Метод array-CGH для поиска мельчайших изменений в ДНК: суть и применение

Метод array-CGH, или сравнительная геномная гибридизация на микрочипах, представляет собой современное высокоточное исследование, позволяющее обнаружить мельчайшие хромосомные перестройки, которые невозможно увидеть при стандартном анализе кариотипа. Этот анализ сканирует весь геном в поисках аномалий количества генетического материала — микроскопических делеций (потерь) или дупликаций (приобретений) участков ДНК. Именно такие изменения часто лежат в основе врожденных пороков развития, задержки психоречевого развития, расстройств аутистического спектра и других состояний, причину которых долгое время не удавалось установить.

Что такое сравнительная геномная гибридизация на микрочипах и как она работает

Сравнительная геномная гибридизация на микрочипах (array-CGH) — это молекулярно-цитогенетический метод, который работает по принципу сравнения. Если представить геном человека как огромную библиотеку с 46 томами-хромосомами, то стандартный анализ кариотипа может заметить лишь отсутствие целого тома или его большой части. Метод aCGH, в свою очередь, способен «пролистать» каждую книгу и обнаружить пропажу или дублирование даже одной-единственной страницы или абзаца. Это достигается за счет высокой разрешающей способности технологии.

Процесс исследования выглядит следующим образом:

• Из образца крови пациента выделяют ДНК. Параллельно берут контрольный образец ДНК, заведомо не имеющий хромосомных аномалий.
• ДНК пациента и ДНК из контрольного образца метят разными флуоресцентными красителями (например, зеленым и красным).
• Оба образца ДНК смешивают и наносят на специальный стеклянный чип (микроматрицу). На этом чипе расположены тысячи зондов — коротких фрагментов ДНК, соответствующих определенным участкам генома человека.
• ДНК пациента и контрольная ДНК конкурируют между собой за связывание с зондами на чипе.
• Специальный сканер считывает интенсивность свечения каждого красителя в каждой точке чипа. Компьютерная программа анализирует полученные данные. Если в каком-то участке генома у пациента нормальное количество ДНК, то свечение будет сбалансированным (желтым). Если у пациента нехватка участка (делеция), преобладать будет красный цвет контрольной ДНК. Если же участок удвоен (дупликация), то доминировать будет зеленый цвет ДНК пациента.

Таким образом, хромосомный микроматричный анализ позволяет с высокой точностью определить, в каких именно участках хромосом есть дисбаланс генетического материала.

Ключевые отличия array-CGH от стандартного кариотипирования

Основное различие между этими двумя методами заключается в их «увеличительной силе» или разрешающей способности. Стандартное кариотипирование — это классический метод, который десятилетиями служил золотым стандартом в цитогенетике, но его возможности ограничены. Метод сравнительной геномной гибридизации на микрочипах позволил заглянуть на совершенно другой уровень детализации генома.

Чтобы лучше понять различия, рассмотрим их в сравнительной таблице.

Таким образом, array-CGH не заменяет кариотипирование полностью, а дополняет его. Для выявления сбалансированных перестроек, которые могут быть важны, например, при привычном невынашивании беременности, кариотипирование остается актуальным. Однако в диагностике неясных состояний у детей именно хромосомный микроматричный анализ является тестом первой линии.

В каких случаях назначают исследование методом сравнительной геномной гибридизации

Назначение такого сложного и детального анализа всегда имеет веские основания. Обычно его рекомендует врач-генетик, невролог или педиатр, когда клиническая картина указывает на возможную хромосомную патологию, но стандартные методы не дают ответа. Исследование помогает установить точный диагноз и определить дальнейшую тактику ведения пациента.

Вот основные показания для проведения анализа array-CGH:

• Множественные врожденные пороки развития у ребенка.
• Задержка психомоторного и/или речевого развития неясного происхождения.
• Расстройства аутистического спектра (РАС), особенно в сочетании с другими особенностями развития.
• Умственная отсталость (интеллектуальная недостаточность) любой степени.
• Врожденные аномалии строения лица и тела (дизморфии), не укладывающиеся в картину известного синдрома.
• Судорожный синдром (эпилепсия), особенно если он дебютировал в раннем возрасте и сопровождается задержкой развития.
• Неясный диагноз после проведения стандартного кариотипирования.

Проведение этого анализа позволяет в значительном проценте случаев найти генетическую причину состояния ребенка, что прекращает долгий и изнурительный «диагностический поиск», дает семье определенность и позволяет составить прогноз.

Какие генетические аномалии выявляет анализ array-CGH

Спектр аномалий, которые может обнаружить сравнительная геномная гибридизация на микрочипах, очень широк. Все они относятся к категории несбалансированных хромосомных перестроек, то есть связанных с изменением количества генетического материала. К ним относятся микроделеции и микродупликации.

