Молекулярная цитогенетика – плод объединения молекулярной биологии и цитогенетики. Она стала следствием бурного развития молекулярной биологии и генетики во второй половине прошлого века, и отражает переход от изучения процессов на клеточном уровне, к молекулярным лабораторным исследованиям.
Если классическая цитогенетика изучает генетические изменения на уровне хромосом (относительно крупных носителей наследственной информации, расположенных в ядре клетки), то молекулярная цитогенетика опускается глубже: на уровень ДНК.
Виды цитогенетических и молекулярно-цитогенетических исследований
Классическая клиническая цитогенетика выявляет связь между изменениями в хромосомах и генетическими заболеваниями. Методологически она основана на картировании хромосом, их визуализации окрашиванием, идентификации каждой из набора (кариотипировании, то есть исследовании кариотипа).
Молекулярная цитогенетика сочетает в себе методы как классической цитогенетики, так и современных технологий молекулярной биологии, что позволяет с большей чувствительностью выявлять изменения в геноме. Это означает, что можно обнаружить субмикроскопические хромосомные аномалии, которые не диагностируются с помощью стандартного цитогенетического анализа.
К молекулярно-цитогенетическим исследования можно отнести: 1. Хромосомный микроматричный анализ (ХМА) плода, абортивного материала или ребенка. 2. Метод флуоресцентной in situ гибридизации (FISH-метод).
ХМА позволяет выявить почти любые численные и структурные несбалансированные изменения хромосом в рамках его разрешающей способности: 1. Анеуплоидии ─ изменения числа одной или нескольких хромосом по сравнению с нормой. 2. Полиплоидии ─ увеличение количества всех хромосом, кратное нормальному набору хромосом (детектируется с использованием SNP-чипов). 3. Делеции (потери фрагментов хромосом) и дупликации (увеличение фрагментов хромосом). 4. Несбалансированные транслокации ─ характеризуются как потеря фрагментов одной хромосомы, и увеличение участков другой. 5. Однородительские дисомии и участки потери гетерозиготности ─ определение родительского происхождения всей хромосомы или её участка (детектируется с использованием SNP-чипов). 6. Мозаицизм ─ присутствие в одном организме клеток с разным набором хромосом (более 25%).
FISH-метод помимо численных (анеуплоидии, полиплоидии) и структурных несбалансированных изменений хромосом (делеции, дупликации, несбалансированные транслокации) позволяет обнаруживать в рамках лабораторного исследования и сбалансированные изменения, такие как: 1. Инверсии (поворот участка хромосомы на 180°). 2. Инсерции (вставка участка одной хромосомы в другую). 3. Сбалансированные транслокации (обмен участками между двумя хромосомами).
Также FISH-метод детектирует более низкий уровень мозаицизма, однако, в отличие от ХМА, лаборатории изначально должно быть известно, что искать, т.к. метод не позволяет действовать «вслепую».
Определить однородительскую дисомию и участки потери гетерозиготности метод FISH также не сможет, но прекрасно справится с установлением структуры сложной хромосомной перестройки, выявленной другими методами (например, тем же ХМА).
Таким образом, каждый из методов обладает своими преимуществами и недостатками. Поэтому для обеспечения качественной молекулярно-цитогенетической диагностики, данные исследования часто комбинируют.
На чем основаны методы молекулярной цитогенетики?
Методологически подавляющее большинство методов молекулярной цитогенетики основано на гибридизации. То есть на специфическом связывании последовательностей молекул ДНК с комплементарными им флуоресцентными маркерами.
Такие точные научные методики позволяют визуализировать различные генетические нарушения.
Например, метод флуоресцентной in situ гибридизации (FISH) предполагает после сплошного окрашивания всех хромосом контрастным красителем селективное связывание отдельных хромосом или их участков с особыми ДНК-зондами.
Флуоресцентно меченые зонды обладают свойствами цветного свечения при просмотре окрашенных хромосом под специальными фильтрами микроскопа, что позволяет выявлять изменения генома в связанных с ними участках.
Технологии ХМА идут еще дальше. Они сочетают возможности флуоресцентного мечения с использованием платформы на основе ДНК-микрочипов.
Этот мощный диагностический инструмент использует гибридизацию участков ДНК с метками или зондами, закрепленными на твердой матрице (собственно микрочипе). Такое специфическое связывание позволяет анализировать множество функционально значимых участков ДНК одновременно, и выявлять до нескольких сотен затрагивающих их генетических изменений (то есть имеет большую разрешающую способность в сравнении с обычной цитогенетикой и FISH-методом).
Хромосомный микроматричный анализ
Хромосомный микроматричный анализ (ХМА) представляет собой сложную молекулярную технологию, при которой проводится полногеномная амплификация с последующим анализом наличия множества отдельных фрагментов генома с использованием специально подготовленной микроматрицы (ДНК-ЧИПа).
Подробнее о методе ХМА, анализах, цитогенетических и молекулярно-цитогенетических исследованиях, которые можно сдать в нашей лаборатории в Москве и их цене можно узнать в разделе «Хромосомный микроматричный анализ».
Показания к цитогенетическим и молекулярно-цитогенетическим исследованиям
Анализ изменений в хромосомах применяют с целью диагностики причин предполагаемой наследственной патологии у пациентов разного возраста, для определения причин потери беременности, в том числе связанных с пороками развития и/или гибелью плода на разных сроках гестации.
По отдельным показаниям (возраст матери старше 35 лет, ухудшенная наследственность вследствие хромосомных и генетических болезней и др.) проводят пренатальную диагностику плода. С её помощью родители будущего ребёнка смогут получить своевременную информацию о возможных врожденных пороках развития, что поможет оценить риск для плода и матери и принять решение о сохранении беременности.
Кроме того, исследование изменений хромосом показано для определения причин заболеваний в онкологии и гематологии. Хромосомные и геномные мутации используют в качестве специфических маркеров при оценке воздействия мутагенных факторов внешней среды (в особенности радиации) на человека.
С перечисленными целями в лаборатории выполняют как классические цитогенетические анализы, так и используют инструменты молекулярной цитогенетики. Последние часто предпочтительнее, потому что имеют большую разрешающую способность, а значит и диагностическую ценность.
В частности, технология ХМА рекомендуется в качестве диагностического подхода первой линии при подозрении на: • задержку развития; • умственную отсталость; • расстройства аутистического спектра; • множественные врожденные пороки развития.
При выявлении причин хромосомной патологии методами цитогенетики и молекулярной цитогенетики, материалом для исследования могут быть клетки периферической крови, буккальный соскоб, ворсины хориона (в т.ч. ворсинчатая часть плаценты), амниотическая жидкость, паренхиматозные ткани плода и т.д.
Значение молекулярно-цитогенетических исследований
Увеличение разрешения позволяет быстро идентифицировать причину врожденных, наследственных и онкологических заболеваний в лабораторных условиях с помощью молекулярно-цитогенетических методов. Благодаря этим исследованиям удается вовремя проводить необходимые лечебные мероприятия, улучшать прогноз лечения и своевременно оценивать риски для семьи.
Оценка рисков, в свою очередь, позволяет своевременно провести раннюю предимплантационную (или пренатальную) генетическую диагностику плода, что улучшает прогноз рождения здоровых детей в семьях.
Согласно статистике, у каждой пятой женщины беременность прерывается на сроке до 22 недель. При этом на долю замершей беременности по разным данным приходится от 45 до 88% случаев. В 80% случаев это происходит в первом триместре – до 12 акушерских недель беременности.
