SNPアレイがIVF失敗の一因となる遺伝性疾患を同定

はじめに

2016年1月、Shanghai Ji Ai Genetics and IVF（GIVF）Instituteは、karyomappingと体外受精（IVF）を使用して生まれた赤ちゃんの誕生を中国で初めて見る研究所となりました。核マッピングは、胚を子宮内に移行する前に特定の単一遺伝子状態について評価する高度な着床前遺伝子診断（PGD）技術です。目的は、既知の遺伝性遺伝性疾患を持つカップルが、その疾患に罹患している子供を持つリスクを最小限に抑えることです。

既知の遺伝性遺伝性疾患のうち、相互転座やロバートソン転座を含むバランスの取れた転座は、一般集団の0.19%に影響を与えますが、その有病率は、反復性流産または反復性IVF失敗の既往があるIVF患者では2.2%に増加します。¹バランスの取れた転座は単一遺伝子疾患とは異なります。キャリアはバランスの取れた形態の再構成をしており、健康上の問題はありません。

修正蛍光in situハイブリダイゼーション（FISH）や次世代シーケンサー（NGS）アプローチなどの現在のPGDテクノロジーは時間がかかり、バランスの取れた染色体と構造的に正常な染色体を持つ胚と、相互転座キャリアとロバートソン転座キャリアを区別することはできません。^2-4

2017年、上海自治区の研究者は、バランスの取れた転座の存在を検出する核医学検査の能力を検査することにしました。研究者らは、Human Karyomap-12 Arrayを用いてIVFを受けた11の転座家系の盲検化臨床試験を実施しました。⁵ すべての家系に、再発性自然流産、不妊、または染色体異常を伴う妊娠の既往歴がありました

iCommunityは、Shanghai Ji Aiの社長であるSun Xiao-xi教授、遺伝学部門長であるZhang Yueping教授、着床前遺伝子診断のシニアテクニシャンであるZhang Shuo氏など、上海Ji Aiチームの複数のメンバーと、転座の同定と子孫への感染制限における着床前遺伝子ハプロタイピング（PGH）の価値について話しました。

Sun Xiao-xi学長、Zhang Yueping遺伝学部長、Zhang Shuo中国上海市のShanghai Ji Ai Genetics and IVF Instituteの着床前遺伝子診断担当シニアテクニシャン。

Q：中国における先天性先天性欠損症および遺伝性疾患の発生率はどのくらいですか？

Sun Xiao-xi（SX）：わが国では先天性疾患の発生率が高い。毎年、推定>100万人の子供が中国で出生し、出生数全体の約5.6%を占めています。⁶これは、子供の生活の質や健康に深刻な影響を与え、家族や一般社会に影響を与えています。先天性欠損の主な原因は、複雑疾患や染色体疾患です。karyomappingを通じて、IVFの両親は、子供が既知の先天異常なしに生まれることを保証したいと考えています。

Q：ラボでは、最初にどのようにバランスの取れた転座症例を特定しましたか？また、どのような困難がありましたか？

Zhang Shuo（ZS）：PGH法の開発前は、FISHを使用して、バランスの取れた転座患者の胚を解析していましたが、これには時間がかかりました。SNPアレイなどのより高速なテクノロジーは、染色体コピー数変異（CNV）のみを解析するため、二倍体胚の染色体構造異常の検出には使用できません。

その結果、バランスの取れた転座のための移植胚の診断は困難です。これはキャリアであるIVF患者にとって問題です。お子さんには不均衡な転座があり、先天異常を伴って生まれる可能性があります。また、胚が保有する染色体転座と同じ染色体転座の保因者である可能性も50%あり、有害なアリルを後世代に移植するリスクが高まります。

"HumanKaryomap-12 Arrayは、分子ハプロタイプの同時解析と異数性スクリーニングを可能にします。"

Q：新しいPGH手法をどのように開発しましたか？

ZS：我々は、全ゲノムのカリオマッピングが、相互転座やロバートソン転座などの染色体構造異常を伴う胚を診断できる可能性があると理論付けました。Karyomappingは、連鎖ベースのゲノムワイドハプロタイピングを使用して、染色体の高密度ビューと遺伝性アリルに対する洞察を提供します。

まず、研究の実施に使用する遺伝子マーカーの種類を選びました。ショートタンデムリピート（STR）遺伝子座解析は、特に複数のDNA源（家族や胚）に対して行うのは困難で時間のかかる解析です。SNPを遺伝子マーカーとして選択し、ワークフローの迅速化と合理化を実現しました。SNPでは、親、リファレンスサンプル、胚間の連鎖解析を簡単に行うことができます。市販されているさまざまなSNPアレイを研究し、300,000 SNP HumanKaryomap-12 ArrayをiScan−(*システムで選択しました。各胚の分子ハプロタイプの同時解析と異数性スクリーニングが可能で、データ解析用の使いやすいBlueFuse−(* Multi Softwareが含まれています。

