染色体倒位是致病的吗?哪些情况可以提示父母是倒位携带者?

健康   2024-11-07 08:34   河南  

倒位(inversions)是人类基因组中经典的结构性染色体重排,与缺失、插入、易位和重复并列。作为一种平衡型重排,倒位的特征在于基因信息的方向发生了改变,但其数量保持不变。

可以分为臂内倒位(paracentric inversion)、臂间倒位(pericentric inversion)
1921年,Sturtevant等在果蝇染色体重排的研究中,发现杂合性倒位的一个严重后果是抑制重组这应该是历史上第一次有关“倒位”的文献报道。
20世纪下半叶,随着新的分子检测技术的出现,促进了人们对基因组结构变异(包括倒位)的认识的发展。
与许多其他类型的变异情况一样,似乎只有一小部分倒位会导致疾病表型。
一些倒位以不致病的多态性染色体变异存在。
倒位在人类基因组进化和适应过程中扮演着重要角色,并且可能是各种严重疾病的诱因。

Klara Kosuthova等(2022)总结了一部分与临床表现相关的“倒位”。


常见的多态性倒位不会对携带者产生健康后果。而一些倒位是具有致病性的,与异常的临床表现相关,如下表:

倒位致病的常见机制:

1.倒位形成过程中,断裂点处直接破坏了功能基因

2.倒位导致基因表达发生异常。例如,POU3F4基因的上游倒位会导致POU3F4与调控元件分离,从而引起患者听力丧失(Anger et al., 2014)。inv(7)(q21.3q35)将DLX5基因和DLX6基因与其调控元件分离,改变了这些基因的表达,从而导致听力损失和颅面缺损(Brown et al., 2010)

上述提到的致病机制的发生,其倒位常常为新发变异;很少为家族性倒位,此类倒位不属于多态性倒位。

3.倒位导致基因融合。辅阻遏因子(corepressor)CBFA2T3基因和转录因子GLIS52基因之间发生倒位并诱导基因融合时,会导致急性巨核细胞白血病(Gruber et al., 2012)

直接影响基因的倒位会对携带者产生不同的后果,其严重程度从轻微到严重不等。为了做出诊断,确定这种影响是很重要的。如果知道倒位的确切断裂点,就比较容易证明倒位是否破坏了基因。

另一方面,证明倒位对基因调控的影响则更加困难。

在InvFEST数据库中,大约有12%的倒位至少破坏了一个基因,HsInv0030和HsInv0159倒位被证实破坏了两个基因,另外30个倒位被怀疑破坏了两个基因(Martinez-Fundichely et al., 2014)。

基因的倒位(使得基因的不同部分相隔很远)可能会破坏基因。例如,HsInv1051倒位会使87.8 kb长的CCDC144B基因的前两个外显子转移到200 kb远的地方;而HsInv0340倒位通过类似的机制缩短了长非编码RNA LINC00395(Aguado et al., 2014)。然而,目前对于大多数这种倒位,没有详细的研究来证明它们对基因表达的影响。

尽管人类基因组中大多数多态性倒位的信息尚不明确,但有些基因片段的倒位与某些表型表现的发展有关,这些倒位通常是致病的,或者相反,也能防止疾病的发展。
事实上,人类染色体上大多数已知的多态性倒位都是通过研究各种疾病发现的。
如下,多态性倒位可作为表型改变和疾病发生的原因


有些倒位并不会直接导致疾病,但它们在人类基因组中出现,可能意味着其子代发生染色体结构重排的风险增加,最终可能再次表现为异常表型。
Williams-Beuren综合征(WBS)就是一个很好的例子,这是一种由7q11.23区域1.5Mb的基因缺失(涉及17个基因)引起的发育障碍疾病,其中在33%的家庭中发现了倒位(Osborne et al., 2001)。这种倒位的大小在1.79~2.56 Mb之间(Bayés et al., 2003)。当比较Williams-Beuren综合征患者父母与对照组父母的倒位频率时,后者的倒位率仅为5.8%(Hobart et al.,2010)。
研究发现,WBS患者的父母中7q11.23区域的倒位多态性的频率是普通人群的5~6倍(Schubert, 2009),其生育 WBS患儿的概率为1/1750,而未携带倒位的父母生育患儿的概率仅为1/9500 (Hobart et al, 2010)
20%的新发的7q11.23重复患儿中,父母一方存在7q11.23倒位多态性(Morris等2015)。约6%的一般人群携带这种倒位多态性(Hobart等2010),但不会引起临床表型(Tam等2008)。7q11.23倒位多态性增加了7q11.23重复和缺失的发生风险(Osborne等2001)
如下,染色体区域的倒位会引起子代染色体缺失或重复


