Виды микроматричного анализа (aCGH, SNP): особенности и цели применения

Виды хромосомного микроматричного анализа (ХМА), такие как сравнительная геномная гибридизация (aCGH) и анализ на основе однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), представляют собой современные методы генетической диагностики с высоким разрешением. Этот анализ позволяет выявлять мельчайшие изменения в структуре хромосом, которые невозможно увидеть при стандартном исследовании кариотипа. Хромосомный микроматричный анализ является ключевым инструментом в поиске причин задержки психоречевого развития, врожденных пороков, расстройств аутистического спектра и других состояний, связанных с генетическими аномалиями.

Что такое хромосомный микроматричный анализ и почему он точнее кариотипирования

Хромосомный микроматричный анализ — это технология, которая сканирует весь геном человека в поиске очень маленьких, субмикроскопических изменений в количестве генетического материала. Эти изменения называются вариациями числа копий (CNV) и представляют собой либо утрату небольшого участка хромосомы (микроделецию), либо появление дополнительной копии участка (микродупликацию). Такие аномалии часто являются причиной серьезных нарушений развития, но остаются невидимыми при стандартном цитогенетическом анализе — кариотипировании.

Чтобы понять разницу, можно представить кариотипирование как взгляд на карту мира, где видны только целые страны (хромосомы). Можно заметить, если какой-то страны не хватает или есть лишняя. Хромосомный микроматричный анализ — это как изучение той же карты с помощью спутника высокого разрешения, который позволяет увидеть отсутствие или дублирование отдельных городов или даже улиц (участков хромосом). Именно поэтому ХМА считается тестом первого выбора при диагностике у детей с множественными врожденными пороками развития, задержкой развития и расстройствами аутистического спектра, так как его разрешающая способность в сотни раз выше, чем у кариотипирования.

Сравнительная геномная гибридизация (aCGH): как работает и что выявляет

Метод сравнительной геномной гибридизации на микрочипах (aCGH, от англ. Array-based Comparative Genomic Hybridization) основан на прямом сравнении ДНК пациента с эталонной, заведомо нормальной ДНК. Процесс можно упрощенно описать так: ДНК пациента и эталонную ДНК метят разными флуоресцентными красителями (например, красным и зеленым) и наносят на специальный стеклянный чип. На чипе расположены тысячи фрагментов ДНК, соответствующих всем участкам человеческого генома.

Если в геноме пациента количество генетического материала в норме, то ДНК пациента и эталонная ДНК свяжутся с чипом в равных пропорциях, и участок на чипе будет светиться желтым цветом (смешение красного и зеленого). Если у пациента есть микроделеция (нехватка участка), то в этом месте свяжется больше эталонной ДНК, и точка на чипе будет светиться зеленым. Если же у пациента микродупликация (избыток), то, наоборот, преобладать будет красный сигнал. Компьютерная программа анализирует эти цветовые сигналы по всему геному и строит карту, показывая, где и какого размера произошли изменения.

Таким образом, aCGH-анализ эффективно выявляет:

• Микроделеции и микродупликации во всех хромосомах.
• Несбалансированные хромосомные перестройки (когда часть одной хромосомы перемещается на другую с потерей или добавлением материала).
• Изменения числа целых хромосом (например, трисомию 21-й хромосомы при синдроме Дауна), хотя для этой цели чаще используют более простые методы.

Важно понимать, что aCGH выявляет только количественные изменения — нехватку или избыток ДНК. Метод не способен обнаружить сбалансированные перестройки (когда участки хромосом поменялись местами без потери материала) или точечные мутации в генах.

Анализ на основе однонуклеотидных полиморфизмов (SNP-array): расширенные возможности диагностики

SNP-анализ (от англ. Single Nucleotide Polymorphism) — это еще один вид микроматричного анализа, который также определяет вариации числа копий (делеции и дупликации), но обладает дополнительными диагностическими возможностями. SNP, или однонуклеотидные полиморфизмы, — это самые распространенные варианты в геноме человека, представляющие собой замену одного «кирпичика» ДНК (нуклеотида) на другой в определенном месте. Эти варианты делают нас уникальными. У каждого человека в каждой паре хромосом одна хромосома от матери, другая — от отца, и они несут разные варианты SNP.