• Микроделеции: это потеря очень маленького фрагмента хромосомы. Даже крошечный участок может содержать несколько важных генов. Его отсутствие приводит к развитию определенного микроделеционного синдрома (например, синдром Ди Джорджи, синдром кошачьего крика, синдром Вильямса).
• Микродупликации: это удвоение небольшого фрагмента хромосомы. Лишняя копия генов также нарушает тонкий баланс в работе организма и может вызывать различные патологические состояния.
• Вариации числа копий генов (CNV): это более общий термин, объединяющий делеции и дупликации. Метод aCGH является основным инструментом для выявления этих вариаций во всем геноме.

Важно понимать, что не все обнаруженные изменения являются причиной заболевания. Существуют доброкачественные вариации, которые встречаются и у здоровых людей. Задача врача-генетика — правильно интерпретировать полученные данные.

Интерпретация результатов: что означают заключения генетика

Получение результатов анализа array-CGH — волнительный момент. Заключение может быть сложным для понимания, поэтому его всегда должен интерпретировать врач-генетик на очной консультации. Существует несколько основных вариантов результатов.

• Нормальный результат (отсутствие клинически значимых CNV). Это означает, что методом сравнительной геномной гибридизации не было выявлено никаких значимых потерь или добавлений генетического материала. Такой результат не исключает наличия генных (точечных) мутаций или сбалансированных перестроек. Поиск причины состояния может быть продолжен с помощью других методов, например, секвенирования экзома.
• Обнаружены патогенные или вероятно патогенные изменения. Это означает, что найдена известная микроделеция или микродупликация, которая объясняет клиническую картину у пациента. Этот результат подтверждает диагноз конкретного генетического синдрома. Получение точного диагноза крайне важно: оно позволяет сделать прогноз, определить риски для будущих детей в семье и подобрать правильную симптоматическую терапию.
• Обнаружен вариант с неясной клинической значимостью (VUS). Это один из самых сложных для интерпретации результатов. Он означает, что найдена редкая делеция или дупликация, но на сегодняшний день в научных базах данных недостаточно информации, чтобы однозначно сказать, является ли она причиной заболевания или просто индивидуальной особенностью генома. В такой ситуации врач-генетик может порекомендовать обследовать родителей, чтобы понять, унаследовано ли это изменение или возникло впервые у ребенка.

Подготовка к исследованию и сам процесс сдачи анализа

Одним из преимуществ хромосомного микроматричного анализа является отсутствие необходимости в сложной подготовке. Это делает процедуру максимально комфортной для пациента, особенно если речь идет о маленьком ребенке.

Для проведения исследования требуется образец венозной крови. Никаких специальных диет, ограничений в приеме пищи или лекарств перед сдачей анализа не требуется. Процедура забора крови стандартна и ничем не отличается от обычного биохимического анализа. Для новорожденных и грудных детей возможно использование специальной пробирки для малого объема крови. Сама процедура занимает всего несколько минут и проводится в условиях процедурного кабинета.

Ограничения метода сравнительной геномной гибридизации на микрочипах

Несмотря на свою высокую точность и информативность, метод array-CGH не является всемогущим и имеет свои ограничения. Важно понимать, что он «видит» не все типы генетических поломок. Это помогает правильно формировать ожидания от исследования и при необходимости планировать дальнейшую диагностику.

К основным ограничениям метода aCGH относятся:

• Неспособность выявлять сбалансированные перестройки. К ним относятся сбалансированные транслокации (когда участки хромосом просто поменялись местами без потери материала) и инверсии (когда участок хромосомы перевернулся на 180 градусов).
• Невозможность обнаружить точечные мутации. Метод не предназначен для «чтения» последовательности ДНК внутри одного гена. Для этого существуют другие методы, такие как секвенирование по Сэнгеру или секвенирование нового поколения (NGS).
• Низкий уровень мозаицизма. Если аномалия присутствует не во всех клетках организма, а только в небольшой их части, метод может ее не зафиксировать.
• Полиплоидии. Состояния, при которых изменен весь набор хромосом (например, тройной набор вместо двойного), могут быть не распознаны стандартными алгоритмами анализа.

Понимание этих ограничений позволяет врачу-генетику выстраивать правильную диагностическую стратегию и, в случае нормального результата array-CGH, предлагать дальнейшие шаги для поиска причины заболевания.

Список литературы

1. Медицинская генетика: национальное руководство / под ред. Н. П. Бочкова, Е. К. Гинтера, В. П. Пузырева. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. — 976 с.
2. Miller D.T., Adam M.P., Aradhya S., et al. Consensus statement: chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental disabilities or congenital anomalies. The American Journal of Human Genetics. 2010;86(5):749-764.
3. Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б., Соловьев И.В. Молекулярная цитогенетика: от исследований генома к клинической диагностике. — М.: Медпрактика-М, 2006. — 252 с.
4. Shaffer L.G., Bejjani B.A. A cytogeneticist's perspective on genomic microarrays. Human Reproduction Update. 2004;10(3):221-226.
5. Клинические рекомендации «Врожденные аномалии (пороки развития), деформации и хромосомные нарушения». Разработчик: Ассоциация медицинских генетиков. (Год утверждения может меняться, актуальные версии публикуются на официальном портале Минздрава РФ).