2022-12-10 12:16

预测着床前受精胚胎几种常见疾病的风险

体外受精胚胎在植入前进行基因检测,以减少可能遗传自父母的常见疾病的传播。然而,目前对这些胚胎的遗传评估还不够全面。

一项新的自然医学研究使用了一种新的策略,通过使用父母基因组测序和兄弟姐妹胚胎基因分型进行全基因组重建。目前的研究采用分子和统计技术的结合来预测胚胎的遗传基因组序列和12种常见疾病的易感性。

研究:人类着床前胚胎常见疾病全基因组风险预测。图片来源:explosion / Shutterstock.com

植入前基因检测

体外受精胚胎着床前遗传学检测允许研究人员在着床前确定任何潜在的遗传疾病的存在。基因检测目前用于预防罕见的孟德尔疾病。

一些研究还对胚胎进行了心脏病和癌症的测试。这些研究使用了多基因风险评分(PRS),其中多个遗传变异的影响被组合成一个单一的预测因子。

用于基因检测的DNA材料是从单细胞或少细胞胚胎活检中获得的,这可能会限制用于测序的DNA的数量和质量。因此,全面的胚胎基因组分析是成本和时间密集的。此外,由于一些技术原因,基因组谱的不准确性也会出现,这也会阻止对罕见基因突变的准确检测。

全基因组重建

在目前的研究中,110个胚胎来自10对接受体外受精(IVF)并进行临床植入前基因检测的夫妇。通过体外受精出生的10名儿童都有DNA,他们也都有着床前基因检测结果。植入前非整倍体基因检测结果显示,68个胚胎为整倍体,42个胚胎具有一条或多条非整倍体染色体。

胚胎的全基因组重建是通过亲本基因组测序和兄弟胚胎阵列测量实现的。分子和统计学方法的结合被用于将亲本变异链接到对应于单个染色体的“单倍型”。

确定了每个胚胎减数分裂重组的位置。此外,相关的单倍型片段被组装以接近整个遗传胚胎基因组。

全基因组重建的准确性由

将预测的基因型与出生儿童的基因型进行比较。预计胚胎中平均有580万个位点,变异数量从540万到640万不等。与出生婴儿相比,第3天胚胎活检的预测准确度为96.3-98.4%,第5天胚胎活检的预测准确度为98.0-98.9%。

在四对夫妇中,进行了转座酶酶联长读测序(TELL-Seq)以制备文库。这捕获了罕见变异,增加了每个家族中罕见变异预测的数量和准确性。

a、这项研究涉及重建10对夫妇的110个胚胎基因组,并与出生孩子的基因组序列进行比较。从出生儿童样本和10个相应的重建胚胎中计算12个PRS模型,并比较一致性。b, WGR包括准父母的全基因组测序(WGS)和兄弟姐妹胚胎的单核苷酸多态性(SNP)微阵列基因分型。每个SNP的等位基因测量是基于a所示的亲本单倍型的颜色编码。基于分子和统计/种群的技术相结合,亲本染色体可以推断每个胚胎减数分裂重组的位置,并纠正在测试单细胞或少细胞胚胎活检过程中引入的错误。重建胚胎全基因组通过计算PRSs和推断对疾病风险有高影响的罕见变异的遗传来预测常见疾病风险。c,将WGR的基因型与出生婴儿的DNA进行比较,结果显示,在第5天胚胎中用于多基因预测的位点上,基因型的准确性为99.0%至99.4%,在第3天胚胎中为97.2%至99.1%。病例1只包括第3天的胚胎,病例2包括第3天和第5天的胚胎。所有其他病例仅包括第5天胚胎。统计数据根据出生儿童的基因型(杂合或纯合)进行细分。

多基因风险评分

全基因组重建可以预测胚胎基因组中的变异。为了通过结合变异来预测常见疾病风险,使用胚胎基因组计算多基因风险评分。

对于每个胚胎,计算一组已发表的多基因模型的风险评分,随后在英国生物样本库(UKB)中根据特定人群进行验证和校准。与出生儿童全基因组序列的高置信位置相比,第3天胚胎活检中与多基因风险评分相关位点的基因型准确性为97.2-99.1%,第5天胚胎活检中与多基因风险评分相关位点的基因型准确性为99.0-99.4%。

每个胚胎的多基因风险评分被归一化,并使用统计逻辑回归模型转换为预测的疾病几率。从胚胎活检中计算的多基因风险评分与从出生儿童样本中计算的多基因风险评分之间存在高度相关性。观察到胚胎多基因疾病风险在不同家族和家族内兄弟姐妹胚胎中的变异性。

稀有变异鉴定

将罕见变异与多基因风险评分相结合,放大了兄弟胚胎之间的预测差异。在一对携带致病性BRCA1变异的夫妇中,预测的乳腺癌遗传风险在胚胎中变化了15倍。

仅使用罕见变异BRCA1或多基因风险评分,预测的乳腺癌遗传风险在胚胎中变化4.5倍或3倍。当父母携带致病性变异时,植入前乳腺癌基因检测是最有益的。

偶然发现一对夫妇携带APC风险等位基因,这是一种已确定的结肠癌基因。据预测,这对夫妇的三个胚胎中就有一个携带APC风险等位基因。

重要的是,在这项研究中发现的BRCA1和APC罕见变异,如果采用目前的方法,就会被遗漏。

未来的发展方向

目前研究中使用的方法仅限于遗传基因变异,因此排除了受孕后可能出现的新变异。虽然这种新变异很罕见,但它们在自闭症和智力障碍等早发性神经发育障碍中占了很大一部分。

因此,检测这些变异是很重要的,这将与胚胎活检的超深测序一起成为可能。因此,这里描述的方法在第5天胚胎中提供了更好的预测,而不是在第3天胚胎中。

本研究中计算的风险评分在欧洲人群中是有效的,因为人类遗传学研究数据可用于欧洲血统的个体。对于非欧洲人口,预测可能并不准确。

需要进一步的研究来确认这种方法在临床环境中的适用性,因为这些发现可能无法推广到体外受精的兄弟姐妹胚胎。因此,在临床环境中存在预测准确性可能较低的风险。

对人类胚胎的研究提出了几个伦理问题。将多基因信息用于产前决策需要进一步的伦理和实际考虑。在美国的一项调查中,1457名参与者中68%的人认为使用胚胎筛查进行PRS的合理性。

本研究的一部分参与者进行了PGT-A非整倍体筛查。PGT-A的临床疗效一直存在争议。目前的研究并没有解决镶嵌或非整倍体胚胎预测的准确性。

结论

目前的研究为讨论基于基因组的植入前基因检测的临床应用和实践开辟了一条途径。

随着成本效益高的测序技术的出现和对风险评分的更好理解,这种方法可能为接受体外受精的夫妇提供可靠的风险预测,特别是那些个人或家族有常见疾病史的夫妇。