SNP阵列识别导致体外受精失败的遗传遗传疾病

简介

2016年1月，上海吉爱遗传与体外受精(GIVF)研究所成为中国第一个见证用核图和体外受精技术孕育婴儿出生的机构在体外受精(IVF)。核测图是一种先进的胚胎植入前遗传诊断(PGD)技术，在胚胎移植到子宫之前评估其特定的单基因状况。其目标是将携带已知遗传基因疾病的夫妇的孩子患有这种疾病的风险降到最低。

在已知的遗传遗传疾病中，平衡易位，包括相互易位和罗伯逊易位，影响总人口的0.19%，但在有反复流产或重复试管婴儿失败史的试管婴儿患者中，其患病率增加到2.2%。¹平衡易位不同于单基因疾病。携带者拥有平衡的重组形式，没有健康问题。

目前的PGD技术，如改性荧光原位杂交(FISH)和下一代测序(NGS)方法，耗时且无法区分具有平衡和结构正常染色体的胚胎，以及相互和罗伯森易位载体。^{2 - 4}

2017年，上海纪爱的研究人员决定测试核映射检测平衡易位存在的能力。他们对11个接受体外受精的易位家族进行了盲法临床研究。⁵所有家族均有复发性自然流产、不孕或染色体异常妊娠史

iccommunity采访了上海纪爱团队的几位成员，包括上海纪爱总裁孙晓曦教授;张岳平教授，遗传系主任;植入前遗传诊断高级技术员张硕就本研究和植入前遗传单倍分型(PGH)在识别易位和限制其遗传给后代方面的价值进行了介绍。

校长孙晓曦教授;张岳平教授，遗传系主任;上海吉爱遗传与体外受精研究所胚胎植入前遗传学诊断高级技术员张硕。

问:在中国，先天出生缺陷和遗传疾病的发病率是多少?

太阳Xiao-xi (SX):我国先天性疾病的发病率很高。据估计，中国每年有100万出生缺陷儿童，约占出生总人数的5.6%。⁶它严重影响了我们儿童的生活质量和健康，影响了他们的家庭和整个社会。出生缺陷的主要原因是复杂的染色体疾病。通过核图谱，我们希望向体外受精的父母保证，他们的孩子出生时没有已知的先天性异常。

问:您的实验室最初是如何识别平衡易位病例的?困难是什么?

张说(z):在开发PGH方法之前，我们使用FISH分析平衡易位患者的胚胎，这是耗时的。更快的技术，如SNP阵列，只分析染色体拷贝数变异(CNV)，因此不能用于检测二倍体胚胎的染色体结构异常。

因此，平衡易位的移植胚胎的诊断是困难的。这对试管婴儿携带者来说是个问题。他们的孩子有可能会有不平衡的易位，出生时就有先天性缺陷。还有50%的可能性是，他们的胚胎可能是他们拥有的相同染色体易位的携带者，增加了将有害的等位基因转移给后代的风险。

“humankarymap -12阵列能够同时分析分子单倍型和非整倍体筛选。”

问:你是如何发展你的新的PGH方法的?

z:我们从理论上认为，全基因组核映射有可能诊断染色体结构异常的胚胎，如相互易位和罗伯逊易位。核测法利用基于链接的全基因组单倍分型提供了染色体的高密度视图，并深入了解遗传等位基因。

首先，我们选择了用于进行研究的遗传标记类型。短串联重复序列(STR)基因座分析是一项困难和耗时的分析，特别是对多个DNA来源(家庭成员和胚胎)。我们选择SNPs作为我们的遗传标记，它提供了一个更快、更精简的工作流程。利用snp，我们可以很容易地在亲本、参考样本和胚胎之间进行连锁分析。我们研究了市场上的各种SNP阵列，并选择了iScan™系统上的30万SNP humankarymap -12阵列。它可以同时分析每个胚胎的分子单倍型和非整倍体筛选，并包含易于使用的BlueFuse™Multi Software用于数据分析。

问:在检测平衡易位和结构正常易位时，您是如何决定使用哪些snp的?

z:我们鉴定了用于建立单倍型(一起遗传的DNA变异)的信息性snp。在我们的研究中，单倍型包括断点区域、参与易位的全部染色体、夫妇、参考(家庭成员或不平衡胚胎)和胚胎中相应的正常同源染色体。

筛选标准为snp在携带者身上杂合，在伴侣身上纯合，在携带者父母或其他家庭成员身上纯合。这些信息被用来确定携带者的两个单倍型中哪一个与衍生染色体或正常染色体相连。区分具有平衡和结构正常染色体的胚胎的预测标准结合了断点区域的单倍型和这些区域的同源重组的存在。

“我们的方法可以识别染色体中的单倍型或全基因组的断点区域，以识别任何类型的易位的存在。”

问:描述用于平衡易位分析的PGH过程?

张Yueping (ZY):这一过程包括全基因组SNP基因分型，使用来自试管婴儿夫妇、他们的父母和胚胎的人类核图-12 DNA样本阵列。我们使用BlueFuse Multi Software进行连锁分析，并对患者家族全基因组单倍型进行建模。如果携带者的平衡易位是遗传的，构建家庭单倍型需要分析一个近亲属的DNA作为参考。如果是新生家族突变，我们用一个有不平衡易位的胚胎作为参照。

问:测试这种PGH方法识别平衡和结构正常胚胎能力的研究结果是什么?

z:十一个迁移家庭参与了这项研究。除了准父母和某些近亲外，对68个囊胚进行了分析，其中42个是不平衡的，26个是平衡的。我们鉴定了13个染色体结构正常的胚胎，并将它们转移回相应的体外受精患者体内。妊娠中期后对羊水细胞进行产前细胞遗传学分析。PGH预测结果与细胞遗传学分析结果一致。

问:这种新的PGH方法有什么优点?

z:我们的PGH全基因组单倍型连锁分析方法有几个优点。它在断点区域识别单倍型。它通过同时识别参与易位的两条完整染色体和两条对应的正常同源染色体的单倍型来检测断点区域的同源重组。它提供了信息，通过确定哪些胚胎是易位携带者和筛选所有染色体的非整倍体，同时提高临床妊娠率。最后，我们的方法可以识别染色体中的单倍型或全基因组的断点区域，以识别任何类型的易位的存在。

最重要的是，我们的PGH方法相对简单高效，适合临床常规应用。整个过程可在48小时内完成，数据分析用时不到总时间的2小时。

“最重要的是，我们的PGH方法相对简单高效，适合常规临床应用。”

问:你们现在是否对每个胚胎样本都进行核测?

ZY:在过去的几年里，我们使用humankarymap -12阵列只识别胚胎活检的单基因缺陷。我们现在将其用于所有潜在的体外受精胚胎，以识别单基因缺陷和结构染色体异常，如易位。

问:这一发现体外受精患者平衡易位的突破对临床诊断有何意义?

SX:中国有数百万看起来健康的染色体平衡易位患者，他们有可能将异常的染色体遗传给后代。该全基因组单倍型连锁分析技术的开发是我国在人类辅助生殖医学领域的重要突破，体现了我国在该领域的领先地位。它提高了体外受精治疗的成功率，特别是对那些反复流产的患者。对于平衡易位患者，这项技术确保他们不会将自己拥有的易位染色体遗传给后代。

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