ریزآرایه کروموزومی و هیبریداسیون ژنومی مقایسه‌ای

هیبریداسیون ژنومی مقایسه‌ای (CGH) و آنالیز ریزآرایه کروموزومی، روش‌های سیتوژنتیک مولکولی هستند که با مقایسه یک ژنوم آزمایشی با یک ژنوم مرجع، افزایش و کاهش تعداد نسخه‌های ژنومی را شناسایی می‌کنند. با انتقال این مقایسه به آرایه‌ای متشکل از هزاران هدف ژنومی، رویکردهای مبتنی بر ریزآرایه، حذف‌ها و مضاعف‌شدگی‌ها را در سراسر ژنوم با وضوحی بسیار دقیق‌تر از باندینگ کروموزومی نقشه‌برداری می‌کنند و آن‌ها را به ابزاری با وضوح بالا برای تشخیص عدم تعادل‌های زیرمیکروسکوپی تبدیل می‌سازند.

Definition

ریزآرایه کروموزومی با هیبریداسیون ژنومی مقایسه‌ای، روشی برای آنالیز تعداد نسخه است که در آن DNA آزمایشی و مرجع با برچسب‌های متفاوت برای هیبریداسیون با اهداف ژنومی تعریف‌شده رقابت می‌کنند، به طوری که نسبت‌های فلورسانس، افزایش و کاهش مواد ژنومی را در سراسر ژنوم آشکار می‌سازند.

Scope

این موضوع به اصول هیبریداسیون رقابتی که زیربنای CGH است، تکامل آن از CGH متافازی به CGH آرایه‌ای و آرایه‌های SNP، اطلاعات تعداد نسخه‌ای که این پلتفرم‌ها ارائه می‌دهند، و محدودیت مشخص آن‌ها در مورد بازآرایی‌های متعادل می‌پردازد. این یک مرجع روش‌شناختی است و راهنمایی برای مدیریت بالینی ارائه نمی‌دهد.

Core questions

• چگونه هیبریداسیون رقابتی DNA آزمایشی و مرجع، تغییر تعداد نسخه را آشکار می‌کند؟
• انتقال از CGH متافازی به پلتفرم‌های مبتنی بر آرایه چه تغییری در وضوح ایجاد کرد؟
• CGH آرایه‌ای و آرایه‌های SNP در اطلاعاتی که ارائه می‌دهند چه تفاوتی دارند؟
• چرا ریزآرایه نمی‌تواند بازآرایی‌های متعادل یا موزائیسم در سطح پایین را تشخیص دهد؟

Key concepts

• تغییر تعداد نسخه (CNV)
• هیبریداسیون رقابتی (نسبتی)
• CGH متافازی در مقابل CGH آرایه‌ای
• آرایه پلی‌مورفیسم تک‌نوکلئوتیدی (SNP)
• وضوح ژنومی و چگالی پروب
• پروفایلینگ تعداد نسخه در سراسر ژنوم
• تشخیص مناطق هموزیگوسیتی (آرایه‌های SNP)
• محدودیت برای بازآرایی‌های متعادل

Mechanisms

در هیبریداسیون ژنومی مقایسه‌ای، DNA آزمایشی و مرجع با فلوروفورهای مختلف برچسب‌گذاری شده و به طور همزمان به یک هدف مشترک هیبرید می‌شوند؛ در جایی که ژنوم آزمایشی دارای افزایش یا کاهش تعداد نسخه باشد، نسبت فلورسانس از مقدار مرجع متعادل منحرف شده و عدم تعادل را نقشه‌برداری می‌کند. در روش اولیه، هدف یک گسترش متافازی طبیعی بود که وضوح را محدود می‌کرد؛ جایگزینی آن با آرایه‌ای از کلون‌ها یا الیگونوکلئوتیدهای ژنومی نقشه‌برداری شده (CGH آرایه‌ای) وضوح را به میزان قابل توجهی افزایش داد و امکان مکان‌یابی دقیق افزایش‌ها و کاهش‌ها را فراهم آورد. آرایه‌های SNP علاوه بر این، جایگاه‌های پلی‌مورفیک را بررسی می‌کنند و اطلاعات ژنوتیپی را ارائه می‌دهند که می‌تواند مناطق هموزیگوسیتی را آشکار کرده و به تشخیص دیسومی تک‌والدی (uniparental disomy) کمک کند. از آنجایی که این پلتفرم‌ها فقط مقدار نسبی ماده ژنومی را اندازه‌گیری می‌کنند، تغییرات نامتعادل (حذف‌ها و مضاعف‌شدگی‌ها) را با وضوح بالا شناسایی می‌کنند اما نمی‌توانند بازآرایی‌های متعادلی را که تعداد نسخه را تغییر نمی‌دهند، تشخیص دهند و حساسیت محدودی برای موزائیسم در سطح پایین دارند.

