Молекулярно-цитогенетические характеристики и особенности диагностики вариаций числа копий участков ДНК (CNV) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Юрченко Дарья Александровна

• Юрченко Дарья Александровна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Юрченко Дарья Александровна

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Степень разработанности темы

Цель исследования

Задачи исследования

Научная новизна

Теоретическая и практическая значимость работы

Методология и методы исследования

Положения, выносимые на защиту

Степень достоверности результатов

Апробация результатов

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Личный вклад автора в проведение исследования

Публикации

Структура и объем диссертации

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Вариации числа копий участков ДНК (CNV)

1.2. Методы диагностики хромосомного/геномного дисбаланса и клинические показания для цитогеномного исследования

1.2.1. Методы детекции СNV «первой линии»

1.2.2. Методы верификация и идентификация хромосомного/геномного дисбаланса

1.2.3. Показания для проведения цитогеномного исследования

1.3. Механизмы формирования геномного/хромосомного дисбаланса

1.3.1. Изолированные интерстициальные CNV, возникшие de novo

1.3.2. Изолированные интерстициальные CNV, как результат патологической мейотической сегрегации родительской инсерции

1.3.3. CNV, представленные дупликацией и смежной терминальной делецией

1.3.4 Основные механизмы формирования мСМХ

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Материалы исследования

2.2. Методы исследования

2.2.1. Стандартное цитогенетическое исследование

2.2.2. Хромосомный микроматричный анализ

2.2.3. Флуоресцентная гибридизация in situ с коммерческими ДНК-зондами

2.2.4. Флуоресцентная гибридизация in situ с несерийными (homemade) ДНК-зондами

2.3. Расчет гаплоидной длины аутосом (HAL)

2.4. Статистический анализ

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Характеристика группы пациентов с аномальным фенотипом и патогенетически значимыми CNV

3.1.1. Интерстициальные CNV

3.1.1.1. Происхождение и механизм формирования интерстициальных CNV

3.1.1.2. Сравнительный анализ относительного размера de novo и унаследованных интерстициальных CNV

3.1.1.3. Клинические проявления при наличии в геноме интерстициальных CNV

3.1.2. Сочетанные CNV, представленные дупликациями со смежными делециями

3.1.2.1. Инвертированная дупликация со смежной терминальной делецией короткого плеча хромосомы 8 - inv dup del(8p)

3.1.2.2. Нерекуррентные дупликации со смежными делециями

3.1.2.3 Алгоритм цитогеномного обследования пациентов с вариациями числа копий участков ДНК

3.2. Характеристика CNV у пациентов без видимых фенотипических проявлений

3.2.1. Исследование CNV в прицентромерных районах мСМХ 15 и

3.2.2. FISH-анализ прицентромерных эухроматиновых районов мСМХ- производных

хромосом 15 и 22 с несерийными ДНК-зондами

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВПР - врожденные пороки развития ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота ЗПМР - задержка психомоторного развития ЗПРР - задержка психоречевого развития

интCNV - интерстициальные вариации числа копий участков ДНК

млн.п.н. - миллион пар нуклеотидов

мСМХ - малая сверхчисленная маркерная хромосома

МРТ - магнитно-резонансная томография

п.н. - пара нуклеотидов

ПЦР - полимеразная цепная реакция

СЦГИ - стандартное цитогенетическое исследование

т.п.н. - тысяча пар нуклеотидов

ХА - хромосомные аномалии

ХД - хромосомный дисбаланс

ХМА - хромосомный микроматричный анализ

CNV (Copy Number Variations) - вариации числа копий участков ДНК del - делеция

der - дериватная хромосома dup - дупликация

HAL (Haploid Autosomal Length) - гаплоидная длина аутосомы

inv dup del - инвертированная дупликация со смежной терминальной делецией

FISH (Fluorescence In Situ Hybridization) - флуоресцентная in situ гибридизация

MCB (MultiColor Banding) - многоцветный бэндинг хромосом

M-FISH (MultiColor FISH) - многоцветная (24-цветная) FISH

NAHR (Nonallelic Homologous Recombination) - неаллельная гомологичная

рекомбинация

NGS (Next Generation Sequencing) - секвенирование нового поколения

pcp (partial chromosome painting) - ДНК-зонды, окрашивающие различные плечи

хромосом

SV (Structural Variations) - структурные варианты

wcp (whole chromosome painting) - ДНК-зонды, окрашивающие всю хромосому

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Молекулярно-цитогенетические характеристики и особенности диагностики вариаций числа копий участков ДНК (CNV)»

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы исследования

Структурная вариабельность генома проявляется на различных уровнях его организации. Вариации числа копий участков ДНК размером от 1000 п.н. и более (copy number variations - CNV) являются важным источником модификаций генома человека и могут быть ассоциированы с аномалиями фенотипа [Stankiewicz P. et al., 2010]. Развитие и широкое внедрение в клиническую практику полногеномных технологий, таких как хромосомный микроматричный анализ (ХМА), привели к открытию новых классов наследственных болезней, причиной возникновения которых являются структурные микроперестройки хромосом, представленные патогенными вариациями числа копий участков ДНК (CNV) в виде микроделеций, микродупликаций и микротрипликаций. Хромосомный микроматричный анализ все чаще является методом исследования первого уровня (first-tier-test) в идентификации субмикроскопических CNV, в частности, при недифференцированной умственной отсталости у детей, позволяя выявить у этих пациентов в 15-20% случаев различные микроперестройки, неразличимые при визуальном хромосомном анализе [Miller D.T.et al., 2010; Battaglia A. et al., 2013; Bélanger S. A. et al., 2018; Jang W. et al., 2019]. Однако полногеномные методы исследования при выявлении патогенетически значимых CNV предоставляют информацию только о виде геномного дисбаланса (дупликации или делеции) и его локализации в геноме. Определить структуру хромосомного дисбаланса позволяет кариотипирование метафазных хромосом в комбинации, если необходимо, с FISH-анализом. Одним из существенных недостатков метода ХМА является невозможность детекции сбалансированных хромосомных аномалий, в частности, робертсоновских, реципрокных транслокаций, инверсий и инсерций [MacKinnon R.N., 2018; Wilch E.S. et al., 2018]. Традиционный цитогенетический анализ, и, при необходимости, молекулярно-цитогенетическое исследование родителей при обнаружении у ребенка микроскопических или субмикроскопических патогенетически значимых CNV позволяют выявлять сбалансированные хромосомные перестройки у родителей и других членов семьи. Сведения о топографии и структуре геномного дисбаланса позволяют не только уточнить механизм его возникновения, но также важны и для аргументированного генетического

консультирования семьи и выяснения характера перестройки - наследственной или de novo - с целью оценки повторного генетического риска рождения в семье ребенка с хромосомной патологией. Все это обуславливает необходимость развития комплексных подходов и алгоритмов изучения структурной вариабельности генома, позволяющих не только точно определять количество геномных копий отдельных участков ДНК, но и определять структуру и происхождение геномного дисбаланса в фенотипически разнообразной группе пациентов.

