Вариации числа копий: обнаружение и классификация

Вариация числа копий (ВЧК) — это сегмент ДНК, который присутствует в различном количестве копий у разных индивидуумов — приобретенный путем дупликации или утраченный путем делеции относительно референсного генома. ВЧК являются основным компонентом структурных вариаций, и центральные методологические вопросы заключаются в том, как надежно обнаружить их по данным микрочипов или секвенирования и как классифицировать их по размеру, состоянию копий и вероятной значимости.

Definition

Вариация числа копий — это сегмент ДНК, обычно размером один килобаз или более, который отличается по числу присутствующих копий по сравнению с референсным геномом, возникающий как делеция (потеря копии) или дупликация, или амплификация более высокого порядка (увеличение числа копий).

Scope

Эта тема охватывает определение ВЧК, основные технологии, используемые для их обнаружения и определения размера (сравнительная геномная гибридизация на микрочипах, SNP-матрицы, а также сигналы глубины прочтения или парных концов из данных секвенирования), и основы, на которых они классифицируются — усиление против потери, число копий, рекуррентность и частота. Это справочное описание концепций обнаружения и классификации, которое не предоставляет диагностическую интерпретацию для отдельных лиц.

Core questions

• Что отличает вариацию числа копий от других структурных вариантов?
• Какие сигналы — интенсивность гибридизации, глубина прочтения, данные парных концов и разделенных прочтений — используются для выявления ВЧК?
• Как классифицируются ВЧК по состоянию копий, размеру, рекуррентности и популяционной частоте?
• Каковы пределы разрешения и источники ложных вызовов для каждой платформы обнаружения?

Key concepts

• Увеличение числа копий (дупликация) и потеря числа копий (делеция)
• Сравнительная геномная гибридизация на микрочипах (aCGH)
• Логарифмическое отношение R и частота B-аллелей в SNP-матрицах
• Обнаружение по глубине прочтения и парным концам
• Разрешение точек разрыва
• Рекуррентные и нерекуррентные ВЧК
• Популяционная частота и классификация на доброкачественные и патогенные

Mechanisms

Обнаружение ВЧК преобразует физическое изменение дозировки ДНК в измеряемый сигнал. Сравнительная геномная гибридизация на микрочипах и SNP-матрицы считывают относительную интенсивность гибридизации, поэтому делеция снижает, а дупликация повышает сигнал по всему затронутому интервалу; SNP-матрицы добавляют информацию о соотношении аллелей, что помогает различать состояния копий. Подходы, основанные на секвенировании, выводят число копий из глубины прочтения — больше прочтений накапливается над дуплицированными областями и меньше над делециями — и используют дискордантные парные концы и выравнивания разделенных прочтений для локализации точек разрыва. Классификация затем объединяет состояние копий, размер, рекуррентность варианта в архитектурно-определенных точках разрыва и его частоту в референсных популяциях.

Clinical relevance

Анализ числа копий широко используется в науках о здоровье для характеристики геномных усилений и потерь, и различение общих доброкачественных ВЧК от редких событий, изменяющих дозировку, является центральным для интерпретации геномных данных. Эта статья описывает, как ВЧК обнаруживаются и категоризируются с методологической точки зрения; она не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

Epidemiology

Ранние полногеномные исследования установили, что ВЧК распространены у здоровых людей: Себат и коллеги впервые показали широкое распространение полиморфизма числа копий, а Редон и коллеги картировали глобальные ВЧК в популяциях HapMap. Последующие каталоги, основанные на секвенировании, включая карту структурных вариаций проекта «1000 геномов», уточнили частоты и показали, что делеции и дупликации в совокупности охватывают значительную часть вариабельного генома.

History

Признание того, что число копий широко варьируется среди здоровых людей, появилось в 2004 году в результате исследований на микрочипах, проведенных Себатом и Иафрате с коллегами, что опровергло предположение о редкости таких вариаций. Полногеномные карты ВЧК с платформ микрочипов появились в 2006 году, а переход к высокопроизводительному секвенированию в следующем десятилетии привел к появлению методов, основанных на глубине прочтения и парных концах, которые улучшили разрешение точек разрыва и объединили выявление ВЧК с общим обнаружением структурных вариантов.

Debates

Как следует согласовывать различия между платформами обнаружения?

Массивы и методы, основанные на секвенировании, сообщают о перекрывающихся, но неидентичных наборах ВЧК, различающихся по разрешению размера, точности точек разрыва и чувствительности в повторяющихся регионах, поэтому гармонизация вызовов и частот между платформами остается признанной методологической проблемой.

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

В чем разница между ВЧК и делецией?

Делеция — это один из видов вариаций числа копий (потеря копии). Термин ВЧК шире и также включает дупликации и усиления копий более высокого порядка, поэтому каждая делеция соответствующего размера является ВЧК, но не каждая ВЧК является делецией.

Почему две платформы могут сообщать о разных ВЧК для одного и того же образца?

Методы на основе микрочипов и секвенирования различаются по разрешению, точности точек разрыва и чувствительности в повторяющихся регионах, поэтому они выявляют перекрывающиеся, но не идентичные наборы вариантов и могут по-разному определять размер одного и того же события.