基因组病诊断及产前诊断课件
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• 复制叉停滞和模板转换(Fos Tes) 基于DNA复制过程的复制错误机制，产生含复杂结构 的CNV
CNV致病机制
剂量效应（包含剂量敏感基因） 基因破坏（基因功能丧失） 基因融合 位置效应（致病基因的调控元件
破坏和转录因子分离） 隐性缺陷基因暴露
CNV与人类疾病密切相关
2004年CNV被首次发现导致出生缺陷等重大疾病，预测CNV与15%的人类遗传 病 相关联。
技术平台
Affymetrix
Illumina
aCGH芯片 Agilent
aCGH比较基因组杂交
不能检测三倍体！
SNP Array基因芯片
可检测LOH 及三倍体
微阵列芯片的类型和分辨率及应用范围
J Int Reprod Health/Fam Plan,2014,33:157-161,210.
湖南省妇幼基因芯片检测平台
CMA在核型正常超声异常胎儿检出率提高6%；在超声正常核型也正常的胎儿 异 常检出有1.7%。因此，产前诊断中，当超声发现异常时使用CMA检测更有 利。
2013年12月，美国妇产科医师协会（ACOG）和母胎 医学会(SMFM)发布了“染色体微阵列技术在产前诊 断方面应用的指南（No.581）。
2013年之前，ACOG和SMFM推荐CMA检测作为染色体正常 但超声异常的附加检测项目，直到2013年底发布了相关指 南。
....
染色体微阵列技术
定义 又称为基因芯片技术，是指将成百上千甚至数万个寡核苷酸 或DNA片段密集有序地排列在硅片、玻璃片、聚丙烯或者尼龙固相 支持物上，作为探针与研究样本进行杂交，再对荧光信号进行数 据分析，以确定待测样本DNA的剂量有无改变。
染色体微阵列芯片分类
染色体芯片
技术原理
SNP芯片
行检测 ➢ 无法发现染色体平衡易位、倒位等染色体结构异常，需要结合
核型分析进行诊断 ➢ 技术原理的局限性，无法对人类基因组高度重复区域进行检测
基因组拷贝数变异检测技术的比较
分辨率 时间 培养 质控
非整倍体 不平衡易位 平衡易位、倒位
、 插入 组织嵌合体
三倍体 单亲二倍体
通量 成本
核型分析
＞5Mb 长（1周）
低深度全基因组测序（CNV-seq）
基于二代测序技术对样本DNA进行全基因组测序（0.1X），测序结果与 人 类参考基因组进行比对，通过生物信息分析以发现受检样本可能存在 的染 色体相关异常。 利用高通量测序技术对 全基因组DNA进行测序
Can Alkan, Bradley P. Coe & Evan E. Eichler. Genome structural variation discovery and genotyping
当基因组片段出现缺失或 重复时，导致CNV
CNV突变机理
• 非等位同源重组(NAHR) 由两条同源的、但在基因组不同位置重复出现的、 高 度相似性的DNA序列配对并发生序列交换造成的。
• 非等位同源末端连接(NHEJ) 可以发生在细胞周期的各个时相，为DNA双链断裂的 修复机制，产生一些结构简单的CNV
• 突变类型：缺失、重复、插入、倒位、易位等。
拷贝数变异（Copy Number Variations, CNVs）
定义: 由基因组发生重排而导致的,一般指长度1 kb 以上的基因 组大片段的拷贝数增加或者减少, 主要表现为亚显微水平的缺 失和重复，是基因组结构变异的重要组成部分。
正常人类基因组构成成分 是成对存在，即2份拷贝
推荐内容
胎儿有一项或多项超声结构异常的，且做侵入性产前诊断的，CMA检 测可替代染色体核型分析。
胎儿结构未见异常，但做侵入性产前诊断的，可同时做胎儿核型分析 和CMA检测。
CMA所检测的多数遗传变异与母亲年龄的增大并无关联，因此，该检 测不应只局限于35岁以上的妇女。
对于胎死宫内或死产的胎儿，当需要做细胞遗传学鉴定时，推荐使用 胎儿组织做CMA，因为可以提高检测成功率，及异常检出率。
精神分裂症
狼疮性肾炎
孤独症 家族性高胆固醇血症
基因组病临床表型
➢常见临床表型： 生长发育异常 特殊面容
