用“芯”看遗传——嵌合体机制的发现

染色体微阵列分析（CMA）

染色体微阵列分析（CMA）近年来在产前诊断及产后遗传病的应用方面越加普及，其应用场景主要有染色体微缺失微重复综合征，多倍体、单亲二倍体（UPD）的分析。相比CNV-Seq，CMA可以发现多倍体及cnLOH（Copy Number Neutral  LOH），而CNV-Seq目前还不能直接用于多倍体及cnLOH的研究。究其原因，是因为CMA技术（特指SNP-Array）使用了SNP探针，当CMA的实验完成之后，可以得到SNP探针的Genotyping，然后根据相应的算法即可进行多倍体及cnLOH的分析。当然，这些计算的过程并不需要手动计算，CMA的CHAS（Chromosome_Analysis_Suite_）分析软件可以帮助用户直接得到最终的结果。

赛默飞的CMA技术经过多年的积淀，已在市场上得到良好的口碑。赛默飞比较经典的三款芯片分别是CytoScan HD，CytoScan 750K以及CytoScan optima，探针密度依次从高到低。CytoScan 系列芯片既包含CNV（Copy Number  Variation）探针，也包含SNP 探针，这种双类型探针的设计不仅可以分析CNV，还可以分析多倍体，UPD/cnLOH，异源嵌合体，母源污染；另外对于CNV的分析，CNV探针和SNP探针双重验证，保证了拷贝数变异检测的准确性（log2 Ratio及Allele Difference 或者B-allele Frequency对于CNV的双重验证）。因此，同时具备CNV探针和SNP探针的芯片是一种最佳探针组合方式的芯片。

下面我们来看两个比较典型的实例：

实例一

▲ 图1，15号染色体的信息。A，Weighted  Log2 Ratio; B，Allele Difference; C，Smooth Signal.

从图1看Smooth Signal显示在2.5的位置，我们首先可以判断是一个嵌合的状态，另外我们发现Allele Difference 只有两条带，直接的反应应该有cnLOH，但是又无从下手。

故事还没结束，我们继续往下看：

▲ 图2，15号染色体的BAF(B-allle Frequency)。

▲ 图3，WGV（Whole Genome View）。

图2是单独显示的15号染色体的BAF图，图上显示有四条带，图3显示的WGV，其中红色椭圆形圈起来的就是15号染色体，和图2 是一样的四条带。我们再回到图1，图1的Allele Differnence显示两条带，为什么Allele Differnence显示两条带，BAF显示四条带。这是因为Allele Differnence和BAF的数学算法有一定的区别，简单来讲，首先将等位基因A和B的信号都进行均一化处理，Allele Differnence的数学公式为A-B，即等位基因A的信号减去等位基因B的信号，BAF的数学公式为B/(A+B),即等位基因B的信号除以等位基因A的信号与B的信号之和。

通过以上综合分析，我们发现其实15号染色体的基因分型结果应该是嵌合的四条带，Copy Number是2.5左右。推测15号染色体嵌合的核型是同源三体（2条isoUPD）+二体（isoUPD）。根据BAF中间两条带的值及Copy Number在2.5左右，两种核型的嵌合比例大致分别占50% 左右，其相应的机制为第二次减数分裂不分离（第一次减数分裂未发生同源染色体的交叉重组）后发生三体营救（如下图4）或者有丝分裂姐妹染色单体不分离/复制。

▲ 图4，第二次减数分裂不分离（第一次减数分裂未发生同源染色体的交叉重组）。

实例二

▲ 图5，9号染色体的信息。A,  Allele Differnence;  B, Smooth Signal;  C, BAF.

▲ 图6， WGV.

仔细观察图5红色方框，可以发现其实有六条带，也就是有六种基因型组合方式，蓝色方框中基因型四条带，即四种基因型组合方式，对应的就是图6  WGV中红色椭圆形的部分。Smooth Siganl显示2.5左右，类似实例一属于一个嵌合的状态。由于该例样本9号染色体着丝粒的近端是六种基因型（异源三体），远端是四种基因型（同源三体），其发生机制比较符合第一次减数分裂同源染色体不分离后的三体营救机制。推测9号染色体嵌合的核型是三体（iso/hetUPD）+二体（iso/hetUPD），如下图7。

▲ 图7，第一次减数分裂同源染色体不分离（同源染色体发生交叉重组）。

通过以上的实例分析，我们可以发现SNP探针是非常重要的，假如没有SNP探针，我们得到的信息仅仅是Copy Number 2.5的嵌合重复，但是嵌合究竟是怎么发生的，我们无法知晓。因此，还是回到前面的那句话，同时具备CNV探针和SNP探针的芯片是一种最佳探针组合方式的芯片，这样可以尽可能的避免漏检多倍体，cnLOH，还可以发现嵌合体的发生机制，这对临床诊断非常重要。最后，顺便说一句，WGV很重要，一定要看，因为WGV一次性可以看到全部的染色体信息，避免疏漏。

致谢：非常感谢中山大学附属第一医院林少宾老师的补充及建议。

参考文献：Hutton M. Kearney , Joseph B. Kearney , Laura K. Conlin .Diagnostic Implications of Excessive Homozygosity Detected by SNP-Based Microarrays: Consanguinity, Uniparental Disomy, and Recessive Single-Gene Mutations. Clin Lab Med; 2011.