Q：バランスの取れた正常な構造的に正常な転座を検出するのにどのSNPを使用するかをどのように決定しましたか？

ZS：ハプロタイプ（DNA変異を一緒に継承）の確立に使用された有益なSNPを特定しました。今回の研究では、ハプロタイプはブレークポイント領域、転座に関与する全染色体、および対応するカップル、リファレンス（家族または不均衡胚）、胚の正常相同染色体で構成されました。

選択基準は、SNPがキャリア内でヘテロ接合性、パートナー内でホモ接合性、キャリアの親やその他の家族内でホモ接合性であるべきであったことでした。この情報は、キャリアの2つのハプロタイプのうち、どのハプロタイプが派生染色体または正常染色体と関連しているかを決定するために使用されました。バランスの取れた染色体と構造的に正常な染色体を持つ胚を区別するための予測基準は、ブレークポイント領域のハプロタイプと、それらの領域における相同組み換えの存在とを組み合わせました。

"当社の手法は、染色体またはブレークポイント領域のハプロタイプをゲノムワイドに同定し、あらゆる種類の転座の存在を同定することができます。"

Q：バランスのとれた転座解析を実施するために使用されるPGHプロセスについて説明してください。

Zhang Yueping（ZY）：このプロセスでは、IVFカップル、その両親、胚からのDNAサンプルのHuman Karyomap-12 ArrayによるゲノムワイドSNPジェノタイピングが行われます。BlueFuse Multi Softwareを使用して、連鎖解析を行い、患者ファミリーのゲノムワイドハプロタイプをモデル化しています。キャリアのバランスの取れた転座が遺伝していた場合、ファミリーハプロタイプの構築には、親族のDNAをリファレンスとして使用するための解析が必要です。de novoファミリー変異の場合、不均衡転座のある胚をリファレンスとして使用します。

Q：バランスの取れた正常な胚と構造的に正常な胚を同定するこのPGH法の能力を試験した結果はどうでしたか？

ZS：11の転座家系が研究に登録されました。親や近親者候補に加えて、68の胚盤胞が解析され、そのうち42の胚盤胞が不均衡、26の胚盤胞が均衡していました。構造的に正常な染色体を持つ13の胚を同定し、それらを対応するIVF患者に戻しました。羊水細胞の出生前の細胞遺伝学的解析は、妊娠後期以降に実施されました。PGHによって予測された結果は、細胞遺伝学的解析と一致していました。

Q：この新しいPGH法の利点は何ですか？

ZS：当社のPGHゲノムワイドハプロタイプ連鎖解析法にはいくつかの利点があります。ブレークポイント領域のハプロタイプを識別します。転座に関与する2つの全染色体のハプロタイプと、それに対応する2つの正常相同染色体を同時に同定することで、ブレークポイント領域の相同組み換えを検出します。どの胚が転座保因者であるかを判断し、同時にすべての染色体の異数性をスクリーニングすることで、臨床妊娠率を改善するための情報を提供します。最後に、染色体またはブレークポイント領域のハプロタイプをゲノムワイドで同定し、あらゆる種類の転座の存在を同定することができます。

最も重要なのは、当社のPGH法は比較的シンプルで効率的であり、日常的な臨床アプリケーションに適しています。プロセス全体は48時間以内に完了でき、データ解析にかかる時間は合計2時間未満です。

"最も重要なのは、当社のPGH法は比較的シンプルで効率的であり、日常的な臨床アプリケーションに適しています。"

Q：胚サンプルごとにkaryomappingを実施していますか？

ZY：過去数年間、HumanKaryomap-12 Arrayを使用して胚生検の単一遺伝子欠損のみを特定しました。今では、すべての潜在的なIVF胚でこの遺伝子を使用して、転座などの単一遺伝子の欠損や構造的染色体異常を同定しています。

Q：臨床診断のためのバランスのとれた転座IVF患者の検出におけるこのブレークスルーの意義は何ですか？

SX：中国には、染色体異常を後世に受け継ぐ可能性のある、健康に見える何百万人もの染色体バランスのとれた転座患者がいます。このゲノムワイドなハプロタイプ連鎖解析技術の開発は、私たちの国の人間支援生殖医学分野における重要なブレークスルーであり、この分野における私たちのリーダーシップを示しています。特に流産の再発を患った患者において、IVF治療の成功を改善します。バランスの取れた転座の患者さんにとって、このテクノロジーは、持っている転座染色体を子孫に通さないようにします。