Определенное место в структурной вариабельности генома занимают субмикроскопические CNV, представленные в виде дупликаций или трипликаций при наличии в геноме малых сверхчисленных маркерных хромосом (мСМХ) равных по размеру или меньше хромосомы 20 [Liehr Т., 2004]. мСМХ - это довольно гетерогенная группа добавочных структурно аномальных хромосом, которые не могут быть однозначно идентифицированы при стандартном цитогенетическом исследовании в силу их малых размеров и особенностей генного состава, а именно присутствия субмикроскопических CNV. Среди новорожденных частота носителей мСМХ в популяции составляет 0,044% [Liehr Т. et al., 2007]. Фенотипические проявления присутствия в кариотипе мСМХ варьируют от нормы до значительного отклонения в физическом и психомоторном развитии, и зависят от хромосом, участвующих в их образовании, наличия эухроматиновых районов, генного контента, уровня мозаицизма и однородительской дисомии. Известно, что мСМХ могут быть производными любой из 24 хромосом человека и морфологически представлены в виде инвертированных дупликаций (inv dup), кольцевых (r) и минутных (min) хромосом [Liehr Т. et al., 2004]. С развитием молекулярно-цитогенетических методов исследования стало возможным идентифицировать хромосомное происхождение мСМХ, характеризовать их по наличию или отсутствию эухроматиновых районов, что позволяет устанавливать связь мСМХ с теми или иными аномалиями фенотипа [Al-Rikabi A.B.H. et al., 2018]. Детализация и накопление дополнительных сведений о каждом случае мСМХ позволит внести вклад в понимание механизмов формирования и патогенетической значимости CNV, обусловленных наличием в геноме этих добавочных маркерных хромосом. Фенотипически нормальные носители малых сверхчисленных маркерных хромосом могут иметь CNV в виде дупликаций/трипликаций, локализованных в прицентромерных районах. Это позволяет предположить, что такие CNV участков ДНК не содержат дозо-

зависимых генов, поэтому изменение их копийности не приведет к серьезным изменениям фенотипа. Такие эухроматиновые мСМХ в кариотипе асимптоматичных носителей могут быть идеальной моделью для характеристики протяженности нечувствительных к дозе генов прицентромерных районов генома человека для определения четких границ, где заканчиваются дозо-нечувствительные регионы и начинаются участки генома, изменение копийности которых приводит к аномалиям фенотипа и задержке психомоторного развития.

Таким образом, совершенно очевидным является необходимость использования комплексного, цитогеномного подхода в изучении и диагностике как микроскопических, так и субмикроскопических вариаций числа копий участков ДНК для молекулярно-цитогенетического изучения организации генома человека [Silva M. et al., 2019; Iourov I.Y. et al., 2021]. Цитогеномный подход, подразумевающий комбинацию цитогенетических и молекулярно-(цито)генетических методов, позволяет не только точно определять количество геномных копий отдельных участков ДНК, но и детализировать структуру, происхождение, а также механизм формирования геномного/хромосомного дисбаланса.

Степень разработанности темы

Хромосомные болезни одна из наиболее обширных групп наследственной патологии, спектр которых продолжает расширяться с внедрением в клиническую практику хромосомного микроматричного анализа и других высокотехнологичных методов исследования генома человека [Miller D.T.et al., 2010; Stankiewicz P., Lupski J.R., 2010]. Широкое использование таких методов привело к открытию новых классов наследственных болезней, причиной возникновения которых являются структурные микроперестройки хромосом, обусловленные патогенетически значимыми вариациями числа копий участков ДНК [Stankiewicz P., Lupski J.R., 2010; Girirajan S. et al., 2011]. Однако, несмотря на безусловные преимущества таких подходов к диагностике, изолированное использование методов молекулярного кариотипирования создает новые проблемы при проведении медико-генетического консультирования, затрудняя оценку повторного риска рождения ребенка с хромосомным дисбалансом в отягощенной семье и планирование профилактических мероприятий.

Изучение причин, лежащих в основе формирования аномального фенотипа, обусловленного структурной вариабельностью генома, в последнее десятилетие является краеугольным камнем современной цитогеномики. Большое число работ посвящено установлению диагностической эффективности высокоразрешающих методов полногеномного исследования, а также оптимизации алгоритмов оценки клинической значимости выявленных CNV [Ceulemans S. et al., 2012; Trost B. et al., 2018; Silva M. et al., 2019].

В Российской Федерации цитогеномные исследования по изучению патогенетически значимых CNV, приводящих к формированию новых классов наследственной патологии, проводятся научными коллективами, возглавляемыми д.б.н., профессором Лебедевым И.Н. (Томский НИМЦ РАН, г. Томск) и д.б.н., профессором Юровым И.Ю. (НИКИ педиатрии имени академика Ю.Е. Вельтищева ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н. И. Пирогова Минздрава России, г. Москва). Тем не менее исследования по комплексной диагностике интерстициальных CNV и inv dup del, локализованных на рекомбинантных хромосомах, для оценки степени риска повторного рождения ребенка с хромосомным/геномным дисбалансом в семье, ранее не проводились.

Цель исследования

Изучение вариаций числа копий участков ДНК у пациентов с аномальным фенотипом и у асимптоматических носителей малых сверхчисленных маркерных хромосом для анализа молекулярно-цитогенетической организации генома человека, а также для оптимизации лабораторной диагностики клинически значимого хромосомного/геномного дисбаланса.

Задачи исследования

1. Изучить характеристики патогенетически значимых CNV, размером более 2,7 млн.п.н. у пациентов с аномальным фенотипом.

2. Определить структуру, происхождение и механизмы формирования патогенетически значимых CNV.

3. Охарактеризовать клинические проявления у пациентов с патогенетически значимыми интCNV и пациентов с синдромом inv dup del(8p).

4. Изучить CNV, потенциально нечувствительные к дозе генов, локализованные в прицентромерных эухроматиновых районах акроцентрических хромосом 15 и 22.

5. Разработать алгоритм цитогеномного обследования пациентов с вариациями числа копий участков ДНК.

Научная новизна

В результате проведенной научно-исследовательской работы были получены новые данные о происхождении и механизмах формирования нерекуррентных интерстициальных микроделеций и микродупликаций, показана значимость цитогеномного (комплексного) подхода к исследованию CNV у пациентов с аномальным фенотипом.

Впервые в России собраны и проанализированы результаты стандартного и молекулярного кариотипирования в выборках больных с рекуррентной inv dup del(8p) и нерекуррентными инвертированными дупликациями/делециями. На основании анализа генетических характеристик inv dup del определены механизмы формирования хромосомных перестроек и предложены основные подходы к их диагностике. Впервые разработаны ДНК-зонды для детекции парацентрической инверсии у родителей пациентов с синдромом inv dup del(8p). Использование FISH c разработанными ДНК-зондами позволяет оценить родительское носительство полиморфной парацентрической инверсии 8(p23.1) для установления рекомбинационного механизма формирования рекуррентных inv dup del хромосомных перестроек. Впервые была проведена оценка частоты рекомбинации при исследовании мейотической сегрегации полиморфной парацентрической инверсии 8(p23.1).

Получены новые данные о размерах CNV, потенциально нечувствительных к дозе генов, локализованных в прицентромерных эухроматиновых районах хромосом 15 и 22.

Теоретическая и практическая значимость работы

Полученные результаты вносят ценный вклад в фундаментальные знания о структурной вариабельности генома и этиологии хромосомного дисбаланса. Изучен вклад патологической мейотической сегрегации родительских хромосомных перестроек в формирование интерстициальных CNV и inv dup del хромосомного дисбаланса. Разработаны критерии оценки факторов, ассоциированных с механизмами формирования рекуррентных и нерекуррентных inv dup del. Полученные данные об изменении копийности участков ДНК прицентромерного эухроматина, не приводящих к формированию клинически значимого фенотипа у пациентов с мСМХ15 и мСМХ22, могут внести значительный вклад в изучение дозо-нечувствительных районов генома и установлению четких границ регионов, изменение копийности которых не приводит к аномалиям фенотипа и задержке психомоторного развития.

Разработан и внедрен в лабораторную практику ФГБНУ «МГНЦ» алгоритм обследования пациентов с выявленными при стандартном цитогенетическом исследовании и/или хромосомном микроматричном анализе интерстициальных CNV. Показана клиническая значимость и необходимость обследования трио (пациент и его родители) в оценке прогноза потомства в семье при последующих беременностях.

Результаты работы по изучению гетерогенности инвертированных дупликаций со смежной терминальной делецией будут внедрены в практическую работу врачей-генетиков медико-генетических консультаций Российской Федерации, что позволит сформировать представление о таких патогенетически значимых вариациях числа копий участков ДНК, как инвертированная дупликация со смежной делецией и применить разработанный алгоритм дополнительных лабораторных исследований с целью определения происхождения ХД.

