المصفوفات الكروموسومية والتهجين الجينومي المقارن

يُعد التهجين الجينومي المقارن (CGH) وتحليل المصفوفات الكروموسومية من الطرق الوراثية الخلوية الجزيئية التي تكشف عن الزيادات والنقصان في عدد النسخ الجينومية عن طريق مقارنة جينوم اختباري بآخر مرجعي. من خلال نقل المقارنة إلى مصفوفة تضم آلاف الأهداف الجينومية، ترسم الأساليب القائمة على المصفوفات خرائط للحذف والتضاعف عبر الجينوم بأكمله بدقة تفوق بكثير دقة التلوين الكروموسومي، مما يجعلها أداة عالية الدقة للكشف عن الاختلالات تحت المجهرية.

Definition

المصفوفة الكروموسومية مع التهجين الجينومي المقارن هي طريقة لتحليل عدد النسخ تتنافس فيها عينات الحمض النووي الاختبارية والمرجعية، الموسومة بشكل مختلف، للتهجين مع أهداف جينومية محددة، بحيث تكشف نسب الفلورة عن الزيادات والنقصان في المادة الجينومية عبر الجينوم.

Scope

يغطي هذا الموضوع مبدأ التهجين التنافسي الذي يقوم عليه التهجين الجينومي المقارن (CGH)، وتطوره من التهجين الجينومي المقارن في الطور الاستوائي إلى التهجين الجينومي المقارن القائم على المصفوفات ومصفوفات تعدد الأشكال النوكليوتيدية المفردة (SNP arrays)، وما توفره هذه المنصات من معلومات حول عدد النسخ، وقيودها المميزة فيما يتعلق بإعادة الترتيبات المتوازنة. إنه مرجع منهجي ولا يقدم إرشادات للإدارة السريرية.

Core questions

• كيف يكشف التهجين التنافسي للحمض النووي الاختباري والمرجعي عن تغير عدد النسخ؟
• ما الذي غيره الانتقال من التهجين الجينومي المقارن في الطور الاستوائي إلى المنصات القائمة على المصفوفات فيما يتعلق بالدقة؟
• كيف تختلف المصفوفات الكروموسومية والتهجين الجينومي المقارن القائم على المصفوفات ومصفوفات تعدد الأشكال النوكليوتيدية المفردة (SNP arrays) في المعلومات التي توفرها؟
• لماذا لا تستطيع المصفوفات الكروموسومية الكشف عن إعادة الترتيبات المتوازنة أو الفسيفساء منخفضة المستوى؟

Key concepts

• تغير عدد النسخ (CNV)
• التهجين التنافسي (النسبي)
• التهجين الجينومي المقارن في الطور الاستوائي مقابل التهجين الجينومي المقارن القائم على المصفوفات
• مصفوفة تعدد الأشكال النوكليوتيدية المفردة (SNP array)
• الدقة الجينومية وكثافة المجسات
• تحديد عدد النسخ على مستوى الجينوم
• الكشف عن مناطق التجانس (مصفوفات تعدد الأشكال النوكليوتيدية المفردة)
• القيود على إعادة الترتيبات المتوازنة

Mechanisms

في التهجين الجينومي المقارن، يتم وسم الحمض النووي الاختباري والمرجعي بفلوروفورات مختلفة وتهجينهما معًا إلى هدف مشترك؛ وحيثما يكون للجينوم الاختباري زيادة أو نقصان في عدد النسخ، فإن نسبة الفلورة تنحرف عن القيمة المرجعية المتوازنة، مما يرسم خريطة للاختلال. في الطريقة الأصلية، كان الهدف هو انتشار الطور الاستوائي الطبيعي، مما حد من الدقة؛ وقد أدى استبداله بمصفوفة من المستنسخات الجينومية أو القليلات النوكليوتيدية المحددة (التهجين الجينومي المقارن القائم على المصفوفات) إلى زيادة الدقة بمقادير كبيرة وسمح بتحديد دقيق لمواقع الزيادات والنقصان. تستجوب مصفوفات تعدد الأشكال النوكليوتيدية المفردة (SNP arrays) بالإضافة إلى ذلك المواقع متعددة الأشكال، مما يوفر معلومات النمط الجيني التي يمكن أن تكشف عن مناطق التجانس وتساعد في الكشف عن الانفصال أحادي الأبوين. نظرًا لأن هذه المنصات تقيس فقط الكمية النسبية للمادة الجينومية، فإنها تكشف عن التغيرات غير المتوازنة (الحذف والتضاعف) بدقة عالية ولكن لا يمكنها الكشف عن إعادة الترتيبات المتوازنة التي لا تغير عدد النسخ، ولديها حساسية محدودة للفسيفساء منخفضة المستوى.

