Kopya Sayısı Varyantları: Tespiti ve Sınıflandırılması
Kopya sayısı varyantı (CNV), bireyler arasında farklı sayıda kopyası bulunan bir DNA segmentidir; referans genoma göre duplikasyon yoluyla kazanılmakta veya delesyon yoluyla kaybedilmektedir. CNV'ler yapısal varyasyonun önemli bir bileşenini oluşturmaktadır ve temel metodolojik sorular, bunların dizi (array) veya dizileme (sequencing) verilerinden güvenilir bir şekilde nasıl tespit edileceği ve boyutlarına, kopya durumlarına ve olası önemlerine göre nasıl sınıflandırılacağıdır.
Tanım
Kopya sayısı varyantı, geleneksel olarak bir kilobaz veya daha büyük boyutta olan, referans genoma kıyasla mevcut kopya sayısında farklılık gösteren ve bir delesyon (kopya kaybı) veya bir duplikasyon ya da daha yüksek dereceli bir amplifikasyon (kopya kazanımı) olarak ortaya çıkan bir DNA segmentidir.
Kapsam
Bu konu, bir CNV'nin ne olduğunu, bunların tespitinde ve boyutlandırılmasında kullanılan başlıca teknolojileri (dizi karşılaştırmalı genomik hibridizasyon, SNP dizileri ve dizilemeden elde edilen okuma derinliği veya eşleşmiş uç sinyalleri) ve sınıflandırılma esaslarını (kazanım ve kayıp, kopya sayısı, tekrarlama ve sıklık) kapsamaktadır. Bu, tespit ve sınıflandırma kavramlarının referans niteliğinde bir ele alınışıdır ve bireyler için tanısal yorum sağlamamaktadır.
Temel sorular
- Kopya sayısı varyantını diğer yapısal varyantlardan ayıran nedir?
- CNV'leri tespit etmek için hangi sinyaller (hibridizasyon yoğunluğu, okuma derinliği, eşleşmiş uç ve ayrık okuma kanıtları) kullanılmaktadır?
- CNV'ler kopya durumu, boyutu, tekrarlama ve popülasyon sıklığına göre nasıl sınıflandırılmaktadır?
- Her bir tespit platformunun çözünürlük limitleri ve yanlış tespit kaynakları nelerdir?
Anahtar kavramlar
- Kopya kazanımı (duplikasyon) ve kopya kaybı (delesyon)
- Dizi karşılaştırmalı genomik hibridizasyon (aCGH)
- SNP dizisi log R oranı ve B-alel frekansı
- Okuma derinliği ve eşleşmiş uç tespiti
- Kırılma noktası çözünürlüğü
- Tekrarlayan ve tekrarlamayan CNV
- Popülasyon sıklığı ve iyi huylu ile patojenik sınıflandırma
Mekanizmalar
CNV tespiti, DNA dozajındaki fiziksel bir değişikliği ölçülebilir bir sinyale dönüştürmektedir. Dizi karşılaştırmalı genomik hibridizasyon ve SNP dizileri, göreceli hibridizasyon yoğunluğunu okumaktadır; bu nedenle bir delesyon etkilenen aralıktaki sinyali düşürürken, bir duplikasyon sinyali yükseltmektedir. SNP dizileri, kopya durumlarını ayırt etmeye yardımcı olan alel oranı bilgisi eklemektedir. Dizileme tabanlı yaklaşımlar, okuma derinliğinden kopya sayısını çıkarmaktadır – duplike bölgeler üzerinde daha fazla okuma birikirken, delesyonlar üzerinde daha az okuma birikmektedir – ve kırılma noktalarını lokalize etmek için uyumsuz eşleşmiş uç (paired-end) ve ayrık okuma (split-read) hizalamalarını kullanmaktadır. Sınıflandırma daha sonra kopya durumunu, boyutu, varyantın mimari olarak tanımlanmış kırılma noktalarında tekrarlayıp tekrarlamadığını ve referans popülasyonlardaki sıklığını bir araya getirmektedir.