Методология и методы исследования

Методологической основной диссертационного исследования явилось применение современного цитогенетического и молекулярно-цитогенетического подходов в группе пациентов с патогенетически значимыми вариациями числа копий участков ДНК с аномальным фенотипом и в группе асимптоматических носителей малых

сверхчисленных маркерных хромосом. Для поиска вариаций копийности ДНК использовались стандартное цитогенетическое исследование, хромосомный микроматричный анализ, а также методы на основе NGS. С целью подтверждения обнаруженных CNV и установления их происхождения и механизма формирования были использованы стандартное цитогенетическое исследование (СЦГИ) и FISH с коммерческими и несерийными (homemade) ДНК-зондами. Для больных с синдромом inv dup del(8p) проведен детальный анализ клинических признаков с привлечением литературных данных.

Положения, выносимые на защиту

1. Патогенетически значимые вариации числа копий участков ДНК у пациентов с аномальным фенотипом преимущественно представлены интерстициальными CNV, механизмы формирования которых различны. Верификация и установление происхождения таких CNV является необходимым этапом для оценки риска повторного рождения больного ребенка с хромосомной патологией.

2. Механизмы формирования патогенетически значимых нерекуррентных интерстициальных CNV не зависят от их размера и геномной локализации.

3. Механизм формирования inv dup del хромосомной аномалии определяется происхождением и может быть установлен при наличии характерного паттерна гибридизации при хромосомном микроматричном анализе.

4. Наличие клинических проявлений, таких как микроцефалия (43% случаев), мышечная гипотония (34% случаев) и судороги (30% случаев) у пациентов с патогенетически значимыми интерстициальными CNV, выходящих за рамки традиционного «хромосомного фенотипа», требует расширения показаний для цитогеномного исследования.

5. Присутствие в геноме CNV в виде трипликации проксимального прицентромерного эухроматина хромосом 15 и 22 не приводит к формированию клинически значимого фенотипа.

Степень достоверности результатов

Достоверность результатов подтверждена верификацией полученных данных при использовании различных молекулярно-(цито)генетических методов диагностики и методов статистического анализа. Теоретическую основу исследования составили многочисленные источники литературы, как отечественных исследователей, так и зарубежных. Полученные результаты представлены в виде таблиц, наглядных диаграмм и рисунков. Сформулированные выводы согласуются с поставленными задачами и полностью отражают результаты проделанной работы.

Апробация результатов

Материалы диссертации доложены на Конференции Молодых Ученых ФГБНУ «МГНЦ», 10 декабря 2019 года; Второй онлайн научно-практической конференции «Новые технологии в диагностике и лечении наследственных болезней», Москва, 20 - 21 октября 2020 года; IX съезде Российского общества медицинских генетиков, Москва, 30 июня - 2 июля 2021 года; Международной виртуальной конференции сообщества ECA «13th European cytogenomics conference», 3 - 5 июля 2021; III научно-практической онлайн конференции РОМГ «Новые технологии в диагностике и лечении наследственных болезней», Москва, 19 - 20 октября 2021 года; XVII Международной (XXVI Всероссийской) Пироговской научной медицинской конференции студентов и молодых ученых, Москва, 17 марта 2022 года; IV Всероссийском научно-практическом конгрессе с международным участием «Орфанные болезни», Москва, 10 июня 2022 года.

Работа одобрена этическим комитетом и прошла экспертную комиссию, рекомендована к защите на заседании Диссертационного совета 24.1.168.01 ФБГНУ «МГНЦ».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Диссертация соответствует паспорту специальности 1.5.7. — Генетика (медицинские науки) — «Генетика человека. Медицинская генетика. Наследственные болезни. Молекулярные основы наследственности. Мутационная изменчивость». Работа

включает в себя обсуждение проблем генетики человека, медицинской генетики, наследственных болезней.

Личный вклад автора в проведение исследования

Автор непосредственно участвовал в формулировании цели научной работы, постановке задач, выборе методов исследования, проведении молекулярно-цитогенетических этапов исследования, статистической обработке полученных данных.

Автором подобрана, проанализирована и проработана отечественная и зарубежная литература по теме диссертации, обработаны полученные результаты, сформулированы выводы и написана рукопись. Результаты проведенной работы опубликованы в рецензируемых журналах, а также представлены на российских и зарубежных научных конференциях.

Публикации

Материалы диссертационной работы представлены в 10 печатных работах соискателя, в том числе в 5 статьях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России для соискателей ученой степени кандидата медицинских наук (в том числе 3 в журналах, индексируемых в РИНЦ; 2 - в SCOPUS / Web of Science).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц, 52 рисунка, 2 приложения; и состоит из введения, обзора литературы, глав с изложением материалов методов, результатов собственных исследований и обсуждения полученных результатов, заключения и выводов, а также практических рекомендаций. Библиографический указатель включает включает 136 источников, из них 128 - зарубежные, 8 - российские.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Вариации числа копий участков ДНК (CNV)

Структурная вариабельность генома приводит к геномной изменчивости и предрасполагает к большому количеству геномных нарушений [Redon R. et al., 2006; Stankiewicz, Lupski, 2010; Torres F. et al., 2016; Deshpande А. et al., 2018]. В частности, изменение (уменьшение или увеличение) копийности фрагментов ДНК размером более 1 т.п.н. по сравнению с референсным геномом являются вариациями числа копий участков ДНК (CNV) [Feuk L. et al., 2006; Kearney H.M. et al., 2011], которые широко распространены в геноме человека и составляют около 13% [Stankiewicz P. and Lupski J.R., 2010; Grayton H.M. et al., 2012]. CNV варьируют от субмикроскопических или микроскопических делеций, дупликаций или трипликаций до полной анеуплоидии [Macé A. et al., 2018]. Они могут передаваться по наследству или возникать de novo [Deshpande А., 2018]. В некоторых случаях были обнаружены специфические структурные вариации генома у родителей пациентов с CNV, демонстрирующие, что изменчивость архитектуры генома может быть важным фактором, предрасполагающим к формированию хромосомного дисбаланса [Stankiewicz P. and Lupski J.R., 2010].

Структурная вариабельность некоторых районов генома не сопровождается клинически значимыми фенотипическими проявлениями, т.е. представлена непатогенными CNV. Геномный дисбаланс, обусловленный наличием CNV в других районах, приводит к развитию генетического заболевания, т.е. является патогенным [Girirajan S. et al., 2011]. Однако фенотипические эффекты CNV иногда неясны и зависят главным образом от того, вовлечены ли в геномную перестройку чувствительные к дозе гены или регуляторные последовательности [Stankiewicz P. and Lupski J.R., 2010]. Соответственно, патогенные CNV обуславливают геномный/хромосомный дисбаланс, который, чаще всего, является причиной аномального фенотипа.

1.2. Методы диагностики хромосомного/геномного дисбаланса и клинические показания для цитогеномного исследования

Структурная вариабельность генома относится непосредственно к аномалиям в структуре хромосом. В настоящее время стандартные методы детекции хромосомных

аномалий (ХА) представлены широким спектром лабораторных исследований, которые включают стандартное цитогенетическое исследование (СЦГИ) дифференциально окрашенных хромосом (GTG-бэндинг), флуоресцентную гибридизацию in situ (FISH) и молекулярное кариотипирование с использованием метода сравнительной геномной гибридизации на микрочипах (array-CGH), в т.ч. хромосомный микроматричный анализ (ХМА) [Weckselblatt B., Rudd M. K., 2015]. В то время как массив array-CGH выявляет лишь вариации числа копий участков ДНК (CNV) в форме делеций, дупликаций и трипликаций, СЦГИ и FISH также могут выявлять нейтральные по отношению к копийности ДНК структурные варианты, например, инсерции, инверсии и сбалансированные транслокации, т.е. те, которые не приводят к изменениям числа копий. Хромосомные перестройки играют важную роль в формировании генетического разнообразия и эволюции [Redon R. et al., 2006; Conrad D. et al., 2010; Kidd, J.M. et al., 2010; Mills R.E. et al., 2011], но они также могут являться этиологическим фактором некоторых заболеваний [Stankiewicz P. and Lupski J.R., 2010; Cooper G.M. et al., 2011; Coe B. et al., 2014; Кашеварова А.А., Лебедев И.Н., 2016]. Так, приблизительно 15-20% людей с умственной отсталостью и расстройствами аутистического спектра имеют патогенные структурные варианты [Miller, D.T. et al., 2010; Cooper G.M. et al., 2011; Kaminsky E.B. et al., 2011].

