Хромосомный микроматричный анализ

Хромосомный микроматричный анализ (ХМА) — это метод молекулярно-цитогенетической диагностики, основанный на технологии ДНК-микрочипов (микроматриц), позволяющий с высокой разрешающей способностью (до десятков тысяч пар оснований) выявлять микроструктурные изменения в геноме — вариации числа копий (CNV, copy number variations), а также участки с потерей гетерозиготности (LOH) и однородительскую дисомию. В отличие от классического кариотипирования, ХМА не требует культивирования клеток и позволяет детектировать субмикроскопические делеции и дупликации, невидимые при световой микроскопии.

История развития

Метод хромосомного микроматричного анализа начал активно развиваться в начале 2000-х годов, когда технология ДНК-микрочипов стала доступной для клинического применения. Первые работы по картированию геномных вариаций с помощью микроматриц были опубликованы в 2003–2004 годах. В 2007 году Американская коллегия медицинской генетики (ACMG) рекомендовала ХМА в качестве теста первой линии для диагностики умственной отсталости, множественных врождённых пороков развития и аутистических расстройств. В России метод начал внедряться в практику с 2010-х годов, а в 2020 году Минздрав РФ включил ХМА в перечень исследований при неонатальном скрининге и диагностике наследственных заболеваний.

Принцип метода

ХМА основан на гибридизации фрагментов ДНК пациента с иммобилизованными на микрочипе олигонуклеотидными зондами, комплементарными определённым участкам генома. После гибридизации измеряется интенсивность флуоресцентного сигнала, которая пропорциональна количеству ДНК, связавшейся с каждым зондом. Сравнение сигналов от образца пациента и референсного образца (обычно ДНК здорового человека) позволяет выявить участки с изменённым числом копий.

Типы микроматриц

• SNP-микроматрицы (single nucleotide polymorphism) — содержат зонды к однонуклеотидным полиморфизмам, что позволяет одновременно детектировать CNV, LOH и однородительскую дисомию.
• CGH-микроматрицы (comparative genomic hybridization) — используют сравнительную геномную гибридизацию, где ДНК пациента и референсная ДНК метятся разными флуорофорами. Позволяют выявлять только CNV, но с высокой точностью.
• Комбинированные микроматрицы — объединяют SNP- и CGH-зонды, обеспечивая максимальную информативность.

Показания к применению

ХМА назначается в следующих клинических ситуациях:

• Умственная отсталость и задержка психоречевого развития — метод позволяет выявить причину в 15–20% случаев, когда стандартное кариотипирование не даёт результата.
• Множественные врождённые пороки развития — особенно при подозрении на микроделеционные синдромы (например, синдром ДиДжорджи, синдром Вильямса, синдром Прадера-Вилли).
• Аутистические расстройства — ХМА обнаруживает патогенные CNV у 10–15% пациентов с расстройствами аутистического спектра.
• Эпилепсия — при фармакорезистентных формах и сочетании с задержкой развития.
• Пренатальная диагностика — при выявлении структурных аномалий плода по данным УЗИ или при неблагоприятном семейном анамнезе.
• Невынашивание беременности — для анализа хромосомных аномалий в материале выкидыша.

Преимущества и ограничения

Преимущества

• Высокое разрешение — от 50–100 тысяч пар оснований (50–100 кб), что в 10–100 раз выше, чем у стандартного кариотипирования (5–10 млн пар оснований).
• Не требует культивирования клеток — анализ возможен на любой ДНК, в том числе из нежизнеспособных тканей (например, абортивного материала).
• Автоматизация — процесс гибридизации и анализа данных полностью компьютеризирован, что снижает риск человеческой ошибки.
• Возможность выявления мозаицизма — при уровне мозаичного клона от 10–20%.

Ограничения

• Не выявляет сбалансированные транслокации — такие перестройки не меняют числа копий ДНК, поэтому ХМА их не детектирует.
• Не позволяет выявить точковые мутации — для этого требуется секвенирование.
• Не определяет локализацию перестроек — метод показывает только наличие CNV, но не указывает, в какой хромосоме произошла делеция или дупликация (для этого требуется флуоресцентная гибридизация in situ — FISH).
• Ложноотрицательные результаты — при очень малых размерах CNV (менее 50 кб) или при низком уровне мозаицизма.
• Ложноположительные результаты — возможны из-за полиморфизмов, не имеющих клинического значения.

Интерпретация результатов

Результаты ХМА классифицируются по пяти категориям согласно рекомендациям ACMG (2019):

1. Патогенные — CNV, достоверно ассоциированные с заболеванием (например, делеция 22q11.2 при синдроме ДиДжорджи).
2. Вероятно патогенные — CNV с высокой вероятностью патогенности, но недостаточными доказательствами.
3. Варианты неопределённого значения (VUS) — CNV, клиническая значимость которых неизвестна. Требуют дополнительного анализа (например, исследования родителей).
4. Вероятно доброкачественные — CNV, которые с высокой вероятностью не влияют на фенотип.
5. Доброкачественные — полиморфные варианты, встречающиеся в популяции с частотой более 1%.

Применение в России

В Российской Федерации ХМА проводится в рамках медико-генетических консультаций, в том числе по полису ОМС при наличии показаний. Крупные центры, выполняющие ХМА: Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова (Москва), Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова (Москва), НИИ медицинской генетики Томского НИМЦ (Томск), а также ряд частных лабораторий. Стоимость исследования в коммерческих лабораториях варьируется от 15 000 до 40 000 рублей в зависимости от типа микроматрицы и объёма анализа.

Сравнение с другими методами

Интересные факты

• ХМА позволил идентифицировать более 100 новых микроделеционных синдромов, которые ранее не диагностировались.
• В 2015 году метод был рекомендован Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) как стандарт диагностики при врождённых пороках развития.
• В России с 2022 года ХМА включён в программу расширенного неонатального скрининга на 36 наследственных заболеваний.

Источники

1. Miller D.T., et al. Consensus statement: chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental disabilities or congenital anomalies. American Journal of Human Genetics, 2010.
2. South S.T., et al. ACMG Standards and Guidelines for constitutional cytogenomic microarray analysis. Genetics in Medicine, 2013.
3. Рекомендации Минздрава РФ по проведению хромосомного микроматричного анализа (2020).
4. Kearney H.M., et al. American College of Medical Genetics recommendations for the design and performance expectations for clinical genomic copy number microarrays. Genetics in Medicine, 2011.
5. Ворсанова С.Г., Юров Ю.Б. Хромосомный микроматричный анализ в клинической генетике. Медицинская генетика, 2018.