徐晨明:解决CNV-seq痛点,单分子测序在CNV-seq应用中的优势
时间:
2020-12-15
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流产物拷贝数变异(Copy Number Variation, CNV)检测,是指通过对妊娠期流产/引产组织、绒毛、脐带血样本进行全基因组测序,从而判断流产组织染色体是否存在变异的一种技术。结合夫妻双方的遗传背景,该技术可为孕妇不明原因流产寻找可能的遗传因素,发现流产发生的根源,帮助医生从更科学的角度合理的指导夫妇再次备孕。

在真迈生物2020年度国产测序平台及应用创新论坛上,时任上海交通大学医学院附属国际和平妇幼保健院(以下简称“国妇婴”)生殖遗传科主任的徐晨明教授(注:徐教授现已就职于复旦大学附属妇产科医院)就孕妇流产原因及筛查方法做了详细的报告,并结合临床研究案例分享了使用单分子测序平台GenoCare 1600进行CNV-seq检测的优势和经验。


有多少自然流产是由CNV引起的?


自然流产是指由于非人为因素导致妊娠在28周前终止且胎儿体重<1000g的流产,其发生率占全部妊娠的约15%~20%,其中80%以上为早期自然流产


自然流产主要由3大因素引起:一是药物、酒精、化学制剂、细菌、病毒等环境因素;二是内分泌异常、免疫功能异常、宫颈功能不全、子宫畸形、血栓形成、年龄、BMI、吸烟等母体因素;三是染色体疾病、单基因疾病、基因组疾病、多基因疾病等遗传因素。

而在这三种引起自然流产的因素中,早期自然流产约有50%-60%是由染色体异常导致的。染色体异常会影响众多基因的表达和作用,破坏基因的平衡状态,从而妨碍胎儿相关器官的分化、发育及某些功能发生异常而引发胎停、流产。

染色体导致的致病因素包括染色体数目异常(约占86%)、结构异常(约占6%),以及嵌合体(约占8%)。流产的孕周越小,检出的染色体异常比例越大。

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CNV检测有哪些方法?

美国生殖医学会建议在流产后进行相关检查来查明流产原因,例如通过核型分析、染色体微阵列分析技术(chromosome microarray analysis, CMA)对夫妻双方及胎儿流产物进行检测从而判定是否存在染色体异常。

常见CNV筛查方法及特点对比:

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核型分析检测周期长、分辨率低,无法检出5Mb以下CNVs

CMA通量低、成本高、探针覆盖范围有限,无法准确分析<30%的嵌合体

CNV-seq技术无需细胞培养,测序完成后,通过计数每条染色体拷贝数的细微改变,来精确判断嵌合体比例,故CNV-seq可以实现对低比例嵌合体更好的检测,可为临床医生提供更为准确可靠的产前诊断结果。

CNV-seq技术优点

  • 检测范围广:包括非整倍体、大片段缺失重复、全基因组CNV

  • 高通量:同时进行多个样本的检测

  • 操作简便:流程简便,节省人力

  • 兼容性好:一台测序仪可同时开展NIPT与CNV-seq

  • 检测周期短:基因测序、自动化数据分析、质控标准清晰,报告周期短

  • 分辨率高:可检测低至100Kb的CNV

  • 低比例嵌合的检测:可检测低至5%的染色体非整倍体嵌合,在临床样本中可发现超过10%的染色体非整倍体嵌合


CNV-seq还有哪些痛点有待解决?

传统的建库过程需经过PCR进行DNA片段的富集,而在富集的过程中会不可避免的引入扩增错误和偏向性,这意味着上机测序的文库片段已经无法真实反映原始样本的情况,同时也带来dup偏高、测序数据浪费偏多的问题。这对检测结果的准确性,尤其对于微缺失/重复(CNV)检测,会造成比较大的影响。

嵌合的检出缺憾:由于富集引入的PCR bias对于较低比例的嵌合,也带来了检出困扰。



单分子测序平台GenoCare为何能解决CNV-seq痛点?

1 无需扩增,建库时间短,操作简便高效
GenoCare gDNA文库构建试剂盒将DNA片段化、末端修复以及末端加dA尾合并为一步,产品无需纯化,可直接进行接头连接,采用一管式操作,流程简化,操作简便,且无PCR过程,可极大缩短建库时间。


GenoCare与其他测序平台样品处理过程对比:

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2 最大程度利用样品,保持样品的多样性和原态性

GenoCare与其他测序平台样品处理及质控结果对比:

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GenoCare 1600测序平台:样品投入量15-50ng

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其他测序平台:样品投入量约1ug


3 在线分析系统,为临床工作人员提供一键化的结果

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GC bias影响极小,为低比例嵌合样品的检出提供稳定保障

整个样品制备和测序过程并没有PCR, 可以极大程度解决二代测序引物的GC偏好性,从而提高对于小片段微缺微重样品及较低比例嵌合异常的样品的检出。

GC bias 经多次重复测试均值约0.02-0.04,为低比例嵌合样品的检出提供了稳定的保障。

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单分子测序平台GenoCare在CNV-seq检测中的临床案例检出结果举例

真迈生物开发的基于单分子测序平台的流产物CNV的整套解决方案,在国妇婴完成了共计500例的流产物样品检测,初期选择了150例各种类型的阳性样品进行双盲测试,测试结果与其他NGS测序平台结果完全一致。

部分CNV检出结果示例:

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参考文献:

[1] Genetic considerations in recurrent pregnancy loss. Cold Spring Harb Perspect Med. 2015 Feb ;5(3):a023119.

[2] Molecular cytogenetic analysis of early spontaneous abortions conceived from varying assisted reproductive technology procedures. Mol Cytogenet, 2016, 9: 79.

[3] 中华医学会医学遗传学分会临床遗传学组,中国医师协会医学遗传医师分会遗传病产前诊断专业委员会,中华预防医学会出生缺陷预防与控制专业委员会遗传病防控学组,低深度全基因组测序技术在产前诊断中的应用专家共识[J], 中华医学遗传学杂志, 2019,36(4):294.

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