Доступность технологий полногеномного скрининга значительно облегчила идентификацию и характеристику вариаций числа копий участков ДНК. Выбор метода диагностики CNV связан с размером геномного дисбаланса. В зависимости от размеров принято выделять субмикроскопические (размером от 1 т.п.н. до 3 млн.п.н.) и микроскопические (от 3-5 млн.п.н. до нескольких десятков млн.п.н) CNV [Ceulemans S. et al., 2012]. Для анализа и изучения CNV используют широкий спектр диагностических методов с различной разрешающей способностью. В настоящее время принято использовать комплексный, так называемый цитогеномный подход, включающий комбинацию различных методов исследования [Silva M. et al., 2019] (табл.1).

Таблица 1 - Методы, используемые в цитогеномном подходе к детекции CNV, их разрешение и ограничения (адаптировано из Silva M. et al., 2019).

Метод Разрешение Ограничения

СЦГИ 5 - 10 млн.п.н. Не удается детектировать: ХА меньше разрешающей способности; нуклеотидные варианты; ОРД

FISH ~100 т.п.н. Ограничена размером используемых ДНК-зондов (таргетный анализ); Не удается детектировать: нуклеотидные варианты; ОРД

ХМА ~20-200 т.п.н. Ограничен разрешением используемой матрицы. Не позволяет детектировать: сбалансированные ХА; мозаицизм <20%1; нуклеотидные варианты; характер структурной аберрации (хромосомную локализацию); гетерохроматиновые мСМХ;

Детекция CNV при полном секвенировании экзома 100 п.н. (экзоны) ~ 150 т.п.н. (полный геном)2 Не удается обнаружить: сбалансированные ХА; мозаицизм <18%3; характер структурной аберрации.

Примечание: ОРД - однородительская дисомия 1Ballif B.C. et al., 2006 2Pfundt R. et al., 2017 3Pagnamenta A.T. et al., 2012

1.2.1. Методы детекции CNV «первой линии»

Одним из методов, позволяющих детектировать микроскопические СNV размером от 5-10 млн.п.н. до нескольких десятков млн.п.н., то есть анеуплоидии и сегментные анеуплоидии, является стандартное цитогенетическое исследование. Основным преимуществом этого полногеномного метода исследования является определение не только числа, но и структуры всех хромосом, а также возможность оценить, как эухроматиновые, так и гетерохроматиновые районы. Так, например, при проведении стандартного кариотипирования можно диагностировать малые сверхчисленные

маркерные хромосомы, имеющие гетерохроматиновую природу. Однако, разрешающая способность этого метода не позволяет выявлять хромосомный дисбаланс размером менее 5 - 10 млн.п.н. Значительно расширить диапазон детекции CNV позволил ХМА, с помощью которого стало возможным детектировать субмикроскопические CNV [South S.T. et al., 2013]. Внедрение данного метода в клинические цитогенетические лаборатории позволило в 3-5 раз повысить выявляемость CNV у пациентов с ЗПМР, множественными врожденными пороками и/или аномалиями развития [Reiner J. et al., 2016]. Поэтому ХМА в настоящее время считается исследованием первого уровня для детекции вариаций числа копий участков ДНК среди таких пациентов [Miller D.T.et al., 2010; Battaglia A. et al., 2013; Bélanger S. A. et al., 2018; Jang W. et al., 2019]. Основным ограничением данного метода является невозможность выявления сбалансированных хромосомных перестроек и анализа гетерохроматиновых районов хромосом. Однако в некоторых случаях определенный паттерн выявленного хромосомного/геномного дисбаланса у пациента позволяет предположить наличие сбалансированной хромосомной перестройки у одного из родителей, что требует проведения дополнительных лабораторных исследований как у самого пациента, так и его родителей. Еще одним ограничением ХМА является невозможность детекции мозаицизма, при котором частота аномального клона клеток составляет менее 20% [Ballif B.C. et al., 2006]. Стоит отметить, что стандартное цитогенетическое исследование, при обнаружении мозаичных форм микроскопических CNV, позволяет более точно оценить его уровень.

В эру полногеномных технологий особое место занимает исследование CNV методами высокопроизводительного секвенирования. Генетическая вариабельность может проявляться на различных уровнях организации генома, ранжируясь от однонуклеотидных вариантов до протяженных вариаций числа копий участков ДНК (CNV). В современной классификации структурной геномной вариабельности принято выделять довольно обширный класс перестроек размером более 50 п.н., включающий не только делеции, дупликации, но и инверсии, инсерции и транслокации, т.е. события, связанные с изменением типичной позиции фрагментов ДНК - так называемые структурные варианты (Structural Variation - SV). SV - это генетические варианты, включающие все количественные и структурные хромосомные перестройки, т.е. CNV являются подтипом SV [Ho S. et al., 2020].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Юрченко Дарья Александровна, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Aнтоненко В.Г., Mаркова Ж.Г., Шилова Н.В., Глазкова A3., Цаюк Ю.В., Петрова

О.В. Редкий случай перестройки длинного плеча Х-хромосомы - инвертированная дупликация/делеция у женщины с дисгенезией гонад. // Mедицинская генетика -2017. -Т. 16(8). -С. 36-40.

2. Гинтер Е.К. и др. Цитогенетические методы диагностики хромосомных болезней.

Mетодическое пособие для врачей. // Mосква -2009. -81 с.

3. Кашеварова A.A., Лебедев И.Н. Геномная архитектура хромосомных болезней

человека // Генетика -2016. -Т. 52. -№ 5. -С. 511-52В.

4. Кузнецова Т.В., Шилова Н.В., Творогова MX.., Харченко Т.В., Лебедев И.Н.,

Aнтоненко В.Г. Практические рекомендации по обеспечении качества и надежности цитогенетических исследований. Рекомендации Российского Общества медицинских генетиков для цитогенетических и молекулярно-цитогенетических исследований конститутивных хромосомных аномалий. // Mедицинская генетика. -2019. -№5 -С.3-27.

5. Тарлычева A.A., Mаркова Ж.Г., Юрченко ДА., Шилова Н.В. Оптимизация

протокола обработки препаратов эякулята для последующего молекулярно-цитогенетического исследования. // Клиническая лабораторная диагностика. -2021. -Т. 66 (10). -С. 603-609.

6. Шилова Н.В. Совершенствование подходов к диагностике хромосомных аномалий

в рамках персонализированной медицины. // Aвтореферат докт. Дисс. -2016.

7. Шилова Н.В., Mиньженкова M.E. Интерпретация клинически значимых вариаций

числа копий ДНК. // Mедицинская генетика. - 2018. - Т.10. - С. 40-44. В. Юрченко ДА., Mиньженкова M.E., Mаркова Ж.Г., Дадали Е.Л., Шилова Н.В. Комплексный подход к изучению структуры и происхождения дериватной хромосомы 8. // Mедицинская генетика. - 2021. - Т. 20(6). - С. 41-50.