Klinik önem
Kopya sayısı analizi, genomik kazanım ve kayıpları karakterize etmek için sağlık bilimlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır ve yaygın iyi huylu CNV'leri nadir dozaj değiştiren olaylardan ayırt etmek, genomik verilerin yorumlanmasında merkezi bir öneme sahiptir. Bu madde, CNV'lerin metodolojik bir konu olarak nasıl tespit edildiğini ve kategorize edildiğini açıklamaktadır; bireysel tanı veya yönetim için bir temel oluşturmamaktadır.
Epidemiyoloji
Erken dönem genom çapında yapılan araştırmalar, CNV'lerin sağlıklı bireylerde yaygın olduğunu ortaya koymuştur: Sebat ve arkadaşları ilk olarak yaygın kopya sayısı polimorfizmini göstermiş, Redon ve arkadaşları ise HapMap popülasyonlarında küresel CNV'leri haritalamıştır. 1000 Genom yapısal varyasyon haritası da dahil olmak üzere sonraki dizileme tabanlı kataloglar, sıklıkları hassaslaştırmış ve delesyonlar ile duplikasyonların değişken genomun büyük bir kısmını topluca kapsadığını göstermiştir.
Tarihçe
Sağlıklı insanlar arasında kopya sayısının geniş ölçüde değiştiği bilgisi, 2004 yılında Sebat ve Iafrate ile arkadaşlarının dizi çalışmalarıyla ortaya çıkmış ve bu tür varyasyonun nadir olduğu varsayımını çürütmüştür. Dizi platformlarından elde edilen tüm genom CNV haritaları 2006 yılında yayımlanmış ve sonraki on yılda yüksek verimli dizilemeye geçiş, kırılma noktası çözünürlüğünü artıran ve CNV tespitini genel yapısal varyant keşfine entegre eden okuma derinliği ve eşleşmiş uç yöntemlerini beraberinde getirmiştir.
Tartışmalar
- Tespit platformu farklılıkları nasıl uzlaştırılmalıdır?
- Diziler ve dizileme tabanlı tespit araçları, boyut çözünürlüğü, kırılma noktası hassasiyeti ve tekrarlayan bölgelerdeki duyarlılık açısından farklılık gösteren, örtüşen ancak özdeş olmayan CNV setleri bildirmektedir; bu nedenle, platformlar arası tespitlerin ve sıklıkların uyumlu hale getirilmesi, kabul görmüş metodolojik bir zorluk olmaya devam etmektedir.
Öne çıkan isimler
- Jonathan Sebat
- Stephen W. Scherer
- Charles Lee
- Evan E. Eichler
- Nigel P. Carter
İlgili konular
Temel eserler
- sebat-2004
- redon-2006
- alkan-2011
Sıkça sorulan sorular
- Bir CNV ile bir delesyon arasındaki fark nedir?
- Bir delesyon, bir kopya sayısı varyantının (bir kopya kaybı) bir türüdür. CNV terimi daha geniştir ve duplikasyonları ile daha yüksek dereceli kopya kazanımlarını da içermektedir; bu nedenle, ilgili boyuttaki her delesyon bir CNV'dir ancak her CNV bir delesyon değildir.
- Neden iki platform aynı örnek için farklı CNV'ler bildirebilir?
- Dizi ve dizileme yöntemleri, çözünürlük, kırılma noktası hassasiyeti ve tekrarlayan bölgelerdeki duyarlılık açısından farklılık göstermektedir; bu nedenle, örtüşen ancak özdeş olmayan varyant setlerini yakalamakta ve aynı olayı farklı boyutlandırabilmektedirler.
Bu kavram için yöntemler
- Copy Number Variation Analysis
- Machine learning-assisted copy number variation analysis
- Bayesian Copy Number Variation Analysis
- Differential Copy Number Variation Analysis
- Single-cell Copy Number Variation Analysis
- Variant Calling
- Time-series copy number variation analysis
- Network-based copy number variation analysis