SNP阵列识别导致体外受精失败的遗传遗传病

介绍

2016年1月，上海吉爱遗传与试管婴儿(GIVF)研究所成为中国首个通过核作图和人工授精技术受孕的婴儿的研究所在体外受精(IVF)。核定位是一种先进的植入前遗传学诊断(PGD)技术，在移植入子宫前评估胚胎的特定单基因状况。这样做的目的是将携带一种已知遗传性疾病的夫妇生出患有这种疾病的孩子的风险降到最低。

在已知的遗传遗传病中，平衡易位，包括互惠易位和罗伯逊易位，影响0.19%的普通人群，但在有反复流产或多次IVF失败史的IVF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。承运人拥有一种平衡的重组形式，不存在健康问题。

目前的PGD技术，如改性荧光原位杂交（鱼类）和下一代测序（NGS）方法是耗时，不能区分具有平衡和结构正常的染色体的胚胎，以及互惠和罗伯逊易位载体。^{2 - 4}

2017年，上海集爱大学的研究人员决定测试核作图的能力，以检测平衡易位的存在。他们对11个进行体外受精的易位家族进行了盲法临床研究，使用的是Human Karyomap-12阵列。⁵所有家族均有复发性自然流产、不孕症或染色体异常妊娠史

iccommunity与上海吉爱团队的几位成员进行了交流，包括上海吉爱总裁孙晓曦教授;张月平教授，遗传学系主任;与植入前遗传学诊断高级技术人员张硕就本研究以及植入前基因单倍型(PGH)在识别易位和限制其传递给后代方面的价值进行了讨论。

孙晓曦教授，校长;张月平教授，遗传学系主任;张硕，中国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人员。

问:中国先天性出生缺陷和遗传病的发病率是多少?

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它严重影响了孩子的生活质量和健康，并影响了他们的家庭和普通社会。出生缺陷的主要原因是复杂的和染色体疾病。通过Karymapping，我们希望向IVF父母保证他们的孩子不会出生而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转移病例的?有哪些困难?

张说(z):在我们的PGH方法开发之前，我们使用FISH分析来自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。

结果，难以诊断移植骨折的平衡旋转性。这对载体的IVF患者来说是一个问题。他们的孩子将拥有不平衡的易位，并将出生在先天性缺陷。还有50％的概率，它们的胚胎可能是它们具有相同染色体易位的载体，从而增加将有害等位基因转移到后代的风险。

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

问：您是如何发展新的PGH方法的？

z:我们推测，全基因组核作图有可能诊断胚胎的染色体结构异常，如相互易位和罗伯逊易位。核作图利用基于连接的全基因组单倍型提供染色体的高密度视图和对遗传等位基因的深入了解。

首先，我们选择用于执行研究的遗传标记类型。短串联重复（str）基因座分析是难以耗时的分析，特别是在多个DNA来源（家庭成员和胚胎）上进行。我们选择SNPS作为我们的遗传标记，提供更快，流线型的工作流程。通过SNP，我们可以轻松地在父母，参考样品和胚胎之间进行联系分析。我们研究了市场上的各种SNP阵列，并在ISCAN™系统上选择了300,000个SNP HumankaryMap-12阵列。它能够同时分析每个胚胎的分子单倍型和非综太筛选，包括易于使用的BlueFuse™多软件进行数据分析。

问:你如何决定使用哪些snp来检测平衡和结构正常的易位?

z:我们鉴定了用于建立单倍型(DNA变异共同遗传)的信息SNPs。在我们的研究中，单倍型包括断点区域、涉及易位的全部染色体、夫妻中相应的正常同源染色体、参考(家庭成员或不平衡胚胎)和胚胎。

选择标准为:在携带者中为杂合子，在其伴侣中为纯合子，在携带者父母或其他家庭成员中为纯合子。这一信息被用来确定携带者的两个单倍型中的哪一个与衍生染色体或正常染色体相连。区分平衡和结构正常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的单倍型或基因组范围内的断点区域，以确定任何类型的易位存在。”

问:描述用于进行平衡易位分析的PGH过程?

张Yueping (ZY):这一过程涉及到对来自IVF夫妇、他们的父母和胚胎的人类核糖体-12 DNA样本进行全基因组SNP基因分型。我们使用BlueFuse Multi软件进行连锁分析并建立患者家族全基因组单倍型模型。如果携带者的平衡易位是遗传的，那么构建家族单体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，我们用不平衡易位的胚胎作为参考。

问:测试这种PGH方法识别平衡和结构正常胚胎的能力的研究结果是什么?

z:11个迁移家庭被纳入研究。除准亲本和某些近亲外，共分析68个胚泡，其中不平衡胚42个，平衡胚26个。我们鉴定了13个具有结构正常染色体的胚胎，这些胚胎被转移回相应的体外受精患者体内。妊娠中期后进行羊水细胞的产前细胞遗传学分析。PGH预测的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基因组单倍型连杆分析方法具有几个优点。它识别断点区域中的单倍型。它通过同时鉴定易位和两个相应的正常同源染色体中涉及的两个整体染色体的单倍型来检测断点区域中的同源重组。通过确定哪种胚胎是易位载体并同时筛选所有染色体，提供了提高临床妊娠率的信息。最后，我们的方法可以鉴定染色体或断裂区域的单倍型，以识别任何类型的易位的存在。

最重要的是，我们的PGH方法相对简单有效，适合常规临床应用。整个流程可在48小时内完成，数据分析所需时间不到2小时。

“最重要的是，我们的PGH方法相对简单有效，适合常规临床应用。”

问:你们现在会对每个胚胎样本进行核定位吗?

ZY:在过去的几年里，我们使用HumanKaryomap-12阵列仅识别胚胎活检中的单基因缺陷。我们现在在所有可能的体外受精胚胎上使用它来识别单基因缺陷和结构染色体异常，如易位。

问:这一在平衡易位试管婴儿患者检测方面的突破对临床诊断有何意义?

SX：中国有数百万看似健康的染色体平衡易位患者，他们的染色体异常有可能遗传给后代。该全基因组单倍型连锁分析技术的开发是我国人类辅助生殖医学领域的重要突破，显示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。对于平衡易位的患者来说，这项技术可以确保他们不会将易位染色体遗传给后代。

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