9. Al-Rikabi A.B.H., Pekova S., Fan X., Jancusková T., Liehr T. Small Supernumerary

Marker Chromosome May Provide Information on Dosage-insensitive Pericentric Regions in Human // Curr Genomics. -201В. -V. 19 -№ 3. -P. 192-199.

10. Anton E., Blanco J., Egozcue J., et al. Sperm studies in heterozygote inversion carriers: a review. // Cytogenet Genome Res. -2005. -Vol.111. -P. 297-304.

11. Bailey J.A., Eichler E.E. Primate segmental duplications: crucibles of evolution, diversity and disease. // Nat Rev Genet. - 2006. - Vol.7(7). -P. 552-564.

12. Ballif B.C., Rorem E.A., Sundin K., et al. Detection of low-level mosaicism by array CGH in routine diagnostic specimens. // Am J Med Genet A. -2006. - Vol.140. -P.2757-2767.

13. Bartels I., Schlueter G., Liehr T., von Eggeling F., Starke H., Glaubitz R., Burfeind P. Supernumerary small marker chromosome (SMC) and uniparental disomy 22 in a child with confined placental mosaicism of trisomy 22: trisomy rescue due to marker chromosome formation. // Cytogenet Genome Res. -2003. - Vol.101(2). -P. 103-105.

14. Battaglia A., Doccini V., Bernardini L., Novelli A., Loddo S., Capalbo A., Filippi T., Carey J.C. Confirmation of chromosomal microarray as a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental delay, intellectual disability, autism spectrum disorders and dysmorphic features // Eur J Paediatr Neurol. - 2013. -V. 17. - №6 -P. 589-599.

15. Bélanger S. A., Caron J. Evaluation of the child with global developmental delay and intellectual disability // Pediatr. Child Heal. -2018. -V. 23. -№ 6. -P. 403-410.

16. Bosch N., Morell M., Ponsa I., Mercader J.M., Armengol L., Estivill X. Nucleotide, cytogenetic and expression impact of the human chromosome 8p23.1 inversion polymorphism. // PLoS One. -2009. -Vol.4(12) -P. e8269.

17. Carvalho C.M., Lupski J.R.. Mechanisms underlying structural variant formation in genomic disorders. // Nat Rev Genet. -2016. -Vol.17(4). -P. 224-38.

18. Ceulemans S., van der Ven K., Del-Favero J. Targeted Screening and Validation of Copy Number Variations // Methods in Molecular Biology. - 2012. - Vol.838 - P. 311-328.

19. Chen C.P., Ko T.M., Huang W.C., Chern S.R., Wu P.S., Chen Y.N., Chen S.W., Lee C.C., Pan C.W., Yang C.W., Wang W. Molecular cytogenetic characterization of inv dup del(8p) in a fetus associated with ventriculomegaly, hypoplastic left heart, polyhydramnios and intestinal obstruction. // Taiwan J Obstet Gynecol. - 2016. -Vol.55(3). -P. 415-418.

20. Cho E., Yang T.H., Shin E.S., Byeon J.H., Kim G.H., Eun B.L. Saethre-Chotzen syndrome with an atypical phenotype: identification of TWIST microdeletion by array CGH. // Childs Nerv Syst. -2013. -Vol.29(11). -P.2101-2104.

21. Coe B., Witherspoon, K., Rosenfeld, J. et al. Refining analyses of copy number variation

identifies specific genes associated with developmental delay. // Nat Genet. -2014. -Vol.46. - P. 1063-1071

22. Conrad, D., Bird, C., Blackburne, B. et al. Mutation spectrum revealed by breakpoint sequencing of human germline CNVs. // Nat Genet. -2010. -Vol.42(5) -P.385-391.

23. Cooper G.M. et al. A copy number variation morbidity map of developmental delay. // Nat. Genet. -2011. -Vol.43 -P. 838-846.

24. Crolla J.A., Long F., Rivera H, Dennis N.R. FISH and molecular study of autosomal supernumerary marker chromosomes excluding those derived from chromosomes 15 and 22: I. Results of 26 new cases. // Am J Med Genet. -1998. - Vol.75(4). -P.355-66.

25. Cui C., Shu W., Li P. Fluorescence In situ Hybridization: Cell-Based Genetic Diagnostic and Research Applications. // Front Cell Dev Biol. -2016. -Vol.4. -P. 89.

26. Daniel A. Structural differences in reciprocal translocations. // Hum. Genet. -1979. -Vol.51 -P. 171-182.

27. Daniel A., Malafiej P. A series of supernumerary small ring marker autosomes identified by FISH with chromosome probe arrays and literature review excluding chromosome 15. // Am J Med Genet A. -2003. -Vol.117A(3). -P.212-222.

28. de Heer I.M., de Klein A., van den Ouweland A.M., Vermeij-Keers C., Wouters C.H., Vaandrager J.M., Hovius S.E., Hoogeboom J.M. Clinical and genetic analysis of patients with Saethre-Chotzen syndrome. // Plast Reconstr Surg. - 2005. -Vol.115(7). -P.1894-1905.

29. Deininger P., Batzer M. Alu repeats in human disease. // Mol. Genet. Metabol. -1999. -Vol. 67. -P. 183-193.

30. Deshpande A., Weiss L.A. Recurrent reciprocal copy number variants: Roles and rules in neurodevelopmental disorders. // Dev Neurobiol. -2018. -Vol.78(5). - P.519-530.

31. Dittwald P., Gambin T., Szafranski P., Li J., Amato S., Divon M.Y., et al. NAHR mediated copy-number variants in a clinical population: mechanistic insights into both genomic disorders and Mendelizing traits. // Genome Res. -2013. - Vol.23(9). -P. 13951409.

32. Domaradzka J, Deperas M, Obersztyn E, et al. A placental trisomy 2 detected by NIPT evolved in a fetal small Supernumerary Marker Chromosome (sSMC). // Mol Cytogenet. -2021. -Vol.14(1). -P.18.

33. Domínguez M.G., Rivera H., Aguilar-Lemarroy A., et al. Two familial

intrachromosomal insertions with maternal dup(6)(p22.3p25.3) or dup(2)(q24.2q32.1) in recombinant offspring. // Clin Dysmorphol. -2017. - Vol.26(4). -P. 209-216.

34. Feldman G.L., Weiss L., Phelan M.C. et al. Inverted duplication of 8p: Ten new patients and review of the literature. // American Journal of Medical Genetics. - 1993. -Vol.47. -P. 482-486.

35. Feuk L., Carson A.R., Scherer S.W. Structural variation in the human genome. // Nat Rev Genet. -2006. -Vol.7(2). -P. 85-97.

36. Firth H.V., Richards S.M., Bevan A.P., et al. DECIPHER: Database of Chromosomal Imbalance and Phenotype in Humans Using Ensembl Resources. // Am. J. Hum. Genet. -2009. -Vol.84 -P.524-533.

37. Fisch G.S., Davis R., Youngblom J., Gregg J. Genotype-Phenotype Association Studies of Chromosome 8p Inverted Duplication Deletion Syndrome. // Behav. Genet. -2011. -Vol.41. -P. 373-380.

38. Friedrich U., Houman M., Sandgaard J., Rosgaard A., Sunde L. Microdissection of chromosome 2-between-arm intrachromosomal insertion. // Eur J Hum Genet. - 2000. -Vol.8. -P.393-395.

39. Garcia-Santiago F.A., Martinez-Glez V., Santos F., Garcia-Minaur S., Mansilla E., Meneses A.G., Rosell J., Granero A.P., Vallespin E., Fernandez L., et al. Analysis of invdupdel(8p) rearrangement: Clinical, cytogenetic and molecular characterization. // Am. J. Med. Genet. Part A. -2015. -Vol.167. -P. 1018-1025.

40. Gardner R.J., Amor D.J. Gardner and Sutherland's Chromosome Abnormalities and Genetic Counselling (5 ed.). // Oxford University Press. -2018.