Clinical relevance

تُستخدم المصفوفات الكروموسومية لتحديد الزيادات والنقصان في عدد النسخ تحت المجهرية في تقييم الإعاقة التنموية، والتشوهات الخلقية، وبعض أنواع السرطان، حيث تكشف عن العديد من الاختلالات التي تقل عن دقة التنميط النووي. وقد أوصت الإرشادات التوافقية بها كاختبار من الدرجة الأولى للإعاقة التنموية غير المبررة أو التشوهات الخلقية، مع الإشارة إلى أن التنميط النووي أو التهجين الموضعي المتألق (FISH) لا يزال ضروريًا عند الاشتباه في إعادة ترتيب متوازن. يصف هذا المدخل كيفية توليد نتائج المصفوفات؛ وهو ليس أساسًا لقرارات التشخيص أو العلاج الفردية.

Evidence & guidelines

أوصى بيان توافقي دولي بقيادة ميلر وزملاؤه (2010) بالمصفوفة الكروموسومية كاختبار تشخيصي سريري من الدرجة الأولى للأفراد الذين يعانون من إعاقات نمو أو تشوهات خلقية، مع الاعتراف بالدور المستمر للتنميط النووي في إعادة الترتيبات المتوازنة. يتم الإبلاغ عن نتائج عدد النسخ باستخدام اتفاقيات النظام الدولي لتسمية الوراثة الخلوية البشرية (ISCN).

History

تم تقديم التهجين الجينومي المقارن بواسطة كالونييمي وزملاؤه في عام 1992 كطريقة لمسح التغيرات في عدد النسخ عبر جينوم الأورام الصلبة باستخدام تهجين واحد للكروموسومات في الطور الاستوائي. أظهر سوليناس-تولدو وزملاؤه في عام 1997 التهجين الجينومي المقارن القائم على المصفوفات (array-based CGH)، حيث استبدلوا الهدف في الطور الاستوائي بمصفوفة من المستنسخات الجينومية وحسنوا الدقة بشكل كبير. ثم أصبحت المصفوفات الكروموسومية والتهجين الجينومي المقارن القائم على المصفوفات، ولاحقًا مصفوفات تعدد الأشكال النوكليوتيدية المفردة (SNP arrays)، أدوات روتينية عالية الدقة، وبحلول عام 2010، وضع التوافق المصفوفة الكروموسومية كاختبار تشخيصي من الدرجة الأولى في الإعدادات السريرية المحددة.

Key figures

• Anne Kallioniemi
• Daniel Pinkel
• Joe W. Gray
• Peter Lichter
• David T. Miller

Seminal works

• kallioniemi-1992
• solinas-toldo-1997
• miller-2010

Frequently asked questions

ما هي الميزة الرئيسية للمصفوفات الكروموسومية على التنميط النووي؟

تكشف عن الزيادات والنقصان في عدد النسخ عبر الجينوم بدقة أعلى بكثير من التلوين الكروموسومي، وتحدد العديد من الحذف والتضاعف تحت المجهرية التي لا يمكن للتنميط النووي رؤيتها.

لماذا قد تفوت المصفوفات الكروموسومية عملية انتقال متوازنة؟

تقيس المصفوفات الكروموسومية والتهجين الجينومي المقارن الكمية النسبية للمادة الجينومية، لذا فهي تكشف عن الزيادات والنقصان ولكن ليس عن إعادة الترتيبات التي تنقل المادة دون تغيير عدد النسخ؛ وبالتالي، يتطلب الكشف عن الانتقال المتوازن التنميط النووي أو التهجين الموضعي المتألق (FISH).