染色体マイクロアレイと比較ゲノムハイブリダイゼーション

比較ゲノムハイブリダイゼーション（CGH）および染色体マイクロアレイ解析は、テストゲノムとリファレンスゲノムを比較することにより、ゲノムのコピー数増加および減少を検出する分子細胞遺伝学的手法である。数千のゲノムターゲットのアレイ上で比較を行うことにより、マイクロアレイベースのアプローチは、染色体バンディングよりもはるかに高い解像度でゲノム全体の欠失および重複をマッピングし、サブミクロンスケールの不均衡を検出するための高解像度ツールとなっている。

Definition

比較ゲノムハイブリダイゼーションを伴う染色体マイクロアレイは、異なる標識を施したテストDNAとリファレンスDNAが、定義されたゲノムターゲットにハイブリダイズするために競合し、蛍光比率によってゲノム全体のゲノム物質の増加および減少が明らかになるコピー数解析手法である。

Scope

このトピックでは、CGHの基礎となる競合的ハイブリダイゼーションの原理、中期CGHからアレイCGHおよびSNPアレイへの進化、これらのプラットフォームが提供するコピー数情報、およびバランス型再構成に関するそれらの特徴的な限界について説明する。これは方法論的なリファレンスであり、臨床管理のガイダンスを提供するものではない。

Core questions

• テストDNAとリファレンスDNAの競合的ハイブリダイゼーションは、どのようにコピー数変化を明らかにするのか？
• 中期CGHからアレイベースのプラットフォームへの移行は、解像度に関して何を変えたのか？
• アレイCGHとSNPアレイは、提供する情報においてどのように異なるのか？
• マイクロアレイは、なぜバランス型再構成や低レベルのモザイク現象を検出できないのか？

Key concepts

• コピー数多型（CNV）
• 競合的（比率）ハイブリダイゼーション
• 中期CGH対アレイCGH
• 一塩基多型（SNP）アレイ
• ゲノム解像度とプローブ密度
• ゲノムワイドコピー数プロファイリング
• ホモ接合性領域の検出（SNPアレイ）
• バランス型再構成に対する限界

Mechanisms

比較ゲノムハイブリダイゼーションでは、テストDNAとリファレンスDNAは異なる蛍光色素で標識され、共通のターゲットに共にハイブリダイズされる。テストゲノムにコピー数の増加または減少がある場合、蛍光比率はバランスの取れたリファレンス値から逸脱し、不均衡をマッピングする。元の方法では、ターゲットは正常な中期染色体スプレッドであり、解像度が制限されていた。これをマッピングされたゲノムクローンまたはオリゴヌクレオチドのアレイ（アレイCGH）に置き換えることで、解像度は桁違いに向上し、増加および減少の正確な局在化が可能になった。SNPアレイはさらに多型部位を調査し、ホモ接合性領域を明らかにし、片親性ダイソミーの検出を助けることができる遺伝子型情報を提供する。これらのプラットフォームはゲノム物質の相対量のみを測定するため、不均衡な変化（欠失および重複）を高解像度で検出するが、コピー数を変化させないバランス型再構成は検出できず、低レベルのモザイク現象に対する感度も限られている。

Clinical relevance

染色体マイクロアレイは、発達障害、先天性異常、および特定の癌の評価において、サブミクロンスケールのコピー数増加および減少を特定するために使用され、核型分析の解像度以下の多くの不均衡を検出する。コンセンサスガイダンスは、原因不明の発達障害または先天性異常に対する第一選択検査として推奨しているが、バランス型再構成が疑われる場合には核型分析またはFISHが依然として必要であると指摘している。この項目は、マイクロアレイの所見がどのように生成されるかを説明するものであり、個々の診断または治療の決定の根拠となるものではない。

Evidence & guidelines

Millerらが主導した国際的なコンセンサス声明（2010年）は、発達障害または先天性異常を持つ個人のための第一選択の臨床診断検査として染色体マイクロアレイを推奨し、バランス型再構成に対する核型分析の継続的な役割を認識した。コピー数所見は、国際ヒト細胞ゲノム命名法（ISCN）の慣例に従って報告される。

History

比較ゲノムハイブリダイゼーションは、Kallioniemiらが1992年に、中期染色体への単一のハイブリダイゼーションを用いて固形腫瘍のゲノム全体のコピー数変化を調査する方法として導入した。Solinas-Toldoらは1997年に、マトリックス（アレイ）ベースのCGHを実証し、中期ターゲットをゲノムクローンのアレイに置き換え、解像度を大幅に向上させた。アレイCGH、そして後にSNPアレイは、高解像度のルーチンツールとなり、2010年までにコンセンサスにより、染色体マイクロアレイは特定の臨床設定における第一選択の診断検査として位置づけられた。

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

染色体マイクロアレイの核型分析に対する主な利点は何か？

染色体バンディングよりもはるかに高い解像度でゲノム全体のコピー数増加および減少を検出し、核型分析では見つけられない多くのサブミクロンスケールの欠失および重複を特定する。

マイクロアレイがバランス型転座を見逃すのはなぜか？

マイクロアレイとCGHはゲノム物質の相対量を測定するため、増加と減少は検出するが、コピー数を変化させずに物質を移動させる再構成は検出しない。したがって、バランス型転座の検出には核型分析またはFISHが必要となる。