SNP-микроматрица не только измеряет общее количество ДНК в каждом участке, как aCGH, но и определяет, какие именно варианты SNP присутствуют. Это позволяет получить дополнительную ценную информацию:

• Выявление участков с потерей гетерозиготности (LOH). Это ситуации, когда на протяженном участке хромосомы отсутствуют генетические различия, унаследованные от матери и отца. Такие участки могут указывать на то, что обе копии хромосомы или ее части унаследованы только от одного родителя (однородительская дисомия) или на близкородственные связи родителей.
• Диагностика однородительской дисомии (UPD). Это состояние, при котором обе хромосомы из пары унаследованы от одного родителя. UPD может приводить к некоторым генетическим синдромам (например, синдром Прадера — Вилли или Ангельмана), даже если количество генетического материала в норме.
• Определение степени кровного родства. Анализ SNP позволяет выявить длинные гомозиготные участки, что может быть косвенным указанием на близкородственный брак родителей и повышает риск некоторых наследственных заболеваний.
• Оценка мозаицизма. SNP-анализ более чувствителен к выявлению мозаицизма — присутствия в организме нескольких клеточных линий с разным генетическим набором.

Благодаря этим дополнительным возможностям, SNP-анализ часто считается более информативным методом по сравнению с aCGH.

Ключевые различия между aCGH и SNP-анализом: сравнительная таблица

Чтобы наглядно представить разницу между двумя основными видами хромосомного микроматричного анализа, можно воспользоваться следующей сравнительной таблицей.

Показания к проведению хромосомного микроматричного анализа

Направление на хромосомный микроматричный анализ выдается врачом-генетиком или другими специалистами (неврологом, педиатром) при наличии определенных клинических признаков. Это исследование особенно важно, когда стандартное кариотипирование не выявило отклонений, а причина состояния пациента остается неясной.

Основные показания к проведению ХМА включают:

• Задержка психомоторного и/или речевого развития неясного происхождения.
• Расстройства аутистического спектра (РАС).
• Множественные врожденные пороки развития (пороки сердца, почек, центральной нервной системы и др.).
• Умственная отсталость различной степени тяжести.
• Наличие у ребенка специфических черт лица (дизморфий), которые могут указывать на генетический синдром.
• Необъяснимые судороги или эпилепсия, особенно в сочетании с задержкой развития.
• Низкий или аномально высокий рост в сочетании с другими клиническими признаками.
• Привычное невынашивание беременности или рождение ребенка с пороками развития в анамнезе у семейной пары.

Ограничения метода: что микроматричный анализ не покажет

Несмотря на высокую информативность, хромосомный микроматричный анализ не является универсальным тестом, способным обнаружить абсолютно все генетические поломки. Важно понимать его ограничения, чтобы иметь реалистичные ожидания от результатов. Пациенты и их семьи должны быть информированы о том, что нормальный результат ХМА не исключает генетическую причину заболевания на 100%.

Хромосомный микроматричный анализ не выявляет:

• Сбалансированные хромосомные перестройки. К ним относятся транслокации (обмен участками между хромосомами) и инверсии (поворот участка хромосомы на 180°), при которых общее количество генетического материала не меняется. Для их диагностики по-прежнему используется кариотипирование.
• Точечные мутации. ХМА не «читает» последовательность ДНК внутри генов. Заболевания, вызванные мутацией в одном гене (например, муковисцидоз, фенилкетонурия), требуют других методов анализа, таких как секвенирование ДНК.
• Экспансии (увеличение числа) тринуклеотидных повторов. Некоторые заболевания, например синдром ломкой Х-хромосомы или хорея Гентингтона, вызваны многократным повторением короткого участка ДНК. Для их диагностики нужны специальные тесты.
• Низкоуровневый мозаицизм. Если аномальные клетки присутствуют в организме в очень малом количестве (менее 5–10 %), метод может их не обнаружить.

Кроме того, результатом анализа может стать выявление «варианта с неизвестным клиническим значением» (VUS). Это означает, что найдено редкое изменение в геноме, но на сегодняшний день у науки недостаточно данных, чтобы однозначно сказать, вызывает ли оно заболевание или является безвредной индивидуальной особенностью. В таких случаях для интерпретации результатов может потребоваться дополнительное обследование родителей.

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. Am J Hum Genet. 2010;86(5):749–764.
3. Клинические рекомендации «Расстройства аутистического спектра». Разработчик: Ассоциация психиатров и психологов за научно-обоснованную практику. Одобрено Научно-практическим Советом Минздрава РФ, 2020.
4. Shaffer L.G., Bejjani B.A. A cytogeneticist's perspective on chromosomal microarrays. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2006;7:51–73.
5. Gersen S.L., Keagle M.B. The Principles of Clinical Cytogenetics. 3rd ed. New York: Springer; 2013.