Clinical relevance

ریزآرایه کروموزومی برای شناسایی افزایش و کاهش تعداد نسخه‌های زیرمیکروسکوپی در ارزیابی ناتوانی‌های تکوینی، ناهنجاری‌های مادرزادی و برخی سرطان‌ها استفاده می‌شود و بسیاری از عدم تعادل‌ها را در زیر وضوح کاریوتایپینگ شناسایی می‌کند. راهنمای اجماع آن را به عنوان یک آزمایش رده اول برای ناتوانی تکوینی یا ناهنجاری‌های مادرزادی بدون علت مشخص توصیه کرده است، در حالی که اشاره می‌کند که کاریوتایپینگ یا FISH همچنان در مواردی که بازآرایی متعادل مشکوک است، مورد نیاز است. این مدخل نحوه تولید یافته‌های ریزآرایه را توضیح می‌دهد؛ مبنایی برای تصمیم‌گیری‌های تشخیصی یا درمانی فردی نیست.

Evidence & guidelines

بیانیه اجماع بین‌المللی به رهبری میلر و همکاران (2010) ریزآرایه کروموزومی را به عنوان یک آزمایش تشخیصی بالینی رده اول برای افراد دارای ناتوانی‌های تکوینی یا ناهنجاری‌های مادرزادی توصیه کرد، در حالی که نقش مستمر کاریوتایپینگ را برای بازآرایی‌های متعادل به رسمیت شناخت. یافته‌های تعداد نسخه با استفاده از کنوانسیون‌های سیستم بین‌المللی نامگذاری سیتوژنومیک انسانی (ISCN) گزارش می‌شوند.

History

هیبریداسیون ژنومی مقایسه‌ای توسط کالیونیمی و همکاران در سال 1992 به عنوان راهی برای بررسی تغییرات تعداد نسخه در سراسر ژنوم تومورهای جامد با استفاده از یک هیبریداسیون منفرد به کروموزوم‌های متافازی معرفی شد. سولیناس-تولدو و همکاران در سال 1997 CGH مبتنی بر ماتریس (آرایه) را نشان دادند که هدف متافازی را با آرایه‌ای از کلون‌های ژنومی جایگزین کرد و وضوح را به شدت بهبود بخشید. CGH آرایه‌ای و بعدها، آرایه‌های SNP به ابزارهای روتین با وضوح بالا تبدیل شدند و تا سال 2010 اجماع، ریزآرایه کروموزومی را به عنوان یک آزمایش تشخیصی رده اول در محیط‌های بالینی تعریف شده قرار داد.

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

مزیت اصلی ریزآرایه کروموزومی نسبت به کاریوتایپینگ چیست؟

این روش افزایش و کاهش تعداد نسخه را در سراسر ژنوم با وضوح بسیار بالاتری نسبت به باندینگ کروموزومی شناسایی می‌کند و بسیاری از حذف‌ها و مضاعف‌شدگی‌های زیرمیکروسکوپی را که کاریوتایپ نمی‌تواند ببیند، تشخیص می‌دهد.

چرا ریزآرایه ممکن است یک جابجایی متعادل را از دست بدهد؟

ریزآرایه و CGH مقدار نسبی ماده ژنومی را اندازه‌گیری می‌کنند، بنابراین افزایش و کاهش را تشخیص می‌دهند اما بازآرایی‌هایی را که ماده را بدون تغییر تعداد نسخه جابجا می‌کنند، تشخیص نمی‌دهند؛ بنابراین، یک جابجایی متعادل برای تشخیص نیاز به کاریوتایپینگ یا FISH دارد.