41. Giglio S., Broman K.W, Matsumoto N. et al. Olfactory receptor-gene clusters, genomic-inversion polymorphisms, and common chromosome rearrangements. //Am J Hum Genet. -2001. -Vol.68. -P. 874-883.

42. Girirajan S., Campbell C., Eichler E. Human Copy Number Variation and Complex Genetic Disease. // Annual Review of Genetics. -2011. -Vol.45(1). -P. 203-226.

43. Glancy M., Barnicoat A., Vijeratnam R., De Souza S., Gilmore J., Huang S., Maloney V.K., Thomas N.S., Bunyan D.J., Jackson A., et al. Transmitted duplication of 8p23.1-8p23.2 associated with speech delay, autism and learning difficulties. // Eur. J. Hum. Genet. -2008. -Vol.17. -P. 37-43.

44. Grayton H.M., Fernandes C., Rujescu D., Collier D.A. Copy number variations in

neurodevelopmental disorders. // Prog Neurobiol. - 2012. - Vol.99(1). - P.81-91.

45. Gu, W., Zhang, F., & Lupski, J. R. Mechanisms for human genomic rearrangements. // PathoGenetics. -2008. -Vol.1(1). -P. 4.

46. Han J.Y., Kim K.H., Jun H.J., Je G.H., Glotzbach C.D., Shaffer L.G. Partial trisomy of chromosome 10(q22-q24) due to maternal insertional translocation (15;10). // Am J Med Genet A. -2004. -Vol.131(2). -P. 190-193.

47. Hastings P.J., Ira G., Lupski J.R. A microhomology-mediated break-induced replication model for the origin of human copy number variation. // PLoS Genet. - 2009. -Vol.5(1). -P.e1000327.

48. Henry I., Hoovers J., Barichard F., Bertheas M.F., Puech A., et al: Pericentric intrachromosomal insertion responsible for recurrence of del(11)(p13p14) in a family. // Genes Chromosomes Cancer. -1993. -Vol.7. -P. 57-62.

49. Hermetz K.E., Newman S., Conneely K.N., et al. Large inverted duplications in the human genome form via a fold-back mechanism. // PLoS Genet. -2014. - Vol.10(1). -P. e1004139.

50. Ho S., Urban A., Mills R. Structural variation in the sequencing era. // Nature Reviews Genetics. -2020. -Vol.21. -P. 171-189.

51. Hollox, E. Copy number variation of beta-defensins and relevance to disease. // Cytogenet. Genome Res. -2008. -Vol.123. -P. 148-155.

52. Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Yurov Y.B. Systems Cytogenomics: Are We Ready Yet? // Curr Genomics. -2021. -Vol.22(2). -P. 75-78.

53. Itsara A., et al. Resolving the breakpoints of the 17q21.31 microdeletion syndrome with next-generation sequencing. // Am. J.Hum. Genet. -2012. -Vol.90. -P. 599-613.

54. Iyer J., Girirajan S. Gene discovery and functional assessment of rare copy-number variants in neurodevelopmental disorders. // Brief Funct Genomics. - 2015. -Vol.14(5). -P. 315-328.

55. Jalbert P., Jalbert H., Sele B., et al. Partial trisomy for the long arms of chromosome no. 5 due to insertion and further 'aneusomie de recombinaison'. // J Med Genet. -1975. -Vol.12(4). -P. 418-423.

56. Jang W., Chae H., Kim J., Son J.O., Kim S.C., Koo B.K., Kim M., Kim Y., Park I.Y., Sung I.K. Identification of small marker chromosomes using microarray comparative

genomic hybridization and multicolor fluorescent in situ hybridization. // Mol Cytogenet. -2016. -Vol. 8. -P. 61.

57. Jang W., Kim Y., Han E., Park J., Chae H., Kwon A., Choi H., Kim J., Son J.O., Lee S.J., Hong B.Y., Jang D.H., Han J.Y., Lee J.H., Kim S.Y., Lee I.G., Sung I.K., Moon Y., Kim M., Park J.H. Chromosomal Microarray Analysis as a First-Tier Clinical Diagnostic Test in Patients With Developmental Delay/Intellectual Disability, Autism Spectrum Disorders, and Multiple Congenital Anomalies: A Prospective Multicenter Study in Korea // Ann Lab Med. -2019. -V. 39. -№3 -P. 299-310.

58. Kaminsky E.B., et al. An evidence-based approach to establish the functional and clinical significance of copy number variants in intellectual and developmental disabilities. // Genet. Med. -2011. -Vol.13. -P. 777-784.

59. Kang S.H., Shaw C., Ou Z., et al. Insertional translocation detected using FISH confirmation of array-comparative genomic hybridization (aCGH) results. // Am J Med Genet A. -2010. -Vol.152A(5). -P. 1111-1126.

60. Kearney H.M., Thorland E.C., Brown K.K., Quintero-Rivera F., South S.T. Working Group of the American College of Medical Genetics Laboratory Quality Assurance Committee. American College of Medical Genetics standards and guidelines for interpretation and reporting of postnatal constitutional copy number variants. // Genet Med. -2011. -Vol.13(7). -P. 680-685.

61. Kidd J.M., et al. A human genome structural variation sequencing resource reveals insights into mutational mechanisms. // Cell. -2010. -Vol.143. -P. 837-847.

62. Knijnenburg, J., Uytdewilligen M., van Hassel D., et al. Postzygotic telomere capture causes segmental UPD, duplication and deletion of chromosome 8p in a patient with intellectual disability and obesity. // Eu J Med Genet. -2017. -Vol.9. -P. 445-450.

63. Koolen D.A., Sistermans E.A., Nilessen W., et al. Identification of non-recurrent submicroscopic genome imbalances: the advantage of genome-wide microarrays over targeted approaches. // Eur J Hum Genet. -2008. -Vol.16(3). -P. 395-400.

64. Kurtas N.E., Xumerle L., Leonardelli L., Delledonne M., Brusco A., Chrzanowska K., Schinzel A., Larizza D., Guerneri S., Natacci F., Bonaglia M.C., Reho P., Manolakos E., Mattina T., Soli F., Provenzano A., Al-Rikabi A.H., Errichiello E., Nazaryan-Petersen L., Giglio S., Tommerup N., Liehr T., Zuffardi O. Small supernumerary marker chromosomes: A legacy of trisomy rescue? // Hum Mutat. -2019. -Vol.40(2). -P. 193-

65. Lee J., Park J.E., Lee C., et al. Genomic Analysis of Korean Patient With Microcephaly. // Front Genet. -2021. -Vol.11. -P. 543528.

66. Lieber M. The mechanism of double strand DNA break repair by the nonhomologous DNA end joining pathway / M. Lieber // Annu. Rev. Biochem. - 2010. -V. 79. -P. 181211.

67. Liehr T. Molecular Cytogenetics in the Era of Chromosomics and Cytogenomic Approaches. // Front. Genet. -2021a. -Vol.12. -P. 720507.

68. Liehr T., Claussen U., Starke H. Small supernumerary marker chromosomes (sSMC) in humans // Cytogenet Genome Res. -2004. -V. 107 -P. 55-67.

69. Liehr T., Weise A. Frequency of small supernumerary marker chromosomes in prenatal, newborn, developmentally retarded and infertility diagnostics // Int J Mol Med. -2007. -V. 19. -P. 719-731.

70. Liehr T. Fluorescence in Situ Hybridization (FISH) - Application Guide. // 2nd ed. Berlin., Germany: Springer. -2017.

71. Liehr T., Mrasek K., Weise A., Dufke A., Rodriguez L., Martinez Guardia N., Sanchis A., Vermeesch J.R., Ramel C., Polityko A, Haas O.A., Anderson J., Claussen U., von Eggeling F., Starke H. Small supernumerary marker chromosomes-progress towards a genotype-phenotype correlation. // Cytogenet Genome Res. -2006. -Vol.112(1-2). -P. 23-34.

