该AOH可分类为可能致病,需进

  一步证实是UPD,并结合临床表征进行分析。对于报告AOH,除了第三类AOH中提到的发生在第6.7.11.14、15及20号染色体。上的AOH归属可能致病外,其他AOH归类为临床意义不明确,应结合临床表型寻找隐性致病基因外显的可能。

  4. 实验室报告的书写原则

  (1)实验室报告的标准 每个实验室根据自己的规定报告分类后的CNV/AOH.

  实验室可以选择不报告良性甚至可能良性CNV.实验室报告中对每一个CNV,应包含以下信息:①细胞遗传学定位(染色体编号和细胞遗传学条带名称);②剂量:如拷贝数重复及重复的次数和(或)缺失及缺失的拷贝数结果,特别标明男性X或Y染色体上一个拷贝数缺失导致的0拷贝结果;③指定基因组版本下的CNV大小与坐标。

  (2)参考模板 人类细胞遗传学命名国际系统(ISCN, 2016)的标准写法参考McGowan-Jordan J, Simons A,Schmid M. An International System for Human Cytogenomic Nomenclature (2016)。 Reprint of: Cytogenetic and Genome Research 2016,Vol. 149, No.1-2, ISBN: 978-3-318-05857-4.比起2013年版的ISCN,2016年版的ISCN有多处大的改动,例如, 2013年版”arr[hgl9]7qlL 23(72, 726,578 -74, 139,390) xl“改成2016年版的”arr[GRCh38 ]7l1.23(72726578_ 74139390)xl“. 改动的地方包括:①基因组的版本注释不在采用[hg19],而是采用[GRCh38]形式。②”-“被”_“取代。③碱基位置中的分割号”,“被取消。④2016 年版本提供长和短两种书写方法。短写方式为16p11.2 (29641678_ 30187279) x1;长写方式为16p11.2 (29320030x2, 29641678_ 30187279x1 ,30321210x2);长写方式可以显示出可能的最大及最小缺失区域。⑤2016 年版本允许注释胚系发生的AOH,如arr[ GRCh38 ] 8p23.2p12 ( 5345962_29683235)x2 hmz c.

  (3)注意事项有一些特殊情况,在报告的书写时要加以考虑:①隐性遗传基因的携带状态(单拷贝缺失的片段中含有隐性的致病基因)。如果临床症状与此致病基因相吻合,在此类情况下,可能有必要建议对未缺失拷贝的等位基因进行分子检测(如基因测序),确定剩余那个等位基因是否有致病的变异。如没有,此CNV对所患疾病无明确诊断价值,被检测者为隐性致病基因的携带者。②成年发病者症状发生前或未确诊疾病的变异状态。某些CNV尽管与患者就诊原因无关,但可能对尚未发生或临床上未检测到的疾病具有明确的诊断价值,例如涉及Y染色体上AZF区的基因缺失引起的男性不育,遵照ACMG指南,建议报告这类CNV,以指导就医。有些实验室可能希望对特定疾病采取不予报告,但应在实验室检测报告中申明。

手机(24小时)18030879397

在线咨询:09:00~17:30