تغییرات تعداد کپی: شناسایی و طبقه‌بندی

تغییر تعداد کپی (CNV) قطعه‌ای از DNA است که تعداد کپی‌های آن بین افراد متفاوت است—نسبت به ژنوم مرجع، از طریق تکثیر به دست آمده یا از طریق حذف از دست رفته است. CNVها جزء اصلی تغییرات ساختاری هستند و سوالات روش‌شناختی اصلی این است که چگونه آنها را به طور قابل اعتماد از داده‌های آرایه یا توالی‌یابی شناسایی کنیم و چگونه آنها را بر اساس اندازه، وضعیت کپی و اهمیت احتمالی طبقه‌بندی کنیم.

Definition

تغییر تعداد کپی، قطعه‌ای از DNA است که به طور معمول یک کیلوباز یا بزرگتر است و در مقایسه با ژنوم مرجع، در تعداد کپی‌های موجود تفاوت دارد که به صورت حذف (از دست دادن کپی) یا تکثیر یا تقویت مرتبه بالاتر (افزایش کپی) ایجاد می‌شود.

Scope

این موضوع به این می‌پردازد که CNV چیست، فناوری‌های اصلی مورد استفاده برای شناسایی و تعیین اندازه آنها (هیبریداسیون ژنومی مقایسه‌ای آرایه‌ای، آرایه‌های SNP، و عمق خوانش یا سیگنال‌های جفت‌انتها از توالی‌یابی)، و مبناهایی که بر اساس آنها طبقه‌بندی می‌شوند—افزایش در مقابل کاهش، تعداد کپی، تکرار، و فراوانی. این یک بررسی مرجع از مفاهیم شناسایی و طبقه‌بندی است و تفسیر تشخیصی برای افراد ارائه نمی‌دهد.

Core questions

• چه چیزی یک تغییر تعداد کپی را از سایر تغییرات ساختاری متمایز می‌کند؟
• کدام سیگنال‌ها—شدت هیبریداسیون، عمق خوانش، شواهد جفت‌انتها و خوانش‌های تقسیم شده—برای فراخوانی CNVها استفاده می‌شوند؟
• CNVها چگونه بر اساس وضعیت کپی، اندازه، تکرار و فراوانی جمعیت طبقه‌بندی می‌شوند؟
• محدودیت‌های وضوح و منابع فراخوانی‌های کاذب هر پلتفرم شناسایی چیست؟

Key concepts

• افزایش کپی (تکثیر) و از دست دادن کپی (حذف)
• هیبریداسیون ژنومی مقایسه‌ای آرایه‌ای (aCGH)
• نسبت لگاریتم R آرایه SNP و فراوانی B-آلل
• شناسایی عمق خوانش و جفت‌انتها
• وضوح نقطه شکست
• CNV تکراری در مقابل غیرتکراری
• فراوانی جمعیت و طبقه‌بندی خوش‌خیم در مقابل بیماری‌زا

Mechanisms

شناسایی CNV، تغییر فیزیکی در دوز DNA را به یک سیگنال قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌کند. هیبریداسیون ژنومی مقایسه‌ای آرایه‌ای و آرایه‌های SNP شدت هیبریداسیون نسبی را می‌خوانند، بنابراین حذف سیگنال را در طول بازه تحت تأثیر کاهش می‌دهد و تکثیر آن را افزایش می‌دهد؛ آرایه‌های SNP اطلاعات نسبت آلل را اضافه می‌کنند که به تمایز وضعیت‌های کپی کمک می‌کند. رویکردهای مبتنی بر توالی‌یابی، تعداد کپی را از عمق خوانش استنباط می‌کنند—خوانش‌های بیشتری در مناطق تکثیر شده و خوانش‌های کمتری در مناطق حذف شده جمع می‌شوند—و از هم‌ترازی‌های جفت‌انتها و خوانش‌های تقسیم شده برای مکان‌یابی نقاط شکست استفاده می‌کنند. طبقه‌بندی سپس وضعیت کپی، اندازه، اینکه آیا واریانت در نقاط شکست تعریف شده توسط ساختار تکرار می‌شود یا خیر، و فراوانی آن در جمعیت‌های مرجع را ترکیب می‌کند.

Clinical relevance

تجزیه و تحلیل تعداد کپی به طور گسترده در علوم بهداشتی برای شناسایی افزایش‌ها و کاهش‌های ژنومی استفاده می‌شود، و تمایز CNVهای خوش‌خیم رایج از رویدادهای نادر تغییر دهنده دوز برای تفسیر داده‌های ژنومی حیاتی است. این مدخل نحوه شناسایی و دسته‌بندی CNVها را به عنوان یک موضوع روش‌شناختی توصیف می‌کند؛ این مبنایی برای تشخیص یا مدیریت فردی نیست.

Epidemiology

بررسی‌های اولیه در سطح ژنوم نشان داد که CNVها در افراد سالم رایج هستند: سبات و همکاران ابتدا پلی‌مورفیسم گسترده تعداد کپی را نشان دادند، و ردون و همکاران CNV جهانی را در جمعیت‌های HapMap نقشه‌برداری کردند. کاتالوگ‌های بعدی مبتنی بر توالی‌یابی، از جمله نقشه تغییرات ساختاری 1000 ژنوم، فراوانی‌ها را اصلاح کردند و نشان دادند که حذف‌ها و تکثیرها در مجموع بخش بزرگی از ژنوم متغیر را پوشش می‌دهند.

History

شناخت اینکه تعداد کپی در میان افراد سالم به طور گسترده‌ای متفاوت است، در سال 2004 از مطالعات آرایه‌ای سبات و ایفرات و همکاران پدیدار شد و این فرض را که چنین تغییری نادر است، رد کرد. نقشه‌های CNV کل ژنوم از پلتفرم‌های آرایه در سال 2006 دنبال شد، و تغییر به توالی‌یابی با توان بالا در دهه بعدی روش‌های عمق خوانش و جفت‌انتها را به ارمغان آورد که وضوح نقاط شکست را بهبود بخشید و فراخوانی CNV را در کشف کلی واریانت‌های ساختاری ادغام کرد.

Debates

چگونه باید تفاوت‌های پلتفرم شناسایی را تطبیق داد؟

فراخواننده‌های آرایه و مبتنی بر توالی‌یابی مجموعه‌های CNV همپوشان اما غیرمشابهی را گزارش می‌کنند که در وضوح اندازه، دقت نقطه شکست و حساسیت در مناطق تکراری متفاوت هستند، بنابراین هماهنگ‌سازی فراخوانی‌ها و فراوانی‌ها در پلتفرم‌ها همچنان یک چالش روش‌شناختی شناخته شده است.

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

تفاوت بین CNV و حذف چیست؟

حذف نوعی از تغییر تعداد کپی (از دست دادن کپی) است. اصطلاح CNV گسترده‌تر است و شامل تکثیرها و افزایش‌های کپی مرتبه بالاتر نیز می‌شود، بنابراین هر حذفی با اندازه مربوطه یک CNV است اما هر CNV یک حذف نیست.

چرا دو پلتفرم می‌توانند CNVهای متفاوتی را برای یک نمونه گزارش کنند؟

روش‌های آرایه و توالی‌یابی در وضوح، دقت نقطه شکست و حساسیت در مناطق تکراری متفاوت هستند، بنابراین مجموعه‌هایی از واریانت‌ها را که همپوشان اما غیرمشابه هستند، ثبت می‌کنند و ممکن است یک رویداد را به طور متفاوتی اندازه‌گیری کنند.