72. Liehr T., Karamysheva T., Merkas M., Brecevic L., Hamid A.B., Ewers E., Mrasek K., Kosyakova N., Weise A. Somatic mosaicism in cases with small supernumerary marker chromosomes. // Curr Genomics. -2010. -Vol.11(6). -P. 432-439.

73. Liehr T., Williams H.E., Ziegler M., Kankel S., Padutsch N., Al-Rikabi A. Small supernumerary marker chromosomes derived from chromosome 14 and/or 22. // Mol Cytogenet. - 2021b. -Vol.14(1). -P. 13.

74. Luo Y., et al. Diverse mutational mechanisms cause pathogenic subtelomeric rearrangements. // Hum. Mol. Genet. -2011. -Vol.20. -P. 3769-3778.

75. Liu P., Carvalho C.M., Hastings P.J., Lupski J.R. Mechanisms for recurrent and complex human genomic rearrangements. // Curr Opin Genet Dev. -2012. -Vol.22(3). -P. 211220.

76. Liu P., Lacaria M., Zhang F., Withers M., Hastings P.J., Lupski, J.R. Frequency of

nonallelic homologous recombination is correlated with length of homology: evidence that ectopic synapsis precedes ectopic crossing-over. // Am J Hum Genet. -2011. -Vol.89(4). -P. 580-588.

77. Lupski J.R., Stankiewicz P. Genomic disorders: molecular mechanisms for rearrangements and conveyed phenotypes. // PLoS Genet. -2005. -Vol.1(4). -P. e49.

78. Mace A., Kutalik Z., Valsesia A. Copy Number Variation. // Methods Mol Biol. -2018. -Vol.1793. -P. 231-258.

79. MacKinnon R.N. Analysis of Chromothripsis by Combined FISH and Microarray Analysis // Methods Mol Biol. -2018. -V. 1769. -P. 53-77.

80. Madan K., Menko F.H. Intrachromosomal insertions: a case report and a review. // Hum Genet. -1992. -Vol.89(1). -P. 1-9.

81. Magenis R.E., Sheehy R.R., Brown M.G., McDermid H.E., White B.N., Zonana J., Weleber R. Parental origin of the extra chromosome in the cat eye syndrome: evidence from heteromorphism and in situ hybridization analysis. // Am J Med Genet. -1988. -Vol.29(1). -P. 9-19.

82. Manolakos E., Vetro A., Papadopoulou E., Kefalas K.., Lagou M, Thomaidis L., Peitsidis P., Sifakis S.., Divane A, Ziegler M., Liehr T., Zuffardi O., Papoulidis I. Partial trisomy 2p and partial monosomy 2q arising from a paternal intrachromosomal 2q-into-2p between-arm insertion and paracentric inversion: molecular cytogenetic characterization of a four-break rearrangement. // Cytogenet Genome Res. -2013. -Vol.140(1). -P. 1220.

83. Martin C.L., Warburton D. Detection of Chromosomal Aberrations in Clinical Practice: From Karyotype to Genome Sequence. // Annu Rev Genomics Hum Genet. -2015. -Vol.16. -P.309-326.

84. McGowan-Jordan J., Hastings R. J., Moore S. An International System for Human Cytogenetic Nomenclature (ISCN). // Basel: Hartford: Karger - 2020.

85. Mefford H.C., Yendle S.C., Hsu C., et al. Rare copy number variants are an important cause of epileptic encephalopathies. // Ann Neurol. -2011. -Vol.70(6). -P. 974-985.

86. Melo J.B., Backx L., Vermeesch J.R., Santos H.G., Sousa A.C., Kosyakova N., Weise A., von Eggeling F., Liehr T., Carreira I.M. Chromosome 5 derived small supernumerary marker: towards a genotype/phenotype correlation of proximal chromosome 5 imbalances. // J Appl Genet. -2011. -Vol.52(2). -P. 193-200.

87. Miller D.T., Adam M.P., Aradhya S., Biesecker L.G., Brothman A.R., Carter N.P., Church D.M., Crolla J.A., Eichler E.E., Epstein C.J., Faucett W.A., Feuk L., Friedman J.M., Hamosh A., Jackson L., Kaminsky E.B., Kok K., Krantz I.D., Kuhn R.M., Lee C., Ostell J.M., Rosenberg C., Scherer S.W., Spinner N.B., Stavropoulos D.J., Tepperberg J.H., Thorland E.C., Vermeesch J.R., Waggoner D.J., Watson M.S., Martin C.L., Ledbetter D.H. Consensus statement: chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental disabilities or congenital anomalies // Am J Hum Genet. -2010. - V. 86. -№5. - P. 749-764.

88. Mills R.E., et al. (2011) Mapping copy number variation by populationscale genome sequencing. // Nature. -2011. -Vol. 470(7332). -P. 59-65.

89. Mrasek K., Starke H., Liehr T. Another small supernumerary marker chromosome (sSMC) derived from chromosome 2: towards a genotype/phenotype correlation. // J Histochem Cytochem. -2005. -53(3). -P. 367-370.

90. Nowakowska B.A., de Leeuw N., Ruivenkamp C.A., Sikkema-Raddatz B., Crolla J.A., Thoelen R., Koopmans M., den Hollander N., van Haeringen A., van der Kevie-Kersemaekers A.M., Pfundt R., Mieloo H., van Essen T., de Vries B.B., Green A., Reardon W., Fryns J.P., Vermeesch J.R. Parental insertional balanced translocations are an important cause of apparently de novo CNVs in patients with developmental anomalies. // Eur J Hum Genet. -2012. -Vol.20(2). -P. 166-170.

91. Nucaro A., Pisano T., Chillotti I., Montaldo C., Pruna D. Chromosome 8p23.2-pter: A critical region for mental retardation, autism and epilepsy? // Clin. Genet. - 2011. -Vol.79. -P. 394-395.

92. Okur V., Hamm L., Kavus H., Mebane C., Robinson S., Levy B., Chung W.K. Clinical and genomic characterization of 8p cytogenomic disorders. // Genet. Med. -2021. -Vol.23. -P. 2342-2351.

93. Olson H., Shen Y., Avallone J., et al. Copy number variation plays an important role in clinical epilepsy. // Ann Neurol. -2014. -Vol.75(6). -P. 943-958.

94. Ozgen H.M., Van Daalen E., Bolton P.F., Maloney V.K., Huang S., Cresswell L., Van Den Boogaard M.J., Eleveld M.J., Van't Slot R., Hochstenbach R., et al. Copy number changes of the microcephalin 1 gene (MCPH1) in patients with autism spectrum disorders. // Clin. Genet. -2009. -Vol.76. -P. 348-356.

95. Pagnamenta A.T., Lise S., Harrison V., Stewart H., Jayawant S., Quaghebeur G, et al.

Exome sequencing can detect pathogenic mosaic mutations present at low allele frequencies. // J Hum Genet. -2012. -Vol.57. -P. 70-72.

96. Pai G.S., Rogers J.F., Sommer A. Identical multiple congenital anomalies/mental retardation (MCA/MR) syndrome due to del(2)(q32) in two sisters with intrachromosomal insertional translocation in their father. // Am J Med Genet. -1983. -Vol.14. -P. 189-195.

97. Pfundt R., Del Rosario M., Vissers L.E., Kwint M.P., Janssen I.M., de Leeuw N., et al. Detection of clinically relevant copy-number variants by exome sequencing in a large cohort of genetic disorders. // Genet Med. -2017. -Vol.19(6). -P. 667-675.

98. Pinkel D., Gray J.W.., Trask B, van den Engh G.., Fuscoe J., van Dekken H. Cytogenetic analysis by in situ hybridization with fluorescently labeled nucleic acid probes. // Cold Spring Harb Symp Quant Biol. -1986. -Vol.51 Pt 1. -P. 151-157.