内分泌异常 ➢ 治疗和预后：
无有效的根治办法;
智力发育迟缓 内脏器官畸形 精神行为改变
出生缺陷重点 防控的疾病
对症治疗，预后差。
目录
ONTENTS
1
2
3 4 5
基因组病检测技术
• 高分辨染色体显带技术 • 荧光原位杂交（FISH） • 多重连接依赖式探针扩增（MLPA） • 实时荧光定量 PCR技术（real-time PCR) • 微阵列（CMA）技术: Array-CGH、SNParray • 高通量测序技术（NGS）: CNV- seq
是 人工
可 可 可
可 可 否 低 低
微阵列分析（CMA）
100Kb 短（3天）
否 自动化
可 可 否
可（＞20%） SNP-Array可 SNP-Array可
较高 高（1200元）
CNV-seq
100Kb 短（3天）
否 自动化
可 可 否
可（＞5%） 可 否 高
较高（800元）
目录
ONTENTS
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2014年中国出台CMA应用于产前诊断的专家共识
CMA 技术的临床应用适应证和禁忌证 1.产前超声检查发现胎儿结构异常是进行 CMA 检查的 适应证，建议在胎儿染色体核型分析的基础上进行，如 核型分析正常，则建议进一步行 CMA 检查。 2.对于胎死宫内或死产、需行遗传学分析者，建议对胎 儿组织行 CMA 检测，以提高其病因的检出率。 3.对于胎儿核型分析结果不能确定染色体畸变情况时， 建议采用 CMA 技术进行进一步分析以明确诊断。 4． CMA 应用于评估早、中孕期胎儿丢失原因的研究数 据 积累不足，暂不推荐使用。 5．CMA 技术（特指具有 SNP 探针的平台）对于异常 细胞比例≥30% 的嵌合体检测结果比较可靠，反之，对 异常细胞比例 <30% 的嵌合体结果不可靠。
基因组病诊断及产前诊断
目录
ONTENห้องสมุดไป่ตู้S
1
2
3 4 5
目录
ONTENTS
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遗传病的分类
• 染色体病 • 基因组病 • 单基因病 • 多基因病 • 线粒体病 • 体细胞突变
基因组病定义
• 1998年由Lupski提出，是指由于人类基因组自身结 构的特征性导致基因组DNA结构重组而引发的一系列 疾病。
CNV-seq技术优势
➢ 诊断效能好：对染色体病及基因组病的诊断效能优于中密度 芯片，成本更低；
➢ 无需细胞培养，报告周期短； ➢ 通量高：一次上机70-80个样本； ➢ 操作方便简单：4小时完成96个样本建库； ➢ 样本需求量少：实现1 ml羊水样本即可完成一次检测。
CNV-seq技术局限性
➢ 无法对杂合性缺失（AOH）（包括单亲二倍体（UPD）） ➢ 无法对单个碱基突变及小片段缺失/重复所导致的单基因疾病进
CNV致病机制
剂量效应（包含剂量敏感基因） 基因破坏（基因功能丧失） 基因融合 位置效应（致病基因的调控元件
破坏和转录因子分离） 隐性缺陷基因暴露
CNV与人类疾病密切相关
2004年CNV被首次发现导致出生缺陷等重大疾病，预测CNV与15%的人类遗传 病 相关联。
技术平台
Affymetrix
Illumina
aCGH芯片 Agilent
aCGH比较基因组杂交
不能检测三倍体！
SNP Array基因芯片
可检测LOH 及三倍体
微阵列芯片的类型和分辨率及应用范围
J Int Reprod Health/Fam Plan,2014,33:157-161,210.
湖南省妇幼基因芯片检测平台
CMA在核型正常超声异常胎儿检出率提高6%；在超声正常核型也正常的胎儿 异 常检出有1.7%。因此，产前诊断中，当超声发现异常时使用CMA检测更有 利。
2013年12月，美国妇产科医师协会（ACOG）和母胎 医学会(SMFM)发布了“染色体微阵列技术在产前诊 断方面应用的指南（No.581）。
2013年之前，ACOG和SMFM推荐CMA检测作为染色体正常 但超声异常的附加检测项目，直到2013年底发布了相关指 南。
....
