Хромосомный микроматричный анализ и сравнительная геномная гибридизация

Сравнительная геномная гибридизация (CGH) и хромосомный микроматричный анализ — это молекулярно-цитогенетические методы, которые выявляют увеличение и уменьшение числа копий генома путем сравнения исследуемого генома с референсным. Перенося сравнение на массив из тысяч геномных мишеней, микроматричные подходы позволяют картировать делеции и дупликации по всему геному с разрешением, значительно превышающим разрешение хромосомного бэндинга, что делает их высокоразрешающим инструментом для обнаружения субмикроскопических дисбалансов.

Definition

Хромосомный микроматричный анализ со сравнительной геномной гибридизацией — это метод анализа числа копий, при котором дифференциально меченые исследуемая и референсная ДНК конкурируют за гибридизацию с определенными геномными мишенями, так что соотношения флуоресценции выявляют увеличение и уменьшение геномного материала по всему геному.

Scope

Эта тема охватывает принцип конкурентной гибридизации, лежащий в основе CGH, ее эволюцию от метафазной CGH до массивной CGH и SNP-массивов, информацию о числе копий, которую предоставляют эти платформы, и их характерное ограничение в отношении сбалансированных перестроек. Это методологический справочник, который не предоставляет рекомендаций по клиническому ведению.

Core questions

• Как конкурентная гибридизация исследуемой и референсной ДНК выявляет изменения числа копий?
• Как переход от метафазной CGH к платформам на основе массивов изменил разрешение?
• Чем массивный CGH и SNP-массивы отличаются по предоставляемой ими информации?
• Почему микроматричный анализ не может обнаружить сбалансированные перестройки или низкоуровневый мозаицизм?

Key concepts

• Вариации числа копий (CNV)
• Конкурентная (соотношение) гибридизация
• Метафазная CGH против массивной CGH
• Массив однонуклеотидных полиморфизмов (SNP)
• Геномное разрешение и плотность зондов
• Полногеномное профилирование числа копий
• Обнаружение областей гомозиготности (SNP-массивы)
• Ограничение для сбалансированных перестроек

Mechanisms

При сравнительной геномной гибридизации исследуемая и референсная ДНК метятся разными флюорофорами и гибридизуются вместе с общей мишенью; там, где в исследуемом геноме имеется увеличение или уменьшение числа копий, соотношение флуоресценции отклоняется от сбалансированного референсного значения, картируя дисбаланс. В исходном методе мишенью был нормальный метафазный препарат, что ограничивало разрешение; замена его массивом картированных геномных клонов или олигонуклеотидов (массивная CGH) повысила разрешение на порядки и позволила точно локализовать увеличения и уменьшения. SNP-массивы дополнительно исследуют полиморфные участки, предоставляя информацию о генотипе, которая может выявить области гомозиготности и помочь в обнаружении однородительской дисомии. Поскольку эти платформы измеряют только относительное количество геномного материала, они обнаруживают несбалансированные изменения (делеции и дупликации) с высоким разрешением, но не могут обнаружить сбалансированные перестройки, которые не изменяют число копий, и имеют ограниченную чувствительность к низкоуровневому мозаицизму.

Clinical relevance

Хромосомный микроматричный анализ используется для выявления субмикроскопических увеличений и уменьшений числа копий при оценке нарушений развития, врожденных аномалий и некоторых видов рака, обнаруживая многие дисбалансы ниже разрешения кариотипирования. Консенсусные рекомендации признали его тестом первой линии для необъяснимых нарушений развития или врожденных аномалий, отмечая при этом, что кариотипирование или FISH остаются необходимыми при подозрении на сбалансированную перестройку. Данная статья описывает, как формируются результаты микроматричного анализа; она не является основанием для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

Evidence & guidelines

Международное консенсусное заявление под руководством Миллера и коллег (2010) рекомендовало хромосомный микроматричный анализ в качестве клинического диагностического теста первой линии для лиц с нарушениями развития или врожденными аномалиями, признавая при этом сохраняющуюся роль кариотипирования для выявления сбалансированных перестроек. Результаты анализа числа копий сообщаются в соответствии с конвенциями Международной системы номенклатуры цитогеномных исследований человека (ISCN).

History

Сравнительная геномная гибридизация была предложена Каллиониеми и коллегами в 1992 году как способ исследования изменений числа копий по всему геному солидных опухолей с использованием одной гибридизации на метафазных хромосомах. Солинас-Тольдо и коллеги в 1997 году продемонстрировали матричную (массивную) CGH, заменив метафазную мишень массивом геномных клонов и значительно улучшив разрешение. Массивная CGH, а затем и SNP-массивы стали рутинными высокоразрешающими инструментами, и к 2010 году консенсус позиционировал хромосомный микроматричный анализ как диагностический тест первой линии в определенных клинических условиях.

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

В чем основное преимущество хромосомного микроматричного анализа перед кариотипированием?

Он обнаруживает увеличения и уменьшения числа копий по всему геному с гораздо более высоким разрешением, чем хромосомный бэндинг, выявляя множество субмикроскопических делеций и дупликаций, которые не видны при кариотипировании.

Почему микроматричный анализ может пропустить сбалансированную транслокацию?

Микроматричный анализ и CGH измеряют относительное количество геномного материала, поэтому они обнаруживают увеличения и уменьшения, но не перестройки, которые перемещают материал без изменения числа копий; таким образом, для обнаружения сбалансированной транслокации требуется кариотипирование или FISH.