Bionano 光学图谱成像技术精准诊断面肩肱型肌营养不良症文章重磅发布

发布时间:2018.03.22   浏览1477次




2018年3月21日,BioRxiv在线发表了一篇题为《Single-molecule optical mapping enables accurate molecular diagnosis of facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD)》的文章,本研究由北京协和医院、福建医科大学附属第一医院、美国费城儿童医院、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院、北京大学医学部、北京协和医学院及北京希望组生物科技有限公司共同合作完成,实现了基于Bionano 光学图谱成像技术对面肩肱型肌营养不良症(Facioscapulohumeral muscular dystrophy,FSHD)的精准诊断。

 

 

研究背景

 

FSHD是一种继杜氏肌营养不良症和强直性肌营养不良症后的第三位神经肌肉系统疾病,其发病率约为1/20,000。大部分病人在20岁之前已有症状产生,脸、肩、上臂等部位的肌肉受其影响最为严重,且会出现逐渐加重的肌力减退及肌肉的萎缩。

 

FSHD患者病情进展缓慢,且具有很强的遗传异质性,即使家族内成员,也会出现高度可变的临床表型。大部分FSHD病例属于家族遗传,但1/3左右的病人表现为散发,为新发突变。因此FSHD患者不容易被确诊或易被误诊为其他肌营养不良症,其他肌营养不良症也易被误诊为FSHD, 所以对FSHD患者进行遗传性基因检测至关重要。

 

虽然传统诊断方法经过不断优化,满足了部分FSHD患者诊断需求。但面对长约3.3kb的D4Z4重复单元和几个或几十个的重复数目,以及区分与4q35相似的10q26非致病性同源序列,二代测序技术读长短无法解决,目前大部分的诊断只能将基因组限制性酶切后借助脉冲电泳与Southern Blot,但是这些解决方案费时费力且无法精确定量重复数目及嵌和突变率。

 

本文利用Bionano SaphyrTM光学图谱成像技术的超长读长、无PCR过程、高通量等优势,开发了新型FSHD基因诊断方法,可正确区分4q35与10q26同源序列并精确计算D4Z4重复单元数目,同时可明确识别4qA、4qB变体结构并准确检出嵌合体类型,从而使FSHD患者得到精准诊断。

 

研究结果

 

Bionano光学图谱成像技术通过酶切(Nb.BssSI 酶和Nt.BspQI 酶)和荧光标记分析,可准确区分4q35和10q26同源区域、精确计算D4Z4重复单元数目并识别4qA和4qB变体结构。

 

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  • 患者(ID: P02)两个等位基因分别存在3个D4Z4和28个D4Z4重复,且两个等位基因均为4qA变体结构

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  • 患者(ID: P01)两个等位基因分别存在4.3±0.3个D4Z4和22.4±0.2个D4Z4重复,且两个等位基因一个是4qA变体结构,另一个是4qB变体结构

 

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本文对5例经Southern blots检测过的患者(Patient cohort 1)进行Bionano检测,其中2例患者经Southern blots检测后被怀疑为嵌合体突变,但无法精确确定D4Z4重复单元数目和亲本来源。研究通过Bionano光学图谱成像技术对患者进行检测,从而精确检测出嵌合突变及D4Z4重复单元数目和亲本来源,同时也证明了Bionano检测结果的准确性。

 

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此外,为进一步证明Bionano检测FSHD的有效性,对2例疑似患有FSHD且未接受过其它FSHD分子诊断的患者(Patient cohort 2)进行检测,。结果表明,其中1例患者为嵌合体突变(如下图所示),D4Z4的重复单元数目分别为2(4qA)、15(4qB)、27(4qA),而另外1例患者的D4Z4重复单元数目为4(4qA)和20(4qA)。

 

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开发FSHD的精准检测方法,一直是临床研究的重点和难点。本文开拓性的应用Bionano光学图谱成像技术,配合完善的实验检测流程和生物信息分析方法,可对FSHD进行精准诊断,不仅弥补了FSHD精准检测的空白,为我们提供了“眼见为实”的基因检测,而且有助于加速对FSHD的深入研究,为FSHD病友带来福音的同时,也为由复杂基因组结构变异导致的其他遗传病的研究提供了重要参考,开启了更完整更真实的长片段DNA技术应用于遗传病诊断的新篇章,推动医学检测进入一个新的阶段!

 

参考文献

Yi Dai,Pidong Li,Zhiqiang Wang, Fan Liang, Fan Yang, Li Fang, Yu Huang, Shangzhi Huang, Jiapeng Zhou, Depeng Wang, Liying Cui, Kai Wang. Single-molecule optical mapping enables accurate molecular diagnosis of facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD). BioRxiv preprint first posted online Mar. 21, 2018; doi: http://dx.doi.org/10.1101/286104.