染色体微阵列技术
定义 又称为基因芯片技术，是指将成百上千甚至数万个寡核苷酸 或DNA片段密集有序地排列在硅片、玻璃片、聚丙烯或者尼龙固相 支持物上，作为探针与研究样本进行杂交，再对荧光信号进行数 据分析，以确定待测样本DNA的剂量有无改变。
染色体微阵列芯片分类
染色体芯片
技术原理
SNP芯片
行检测 ➢ 无法发现染色体平衡易位、倒位等染色体结构异常，需要结合
核型分析进行诊断 ➢ 技术原理的局限性，无法对人类基因组高度重复区域进行检测
基因组拷贝数变异检测技术的比较
分辨率 时间 培养 质控
非整倍体 不平衡易位 平衡易位、倒位
、 插入 组织嵌合体
三倍体 单亲二倍体
通量 成本
核型分析
＞5Mb 长（1周）
低深度全基因组测序（CNV-seq）
基于二代测序技术对样本DNA进行全基因组测序（0.1X），测序结果与 人 类参考基因组进行比对，通过生物信息分析以发现受检样本可能存在 的染 色体相关异常。 利用高通量测序技术对 全基因组DNA进行测序
Can Alkan, Bradley P. Coe & Evan E. Eichler. Genome structural variation discovery and genotyping
当基因组片段出现缺失或 重复时，导致CNV
CNV突变机理
• 非等位同源重组(NAHR) 由两条同源的、但在基因组不同位置重复出现的、 高 度相似性的DNA序列配对并发生序列交换造成的。
• 非等位同源末端连接(NHEJ) 可以发生在细胞周期的各个时相，为DNA双链断裂的 修复机制，产生一些结构简单的CNV
• 突变类型：缺失、重复、插入、倒位、易位等。
拷贝数变异（Copy Number Variations, CNVs）
定义: 由基因组发生重排而导致的,一般指长度1 kb 以上的基因 组大片段的拷贝数增加或者减少, 主要表现为亚显微水平的缺 失和重复，是基因组结构变异的重要组成部分。
正常人类基因组构成成分 是成对存在，即2份拷贝
推荐内容
胎儿有一项或多项超声结构异常的，且做侵入性产前诊断的，CMA检 测可替代染色体核型分析。
胎儿结构未见异常，但做侵入性产前诊断的，可同时做胎儿核型分析 和CMA检测。
CMA所检测的多数遗传变异与母亲年龄的增大并无关联，因此，该检 测不应只局限于35岁以上的妇女。
对于胎死宫内或死产的胎儿，当需要做细胞遗传学鉴定时，推荐使用 胎儿组织做CMA，因为可以提高检测成功率，及异常检出率。
精神分裂症
狼疮性肾炎
孤独症 家族性高胆固醇血症
基因组病临床表型
➢常见临床表型： 生长发育异常 特殊面容
内分泌异常 ➢ 治疗和预后：
无有效的根治办法;
智力发育迟缓 内脏器官畸形 精神行为改变
出生缺陷重点 防控的疾病
对症治疗，预后差。
目录
ONTENTS
1
2
3 4 5
基因组病检测技术
• 高分辨染色体显带技术 • 荧光原位杂交（FISH） • 多重连接依赖式探针扩增（MLPA） • 实时荧光定量 PCR技术（real-time PCR) • 微阵列（CMA）技术: Array-CGH、SNParray • 高通量测序技术（NGS）: CNV- seq
是 人工
可 可 可
可 可 否 低 低
微阵列分析（CMA）
100Kb 短（3天）
否 自动化
可 可 否
可（＞20%） SNP-Array可 SNP-Array可
较高 高（1200元）
CNV-seq
100Kb 短（3天）
否 自动化
可 可 否
可（＞5%） 可 否 高
较高（800元）
目录
ONTENTS
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2014年中国出台CMA应用于产前诊断的专家共识
CMA 技术的临床应用适应证和禁忌证 1.产前超声检查发现胎儿结构异常是进行 CMA 检查的 适应证，建议在胎儿染色体核型分析的基础上进行，如 核型分析正常，则建议进一步行 CMA 检查。 2.对于胎死宫内或死产、需行遗传学分析者，建议对胎 儿组织行 CMA 检测，以提高其病因的检出率。 3.对于胎儿核型分析结果不能确定染色体畸变情况时， 建议采用 CMA 技术进行进一步分析以明确诊断。 4． CMA 应用于评估早、中孕期胎儿丢失原因的研究数 据 积累不足，暂不推荐使用。 5．CMA 技术（特指具有 SNP 探针的平台）对于异常 细胞比例≥30% 的嵌合体检测结果比较可靠，反之，对 异常细胞比例 <30% 的嵌合体结果不可靠。
基因组病诊断及产前诊断
目录
ONTENห้องสมุดไป่ตู้S
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ONTENTS
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遗传病的分类
• 染色体病 • 基因组病 • 单基因病 • 多基因病 • 线粒体病 • 体细胞突变
基因组病定义
• 1998年由Lupski提出，是指由于人类基因组自身结 构的特征性导致基因组DNA结构重组而引发的一系列 疾病。
CNV-seq技术优势
➢ 诊断效能好：对染色体病及基因组病的诊断效能优于中密度 芯片，成本更低；
➢ 无需细胞培养，报告周期短； ➢ 通量高：一次上机70-80个样本； ➢ 操作方便简单：4小时完成96个样本建库； ➢ 样本需求量少：实现1 ml羊水样本即可完成一次检测。
CNV-seq技术局限性
➢ 无法对杂合性缺失（AOH）（包括单亲二倍体（UPD）） ➢ 无法对单个碱基突变及小片段缺失/重复所导致的单基因疾病进