Chromosomales Microarray und Vergleichende Genomische Hybridisierung

Die vergleichende genomische Hybridisierung (CGH) und die chromosomale Microarray-Analyse sind molekularzytogenetische Methoden, die genomische Kopienzahlgewinne und -verluste durch den Vergleich eines Testgenoms mit einer Referenz nachweisen. Durch die Verlagerung des Vergleichs auf ein Array von Tausenden genomischer Ziele kartieren Microarray-basierte Ansätze Deletionen und Duplikationen über das gesamte Genom mit einer weitaus höheren Auflösung als die Chromosomenbandenanalyse, was sie zu einem hochauflösenden Werkzeug zum Nachweis submikroskopischer Ungleichgewichte macht.

Definition

Das chromosomale Microarray mit vergleichender genomischer Hybridisierung ist eine Methode zur Analyse der Kopienzahl, bei der unterschiedlich markierte Test- und Referenz-DNA um die Hybridisierung an definierte genomische Ziele konkurrieren, sodass Fluoreszenzverhältnisse Gewinne und Verluste von genomischem Material über das gesamte Genom hinweg aufzeigen.

Scope

Dieses Thema behandelt das Prinzip der kompetitiven Hybridisierung, das der CGH zugrunde liegt, ihre Entwicklung von der Metaphasen-CGH zur Array-CGH und zu SNP-Arrays, welche Kopienzahlinformationen diese Plattformen liefern und ihre charakteristische Einschränkung hinsichtlich balancierter Rearrangements. Es handelt sich um eine methodische Referenz und bietet keine Anleitung zur klinischen Behandlung.

Core questions

• Wie deckt die kompetitive Hybridisierung von Test- und Referenz-DNA Kopienzahlveränderungen auf?
• Was hat der Übergang von der Metaphasen-CGH zu Array-basierten Plattformen an der Auflösung verändert?
• Wie unterscheiden sich Array-CGH und SNP-Arrays in den Informationen, die sie liefern?
• Warum kann das Microarray balancierte Rearrangements oder geringgradigen Mosaizismus nicht nachweisen?

Key concepts

• Kopienzahlvariation (CNV)
• Kompetitive (Verhältnis-) Hybridisierung
• Metaphasen-CGH versus Array-CGH
• Einzelnukleotid-Polymorphismus (SNP)-Array
• Genomische Auflösung und Sondendichte
• Genomweite Kopienzahlprofilierung
• Nachweis von Homozygotie-Regionen (SNP-Arrays)
• Einschränkung bei balancierten Rearrangements

Mechanisms

Bei der vergleichenden genomischen Hybridisierung werden Test- und Referenz-DNA mit verschiedenen Fluorophoren markiert und gemeinsam auf ein gemeinsames Ziel hybridisiert; wo das Testgenom einen Kopienzahlgewinn oder -verlust aufweist, weicht das Fluoreszenzverhältnis vom balancierten Referenzwert ab, wodurch das Ungleichgewicht kartiert wird. Bei der ursprünglichen Methode war das Ziel ein normaler Metaphasen-Spread, was die Auflösung begrenzte; der Ersatz durch ein Array von kartierten genomischen Klonen oder Oligonukleotiden (Array-CGH) erhöhte die Auflösung um Größenordnungen und ermöglichte eine präzise Lokalisierung von Gewinnen und Verlusten. SNP-Arrays untersuchen zusätzlich polymorphe Stellen und liefern Genotypinformationen, die Regionen der Homozygotie aufdecken und den Nachweis einer uniparentalen Disomie unterstützen können. Da diese Plattformen nur die relative Menge an genomischem Material messen, erkennen sie unbalancierte Veränderungen (Deletionen und Duplikationen) mit hoher Auflösung, können aber balancierte Rearrangements, die die Kopienzahl nicht verändern, nicht nachweisen, und sie weisen eine begrenzte Empfindlichkeit für geringgradigen Mosaizismus auf.

Clinical relevance

Das chromosomale Microarray wird verwendet, um submikroskopische Kopienzahlgewinne und -verluste bei der Abklärung von Entwicklungsstörungen, angeborenen Anomalien und bestimmten Krebsarten zu identifizieren, wobei viele Ungleichgewichte unterhalb der Auflösung der Karyotypisierung nachgewiesen werden. Konsensleitlinien haben es als Erstlinientest für ungeklärte Entwicklungsstörungen oder angeborene Anomalien empfohlen, wobei darauf hingewiesen wird, dass eine Karyotypisierung oder FISH weiterhin erforderlich ist, wenn ein balanciertes Rearrangement vermutet wird. Dieser Eintrag beschreibt, wie Microarray-Befunde generiert werden; er ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder therapeutische Entscheidungen.

Evidence & guidelines

Eine internationale Konsenserklärung unter der Leitung von Miller und Kollegen (2010) empfahl das chromosomale Microarray als primären klinischen Diagnosetest für Personen mit Entwicklungsstörungen oder angeborenen Anomalien, wobei die fortgesetzte Rolle der Karyotypisierung für balancierte Rearrangements anerkannt wurde. Kopienzahlbefunde werden gemäß den Konventionen des International System for Human Cytogenomic Nomenclature (ISCN) berichtet.

History

Die vergleichende genomische Hybridisierung wurde 1992 von Kallioniemi und Kollegen eingeführt, um Kopienzahlveränderungen im Genom solider Tumoren mittels einer einzigen Hybridisierung an Metaphasenchromosomen zu untersuchen. Solinas-Toldo und Kollegen demonstrierten 1997 die Matrix- (Array-) basierte CGH, die das Metaphasenziel durch ein Array genomischer Klone ersetzte und die Auflösung erheblich verbesserte. Array-CGH und später SNP-Arrays wurden dann zu routinemäßigen hochauflösenden Werkzeugen, und bis 2010 hatte ein Konsens das chromosomale Microarray als primären Diagnosetest in definierten klinischen Umfeldern etabliert.

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

Was ist der Hauptvorteil des chromosomalen Microarrays gegenüber der Karyotypisierung?

Es weist Kopienzahlgewinne und -verluste über das Genom mit einer viel höheren Auflösung nach als die Chromosomenbandenanalyse und identifiziert viele submikroskopische Deletionen und Duplikationen, die ein Karyotyp nicht erkennen kann.

Warum kann ein Microarray eine balancierte Translokation übersehen?

Microarray und CGH messen die relative Menge an genomischem Material, sodass sie Gewinne und Verluste, aber keine Rearrangements erkennen, die Material verschieben, ohne die Kopienzahl zu ändern; eine balancierte Translokation erfordert daher zur Erkennung eine Karyotypisierung oder FISH.