综上
倒位的产前诊断
倒位对功能基因的破坏、基因的融合、断裂点的确定,目前还是有技术能够检出的。
因此,笔者认为,在产前诊断中,
1. 当胎儿染色体核型发现“罕见的新发的倒位”时,有必要的情况,费用能承担的情况下,可以借助WGS技术,或WGS+OGM联合应用(推荐),通过精确定位断裂点,明确倒位是否破坏基因或造成基因融合,而倒位对基因表达的影响,难以评估,需要结合已知的文献。
2. 当子代存在某些染色体区域的缺失或重复时(见表3),可以提示其父母的一方可能为倒位的携带者。记得询问其生育史。
3. 由于目前产前诊断中未常规使用WGS或OGM,而染色体核型的分辨率有限,基因组小片段的致病性倒位是无法检出,注定会漏;有经验的实验,可能可以从WES数据中分析出一些“罕见倒位”,其比例很低(1/1000的级别)。
👉WES也可以检出倒位?
因此,针对高端客户、强需求的客户,可以送检到经验丰富的实验室分析胎儿倒位情况,从而进一步增加“检出胎儿基因变异的可能性”。

案例
一位住在美国纽约的,说中国话的咨询者。羊穿指征是超声提示NT增厚

如上图,为染色体核型报告:他们的报告是写明胎儿性别的,在解释一栏“interpretation”,简单明确写清“咨询意见和风险提示”,如果倒位是遗传自家族内表型正常的家庭成员,那么该倒位在胎儿中没有临床意义;如果是新发的,那就会增加胎儿发生智力障碍、先天异常的风险。然后根据参考文献,给出风险值,对于新发的倒位(inversion)而言,发生先天异常的风险为9%


如上图,为染色体基因芯片报告:无微缺失/微重复,但存在1-8Mb的ROH;倒位涉及的3号染色体也未发现缺失和重复。
咨询者问,后续应该怎么办?回复到,“该倒位相关罕见,不属于多态性倒位,正如报告中所说,不排除风险。倒位可能会导致功能基因的破坏,从而引起基因病。因此,可以做WGS明确断裂位置。至于ROH涉及的区域,建议排除隐性遗传病风险”。
一个月后,WGS结果出来了(trio-WGS,花了三千美金,无保险)。

WGS的分析内容包括小的变异、线粒体基因组、结构变异、短串联重复。

可供选择的分析内容(如果不勾选这个,将不被报告):二级发现、VUS变异。


报告结果分为四块内容:总结、主要发现、其他发现、补充发现

关于倒位的结果说明:倒位为新发,WGS检出倒位确实破坏某个基因的外显子,但该基因并无明确的相关疾病,所以临床意义评级为uncertain。

关于ROH的结果说明:不满足检测阈值。


WGS报告的局限性声明(limitations)

1. 阴性结果并不能排除受检者可能携带罕见的、未知的或目前本技术无法检测到的致病变异。

2. NGS技术包括WGS在内,可能会产生假阳性或假阴性结果。

3. 受检组织的结果并不能代表其他组织的结果。

4. 目标区域的最小平均测序深度为30×。变异的read深度<8×将不被报告,此类情况大约占参考基因组(GRCh38)的0.5%。

5. WGS可以检测大部分染色体结构变异,但对一些变异类型的检出效能较低,如涉及高度同源性基因的基因重排(如HBA1/HBA2)、嵌合型重排(染色体非整倍体嵌合的例外)。

6. 对50~300 bps大小的缺失和重复的检测敏感性降低(0.19)。

7. 对于短串联重复扩增来说,由于受检测组织中可能存在体细胞扩增和/或采样偏差,因此,扩增等位基因的中位数大小可能并不代表生物学相关组织的检测结果。

8. 该报告不会报告不孕不育、隐性基因(包括X连锁)病携带者状态、迟发性疾病(包括但不限于神经系统疾病)、低外显率疾病相关的基因变异。

9. 通常不报告5'/3'端的UTR区域变异。

10. 只报告与产前异常和/或预测会导致严重的早发性疾病相关的基因变异;会报告性别。

11. VUS通常不会被报告,但如果出现与基因相关的新的表型,可以被报告和重新分类。

12. 如果检测前选择报告ACMG关于二级发现(secondary findings)的基因列表v3.2版本,那么会报告这些基因的可能致病或致病变异;而其他基因的二级发现将不被报告。

13. 使用GRCh38参考基因组的数据库对序列进行比较,实验室无法保证本报告中“注释”部分列出的数据库的准确性,也无法保证与参考数据相比的序列变异准确性。


关于参考文献

关于文中出现的参考文献可自行检索发现,因为涉及文献太多,会增加了太多编辑时间,故给出“第一作者+文献年份”的格式,供大家检索。例如Fryns等(1988),可以在google或Microsoft Bing(国际版,无需科学上网)搜索引擎检索内容关键词”+“作者”+“年份,如“Fryns”、“1988”、“ring 4”、“bilateral renal agenesis”,即可得到相关文献。


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