ระเบียบวิธีและวินิจฉัยทางเซลล์พันธุศาสตร์
ระเบียบวิธีทางเซลล์พันธุศาสตร์เป็นเทคนิคทางห้องปฏิบัติการที่ใช้ในการแสดงภาพและแปลผลจำนวนและโครงสร้างของโครโมโซม และเพื่อตรวจหาการเพิ่มขึ้น การสูญเสีย และการจัดเรียงใหม่ที่อยู่เบื้องหลังโรคทางพันธุกรรมทั้งที่เป็นมาแต่กำเนิดและที่เกิดขึ้นภายหลัง ขอบเขตนี้จะนำผู้อ่านไปสู่แนวทางการวินิจฉัยหลักๆ ตั้งแต่การทำคาริโอไทป์โครโมโซมทั้งหมด ไปจนถึงการใช้โพรบเรืองแสงแบบจำเพาะเป้าหมาย และไมโครอะเรย์ทั่วทั้งจีโนม ซึ่งรวมกันเป็นชุดเครื่องมือวินิจฉัยทางเซลล์พันธุศาสตร์คลินิก
Definition
การวินิจฉัยทางเซลล์พันธุศาสตร์คือการวิเคราะห์โครโมโซมและการเปลี่ยนแปลงจำนวนสำเนาในระดับจุลภาคในห้องปฏิบัติการ เพื่อระบุความผิดปกติเชิงตัวเลขและโครงสร้าง โดยใช้ชุดเทคนิคที่จัดลำดับตามความละเอียด ความจำเพาะของเป้าหมาย และชนิดของความผิดปกติที่แต่ละเทคนิคสามารถตรวจจับได้
Scope
ขอบเขตนี้ครอบคลุมหลักการ ความละเอียด และบทบาทเสริมของระเบียบวิธีทางเซลล์พันธุศาสตร์หลักที่ใช้ในการวินิจฉัย ได้แก่ การทำคาริโอไทป์ระยะเมตาเฟสด้วยการทำแถบสีโครโมโซม, การผสมพันธุ์แบบเรืองแสงในแหล่งกำเนิด (FISH), และไมโครอะเรย์โครโมโซมร่วมกับการผสมพันธุ์จีโนมเชิงเปรียบเทียบ โดยจะนำเสนอสิ่งเหล่านี้ในฐานะหัวข้อทางระเบียบวิธี และเป็นข้อมูลอ้างอิงว่ามีการสร้างและรายงานผลการค้นพบทางโครโมโซมอย่างไร ไม่ใช่เป็นแนวทางการจัดการทางคลินิก
Sub-topics
Core questions
- ระเบียบวิธีทางเซลล์พันธุศาสตร์แต่ละวิธีสามารถตรวจจับความผิดปกติใดได้บ้าง และที่ความละเอียดเท่าใด?
- แนวทางแบบทั่วทั้งจีโนม (คาริโอไทป์, ไมโครอะเรย์) และแบบจำเพาะเป้าหมาย (FISH) เสริมซึ่งกันและกันอย่างไร?
- เมื่อใดที่การจัดเรียงใหม่ที่สมดุลต้องการวิธีการที่ไมโครอะเรย์ไม่สามารถตรวจจับได้?
- ผลการค้นพบทางเซลล์พันธุศาสตร์ได้รับการกำหนดมาตรฐานและรายงานอย่างไรในห้องปฏิบัติการต่างๆ?
Key concepts
- ความละเอียดและขีดจำกัดการตรวจจับของเทคนิค
- ความผิดปกติของโครโมโซมเชิงตัวเลขเทียบกับเชิงโครงสร้าง
- การจัดเรียงใหม่แบบสมดุลเทียบกับไม่สมดุล
- ความแปรผันของจำนวนสำเนา (CNV)
- การวิเคราะห์ทั่วทั้งจีโนมเทียบกับการวิเคราะห์แบบจำเพาะเป้าหมาย
- การรายงานตามระบบสากลสำหรับศัพท์บัญญัติทางเซลล์พันธุศาสตร์ของมนุษย์ (ISCN)
- การทดสอบวินิจฉัยลำดับแรก
Mechanisms
ระเบียบวิธีเหล่านี้ก่อให้เกิดลำดับขั้นของความละเอียด การทำคาริโอไทป์ระยะเมตาเฟสด้วยการทำแถบสีจะแสดงภาพจีโนมทั้งหมดในระดับโครโมโซมทั้งหมดและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างขนาดใหญ่ (โดยทั่วไปหลายเมกะเบส) และเผยให้เห็นการจัดเรียงใหม่ที่สมดุลและภาวะพลอยดีได้อย่างเป็นเอกลักษณ์ เทคนิค FISH ใช้โพรบดีเอ็นเอที่มีป้ายกำกับเพื่อตรวจจับหรือนับตำแหน่งจำเพาะในเซลล์ระยะเมตาเฟสหรืออินเตอร์เฟส โดยแลกกับการครอบคลุมทั่วทั้งจีโนมเพื่อความจำเพาะของเป้าหมายที่สูง ไมโครอะเรย์โครโมโซมและการผสมพันธุ์จีโนมเชิงเปรียบเทียบจะเปรียบเทียบจีโนมทดสอบกับจีโนมอ้างอิงเพื่อทำแผนที่การเพิ่มขึ้นและการสูญเสียจำนวนสำเนาทั่วทั้งจีโนมด้วยความละเอียดที่สูงกว่าการทำแถบสีมาก แต่มีข้อจำกัดที่ไม่สามารถตรวจจับการจัดเรียงใหม่ที่สมดุลหรือภาวะโมเสกในระดับต่ำได้ การเลือกระหว่างเทคนิคเหล่านี้ หรือการรวมกันของเทคนิค ขึ้นอยู่กับคำถามทางคลินิกและชนิดของความผิดปกติที่สงสัย
