PGT学院

硬核实力,无惧挑战 |基于NGS的PGT-M技术对由母体嵌合导致的单基因病的精准阻断

202110-14

2021年5月,中信湘雅生殖与遗传专科医院林戈、杜娟团队在《Mol Genet Genomic Med》期刊上发表一篇题为“Next-generation sequence-based preimplantation genetic testing for monogenic disease resulting from maternal mosaicism”的文章,该研究通过超深度测序对患者嵌合进行验证,随后利用NGS-SNP单体型连锁分析技术对相应疾病进行了PGT-M阻断,并成功生育健康后代。嘉宝仁和为该研究提供了SNP单体型构建、胚胎检测及数据分析服务。

嵌合体是指一个个体或一种组织中,含有源于单个受精卵但遗传组成不一致的两种或以上细胞系的现象。根据染色体异常是否累及生殖腺细胞以及是否可传递给子代,嵌合体可分为体细胞嵌合体、生殖腺嵌合体和体细胞-生殖腺嵌合体。生殖腺嵌合体虽然不会产生临床表型,但可能会传递给后代并导致疾病的发生,这对由其导致的单基因病的PGT-M阻断及其遗传咨询提出了很大挑战。因此,亟需构建一个能够准确识别母体嵌合,并对由其导致的单基因病进行有效阻断的体系,以降低对子代健康的影响。

研究方法

根据招募标准,2017年12月到2019年5月,该项目共纳入4对夫妇进行研究,纳入标准及具体研究流程见图1。


▲图1 研究流程

研究结果

对纳入的4名女性患者的疑似嵌合体致病变异进行超深度测序验证分析,证实该4名女性均存在嵌合变异,嵌合比例分别为1.12%、9.0%、27.60%和91.03%。


▲表1 4名女性患者携带嵌合变异信息
(引自文献1)

 

 案例 1

夫妇二人已育有1名X-连锁肾上腺脑白质营养不良男性患儿。一代测序结果显示,患儿ABCD1基因存在c.1859_1860insTA (p. His621Thrfs*16)变异;而女方在该位点变异信号较低,不能与噪音背景进行区分。
经超深度测序验证,女方该位点的确存在嵌合变异,嵌合比例为9.0%。

该夫妇共检测9枚囊胚,均未发现致病性变异。其中,胚胎1、3、5、8和9遗传了母亲野生型单体型;而胚胎2、4、6和7遗传了母亲没有ABCD1基因变异的致病单体型。最终夫妇二人移植胚胎1后成功妊娠,于孕中期经羊水穿刺进行产前诊断,检测结果与PGT-M一致,现已成功诞生一健康男孩。


▲图2 病例1的家系及囊胚单体型分析
(图片引自文献1)

 

案例 2

夫妇二人曾生育1名X-连锁范可尼贫血症患儿(已去世)。女方一代测序显示FANCB基因存在c.1411delT(p. Ser471Glnfs*4) 杂合变异,变异信号较低;家系分析显示,女方父亲、阿姨以及妹妹(女方母亲去世)均不携带该变异,推测该变异为新发变异。

经超深度测序验证,女方在该位点变异为嵌合变异,嵌合比例为27.6%。

夫妇二人共获得8枚囊胚,活检后通过NGS进行SNP连锁分析显示,胚胎2、3和4遗传了母亲野生型单体型,胚胎1和5遗传了母亲无变异的致病单体型,而胚胎6、7和8遗传了母亲具有该变异的致病单体型。夫妇二人最终移植胚胎3,并成功妊娠;于孕中期经羊水穿刺进行产前诊断,结果正常,现已成功孕育一健康男孩。


▲图3 病例2的家系及囊胚单体型分析
(图片引自文献1)

 

案例 3

该夫妇已连续经历了2次终止妊娠,均因超声显示胎儿为骨骼畸形。第2个流产胎儿基因检测分析结果显示,COL1A2基因存在c.1685G>T(p.Gly562Val) 杂合变异(该基因为成骨发育不全致病基因,呈常染色体显性遗传);而夫妻双方经一代测序检测,均不存在该变异。

经超深度测序显示,女方在该位点变异为嵌合变异,嵌合比例为1.12%。

共检测8枚囊胚,其中胚胎2和胚胎5遗传了母亲野生型单体型,胚胎1和胚胎3遗传了母亲无变异的致病单体型,而胚胎4遗传了母亲带有变异的致病单体型。最终胚胎2被移植,并成功妊娠;经产前诊断结果正常,现已成功诞生一健康女婴。


▲图4 病例3的家系及囊胚单体型分析
(图片引自文献1)

 

案例4

该夫妇二人中,女方有神经纤维瘤表型,但其父母临床表型均正常。外周血MLPA结果显示,女方携带NF1基因缺失杂合子,而其父母均未检测到该变异;但因女方基因缺失区域18个有效SNP位点杂合比例很低,推测为嵌合体。

经超深度测序验证,女方存在NF1基因变异的嵌合体,在外周血细胞中的嵌合比例高达91.03%,而在口腔黏膜细胞中只有15.70%。


▲图5  病例4的家系单体型分析
(图片引自文献1)

共活检3枚囊胚及其相对应的极体(胚胎1的PB2被降解)。极体检测结果显示,胚胎1 的PB1为没有NF1基因缺失的致病单体型杂合子,胚胎2和胚胎3的PB1为野生型单体型,而对应的PB2遗传了没有NF1基因缺失的致病单体型。囊胚检测结果显示,胚胎1遗传了母体野生型单体型,胚胎2和胚胎3遗传了致病单体型,但根据对PBs的分析,这两个胚胎均未携带NF1基因缺失,这一结果通过构建STR单体型进行了验证。因此,这三枚胚胎均正常并可进行移植,最终夫妇二人移植了胚胎1并成功妊娠;孕中期经产前诊断结果正常,现已诞生一名健康男孩。


▲图6 病例4的胚胎单体型分析
(图片引自文献1)

嵌合变异可以通过超深度测序技术被有效检出,而由母体嵌合变异导致的单基因病可进一步通过基于NGS技术的SNP单体型连锁分析进行PGT-M精准阻断,阻止嵌合变异向子代的传递,确保子代的健康。 

 

参考文献

[1] Hu Xiao, He Wenbin, Zhang Shuoping, et al. Next-generation sequence-based preimplantation genetic testing for monogenic disease resulting from maternal mosaicism[J]. Mol Genet Genomic Med, 2021, 9: e1662.

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