تغايرات عدد النسخ: الكشف والتصنيف

تغاير عدد النسخ (CNV) هو جزء من الحمض النووي يختلف عدد نسخه بين الأفراد – إما مكتسب عن طريق الازدواجية أو مفقود عن طريق الحذف مقارنةً بالجينوم المرجعي. تُعد تغايرات عدد النسخ مكونًا رئيسيًا للتغاير الهيكلي، وتتمثل الأسئلة المنهجية المركزية في كيفية الكشف عنها بشكل موثوق من بيانات المصفوفات أو التسلسل، وكيفية تصنيفها حسب الحجم وحالة النسخ والأهمية المحتملة.

Definition

تغاير عدد النسخ هو جزء من الحمض النووي، يتراوح حجمه عادةً من كيلوبايت واحد أو أكبر، ويختلف في عدد النسخ الموجودة مقارنةً بالجينوم المرجعي، وينشأ كحذف (فقدان نسخة) أو ازدواجية أو تضخيم من رتبة أعلى (كسب نسخة).

Scope

يغطي هذا الموضوع ماهية تغاير عدد النسخ، والتقنيات الرئيسية المستخدمة للكشف عنها وتحديد حجمها (التهجين الجينومي المقارن بالمصفوفات، ومصفوفات تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNP arrays)، وعمق القراءة أو إشارات الأطراف المزدوجة من التسلسل)، والأسس التي تُصنف عليها – الكسب مقابل الفقدان، وعدد النسخ، والتكرار، والتردد. وهو معالجة مرجعية لمفاهيم الكشف والتصنيف ولا يقدم تفسيرًا تشخيصيًا للأفراد.

Core questions

• ما الذي يميز تغاير عدد النسخ عن التغايرات الهيكلية الأخرى؟
• ما هي الإشارات – شدة التهجين، وعمق القراءة، وأدلة الأطراف المزدوجة والقراءات المقسمة – المستخدمة لاستدعاء تغايرات عدد النسخ؟
• كيف تُصنف تغايرات عدد النسخ حسب حالة النسخ، والحجم، والتكرار، والتردد السكاني؟
• ما هي حدود الدقة ومصادر الأخطاء في كل منصة كشف؟

Key concepts

• كسب النسخ (الازدواجية) وفقدان النسخ (الحذف)
• التهجين الجينومي المقارن بالمصفوفات (aCGH)
• نسبة R اللوغاريتمية لمصفوفة تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNP array) وتردد الأليل B
• الكشف عن عمق القراءة والأطراف المزدوجة
• دقة نقطة الانكسار
• تغاير عدد النسخ المتكرر مقابل غير المتكرر
• التردد السكاني والتصنيف الحميد مقابل الممرض

Mechanisms

يترجم الكشف عن تغايرات عدد النسخ التغير الفيزيائي في جرعة الحمض النووي إلى إشارة قابلة للقياس. يقرأ التهجين الجينومي المقارن بالمصفوفات ومصفوفات تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNP arrays) شدة التهجين النسبية، لذا فإن الحذف يقلل والإزدواجية ترفع الإشارة عبر الفترة المتأثرة؛ وتضيف مصفوفات تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة معلومات نسبة الأليل التي تساعد في تمييز حالات النسخ. تستنتج الأساليب القائمة على التسلسل عدد النسخ من عمق القراءة – تتراكم المزيد من القراءات فوق المناطق المزدوجة وأقل فوق الحذف – وتستخدم محاذاة الأطراف المزدوجة غير المتوافقة والقراءات المقسمة لتحديد نقاط الانكسار. ثم يجمع التصنيف بين حالة النسخ، والحجم، وما إذا كان التغاير يتكرر عند نقاط انكسار محددة هيكليًا، وتردده في المجموعات المرجعية.

Clinical relevance

يُستخدم تحليل عدد النسخ على نطاق واسع في العلوم الصحية لتوصيف الكسب والفقدان الجينومي، ويُعد التمييز بين تغايرات عدد النسخ الشائعة الحميدة والأحداث النادرة التي تغير الجرعة أمرًا محوريًا لتفسير البيانات الجينومية. يصف هذا المدخل كيفية الكشف عن تغايرات عدد النسخ وتصنيفها كمسألة منهجية؛ وهو ليس أساسًا للتشخيص أو الإدارة الفردية.

Epidemiology

أثبتت المسوحات المبكرة على مستوى الجينوم أن تغايرات عدد النسخ شائعة لدى الأفراد الأصحاء: أظهر سيبات وزملاؤه لأول مرة تعدد أشكال عدد النسخ واسع الانتشار، ورسم ريدون وزملاؤه خريطة تغايرات عدد النسخ العالمية عبر مجموعات HapMap. وقد حسّنت الفهارس اللاحقة القائمة على التسلسل، بما في ذلك خريطة التغاير الهيكلي لمشروع 1000 جينوم، الترددات وأظهرت أن الحذف والازدواجيات تغطي مجتمعة جزءًا كبيرًا من الجينوم المتغير.

History

ظهر الاعتراف بأن عدد النسخ يختلف على نطاق واسع بين الأصحاء في عام 2004 من دراسات المصفوفات التي أجراها سيبات وإيافرات وزملاؤهما، مما قلب الافتراض بأن هذا التغاير كان نادرًا. تبع ذلك خرائط تغايرات عدد النسخ للجينوم الكامل من منصات المصفوفات في عام 2006، وجلب التحول إلى التسلسل عالي الإنتاجية في العقد التالي طرق عمق القراءة والأطراف المزدوجة التي حسنت دقة نقاط الانكسار ودمجت استدعاء تغايرات عدد النسخ في اكتشاف التغايرات الهيكلية العامة.

Debates

كيف ينبغي التوفيق بين الاختلافات في منصات الكشف؟

تُبلغ المصفوفات وبرامج استدعاء التسلسل عن مجموعات متداخلة ولكن غير متطابقة من تغايرات عدد النسخ، وتختلف في دقة الحجم، ودقة نقاط الانكسار، والحساسية في المناطق المتكررة، لذا فإن تنسيق الاستدعاءات والترددات عبر المنصات يظل تحديًا منهجيًا معترفًا به.

Key figures

• Jonathan Sebat
• Stephen W. Scherer
• Charles Lee
• Evan E. Eichler
• Nigel P. Carter

Seminal works

• sebat-2004
• redon-2006
• alkan-2011

Frequently asked questions

ما الفرق بين تغاير عدد النسخ والحذف؟

الحذف هو نوع واحد من تغايرات عدد النسخ (فقدان نسخة). مصطلح تغاير عدد النسخ أوسع ويشمل أيضًا الازدواجيات وكسب النسخ من رتبة أعلى، لذا فإن كل حذف بالحجم المناسب هو تغاير عدد نسخ ولكن ليس كل تغاير عدد نسخ هو حذف.

لماذا يمكن لمنصتين الإبلاغ عن تغايرات عدد نسخ مختلفة لنفس العينة؟

تختلف طرق المصفوفات والتسلسل في الدقة، ودقة نقاط الانكسار، والحساسية داخل المناطق المتكررة، لذا فهي تلتقط مجموعات متداخلة ولكن غير متطابقة من التغايرات وقد تحدد حجم نفس الحدث بشكل مختلف.