Clinical relevance
การทดสอบทางเซลล์พันธุศาสตร์สนับสนุนการประเมินความผิดปกติแต่กำเนิด ความบกพร่องทางพัฒนาการ การแท้งบุตรซ้ำ และมะเร็งหลายชนิด และผลลัพธ์ของมันมีความสำคัญต่อการให้คำปรึกษาทางพันธุกรรม แนวทางที่เป็นเอกฉันท์ได้กำหนดให้ไมโครอะเรย์โครโมโซมเป็นวิธีการทดสอบลำดับแรกสำหรับความบกพร่องทางพัฒนาการหรือความผิดปกติแต่กำเนิดที่ไม่ทราบสาเหตุ ในขณะที่การทำคาริโอไทป์และ FISH ยังคงมีบทบาทที่ชัดเจน ขอบเขตนี้อธิบายว่าหลักฐานดังกล่าวถูกสร้างและรายงานอย่างไร ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล
Evidence & guidelines
ฉันทามติทางวิชาชีพ รวมถึงแถลงการณ์ระหว่างประเทศโดย Miller และคณะ (2010) ได้กำหนดบทบาทสัมพัทธ์ของระเบียบวิธีเหล่านี้และแนะนำให้ใช้ไมโครอะเรย์โครโมโซมเป็นการทดสอบลำดับแรกในสถานการณ์ทางคลินิกที่กำหนด การรายงานที่เป็นมาตรฐานเป็นไปตามระบบสากลสำหรับศัพท์บัญญัติทางเซลล์พันธุศาสตร์ของมนุษย์
History
เซลล์พันธุศาสตร์ของมนุษย์เริ่มต้นขึ้นเมื่อมีการกำหนดจำนวนโครโมโซมของมนุษย์ที่ถูกต้อง (46) ในปี 1956 และเทคนิคการทำแถบสีในช่วงปลายทศวรรษ 1960 และต้นทศวรรษ 1970 ทำให้สามารถระบุโครโมโซมแต่ละตัวได้ การผสมพันธุ์แบบเรืองแสงในแหล่งกำเนิดในทศวรรษ 1980 ได้เพิ่มความละเอียดเฉพาะตำแหน่ง และการผสมพันธุ์จีโนมเชิงเปรียบเทียบและไมโครอะเรย์ตั้งแต่ทศวรรษ 1990 ได้ขยายการวิเคราะห์ไปสู่การตรวจจับจำนวนสำเนาทั่วทั้งจีโนม โดยค่อยๆ ผสานเซลล์พันธุศาสตร์แบบดั้งเดิมเข้ากับชีววิทยาระดับโมเลกุล
Key figures
- Torbjörn Caspersson
- Daniel Pinkel
- Anne Kallioniemi
- Michael Speicher
- Nigel Carter
Related topics
Seminal works
- speicher-carter-2005
- miller-2010
Frequently asked questions
- เหตุใดจึงมีระเบียบวิธีทางเซลล์พันธุศาสตร์หลายวิธี แทนที่จะเป็นวิธีเดียว?
- แต่ละวิธีตรวจจับความผิดปกติชนิดต่างๆ ที่ความละเอียดต่างกัน: การทำคาริโอไทป์มองเห็นจีโนมทั้งหมดและการจัดเรียงใหม่ที่สมดุล, FISH กำหนดเป้าหมายตำแหน่งจำเพาะด้วยความไวสูง, และไมโครอะเรย์ทำแผนที่การเปลี่ยนแปลงจำนวนสำเนาทั่วทั้งจีโนมด้วยความละเอียดสูง วิธีเหล่านี้เป็นส่วนเสริมซึ่งกันและกันมากกว่าที่จะใช้แทนกันได้
- ไมโครอะเรย์โครโมโซมสามารถแทนที่คาริโอไทป์ได้ทั้งหมดหรือไม่?
- ไม่ ไมโครอะเรย์มีความละเอียดสูงกว่ามากสำหรับการเพิ่มขึ้นและการสูญเสียจำนวนสำเนา แต่ไม่สามารถตรวจจับการจัดเรียงใหม่ที่สมดุล (เช่น การย้ายตำแหน่งแบบสมดุลหรือการผกผัน) หรือภาวะโมเสกในระดับต่ำบางรูปแบบ ซึ่งคาริโอไทป์สามารถเปิดเผยได้