99. Redon R., Ishikawa S., Fitch K.R., et al. Global variation in copy number in the human genome. // Nature. -2006. -Vol.444(7118). -P. 444-454.

100. Reiner J., Karger L., Cohen N., Mehta L., Edelmann L., Scott S.A. Chromosomal Microarray Detection of Constitutional Copy Number Variation Using Saliva DNA. // J Mol Diagn. -2017. -Vol.19(3). -P. 397-403.

101. Riggs E.R., Andersen E.F., Cherry A.M., Kantarci S., Kearney H., Patel A., Raca G., Ritter D.I., South S.T., Thorland E.C., Pineda-Alvarez D., Aradhya S., Martin C.L. Technical standards for the interpretation and reporting of constitutional copy-number variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) and the Clinical Genome Resource (ClinGen). // Genet Med. -2020. -Vol.22(2). -P. 245-257.

102. Rosias P.R., Sijstermans J.M., Theunissen P.M., Pulles-Heintzberger C.F., De Die-Smulders C.E., Engelen J.J., Van Der Meer S.B. Phenotypic variability of the cat eye syndrome. Case report and review of the literature. // Genet Couns. - 2001. -Vol.12(3). -P. 273-282.

103. Rouyer F., Simmler M.C., Page D.C., Weissenbach J. A sex chromosome rearrangement in a human XX male caused by Alu-Alu recombination. // Cell. -1987. -Vol.51(3). -P. 417-425.

104. Rowe L.R., Lee J.-Y., Rector L., et al. U-type exchange is the most frequent mechanism for inverted duplication with terminal deletion rearrangements. // J Med Genet. -2009. -

Vol.46(10). -P. 694-702.

105. Sadedin S.P., Ellis J.A., Masters S.L., Oshlack A. Ximmer: a system for improving accuracy and consistency of CNV calling from exome data. // Gigascience. -2018. -Vol.7(10). -P. giy112.

106. Samarakoon P.S., Sorte H.S., Stray-Pedersen A., R0dningen O.K., Rognes T., Lyle R. cnvScan: a CNV screening and annotation tool to improve the clinical utility of computational CNV prediction from exome sequencing data. // BMC Genomics. -2016. -Vol.17. -P. 51.

107. Sharkey F.H., Maher E., FitzPatrick D.R. Chromosome analysis: what and when to request. // Arch Dis Child. -2005. -Vol.90(12). -P. 1264-1269.

108. Sharp A.J., Hansen S., Selzer R.R., Cheng Z., Regan R., Hurst J.A., et al. Discovery of previously unidentifed genomic disorders from the duplication architecture of the human genome. // Nat Genet. -2006. -Vol.8(9). -P. 1038-1042.

109. Sharp A.J., Locke D.P., McGrath S.D., et al. Segmental duplications and copy-number variation in the human genome. // Am J Hum Genet. -2005. -Vol.77(1). -P. 78-88.

110. Shimokawa O., Kurosawa K., Ida T. et al. Molecular characterization of inv dup del(8p): Analysis of five cases. // Am J Med Genet. -2004. -Vol.128A. -P. 133-137.

111. Silva M., de Leeuw N., Mann K., et al. European guidelines for constitutional cytogenomic analysis. // Eur J Hum Genet. -2019. -Vol.27(1). -P. 1-16.

112. South S.T., Lee C., Lamb A.N., Higgins A.W., Kearney H.M. ACMG Standards and Guidelines for constitutional cytogenomic microarray analysis, including postnatal and prenatal applications: revision 2013. // Genetics in Medicine. -2013. -Vol.15(11). -P. 901-909.

113. Stankiewicz P., Lupski J.R. Genome architecture, rearrangements and genomic disorders. // Trends Genet. -2002. -Vol.18(2). -P. 74-82.

114. Stankiewicz P., Lupski J.R. Structural variation in the human genome and its role in disease // Annu Rev Med. -2010. -Vol.61. -P. 437-455.

115. Stankiewicz P., Inoue K., Bi W., et al. Genomic disorders—genome architecture results in susceptibility to DNA rearrangements causing common human traits. // Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. -2003. -Vol.68. -P. 445-454.

116. Sugawara H., Harada N., Ida T., et al. Complex low-copy repeats associated with a common polymorphic inversion at human chromosome 8p23. // Genomics. -2003. -

Vol.82. -P. 238-244.

117. Tabares-Seisdedos R., Rubenstein J.L. Chromosome 8p as a potential hub for developmental neuropsychiatrie disorders: Implications for schizophrenia, autism and cancer. // Mol. Psychiatry. -2009. -Vol.14(6). -P. 563-589.

118. Kato T., Inagaki H, Miyai S., Suzuki F., Naru Y., Shinkai Y., Kato A., Kanyama K., Mizuno S., Muramatsu Y., Yamamoto T., Shinya M., Tazaki Y., Hiwatashi S., Ikeda T., Ozaki M., Kurahashi H. The involvement of U-type dicentric chromosomes in the formation of terminal deletions with or without adjacent inverted duplications. // Hum Genet. -2020. -Vol.139(11). -P. 1417-1427.

119. Therkelsen A.J., Hultén M., Jonasson J., Lindsten J., Christensen N.C., Iversen T. Presumptive direct insertion within chromosome 2 in man. // Ann Hum Genet. -1973. -Vol.36(4). -P. 367-373.

120. Torres F., Barbosa M., Maciel P. Recurrent copy number variations as risk factors for neurodevelopmental disorders: critical overview and analysis of clinical implications. // J Med Genet. -2016. -Vol.53(2). -P. 73-90.

121. Trost B., Walker S.., Wang Z, et al. A Comprehensive Workflow for Read Depth-Based Identification of Copy-Number Variation from Whole-Genome Sequence Data. // Am J Hum Genet. -2018. -Vol.102(1). -P. 142-155.

122. Van Hemel J.O., Eussen H.J. Interchromosomal insertions. Identification of five cases and a review. // Hum Genet. -2000. -Vol.107(5). -P. 415-432.

123. Verdin H., et al. Microhomology-mediated mechanisms underlie non-recurrent disease-causing microdeletions of the FOXL2 gene or its regulatory domain. // PLoS Genet. -2013. -Vol.9. -P. e1003358.

124. Vialard F., Molina-Gomes D., Quarello E., Leroy B., Ville Y., Selva J. Partial chromosome deletion: a new trisomy rescue mechanism? // Fetal Diagnosis and Therapy. -2009. -Vol.25(1). -P. 111-114.

125. Vibert R., Mignot C., Keren B., Chantot-Bastaraud S., Portnoï M., Nougues M., Moutard M., Faudet A., Whalen S., Haye D., et al. Neurodevelopmental phenotype in 36 new patients with 8p inverted duplication-deletion: Genotype-phenotype correlation for anomalies of the corpus callosum. // Clin. Genet. -2021. -Vol.101. -P. 307-316.

126. Vissers L.E., et al. Rare pathogenic microdeletions and tandem duplications are microhomology-mediated and stimulated by local genomic architecture. // Hum. Mol.

Genet. -2009. -Vol.18. -P. 3579-3593.

127. Wallis M.J., Kelly A.L., Peters G.B., St Heaps L., Nandini A., McGaughran J.M. A balanced paternal interchromosomal reciprocal insertion between 5q12.1q13.2 and 20p12.3p12.1 resulting in separate genetic conditions in two siblings. // Am J Med Genet A. -2016. -Vol.170(7). -P. 1930-1933.

128. Watson C.T., et al. The genetics of microdeletion and microduplication syndromes: an update. // Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. -2014. -Vol.15. -P. 215-244.

129. Weckselblatt B., Rudd M. K. Human Structural Variation: Mechanisms of Chromosome Rearrangements. // Trends in Genetics. -2015. -Vol.31(10). -P. 587-599.

130. Wei Y., Xu F., Li P. Technology-driven and evidence-based genomic analysis for integrated pediatric and prenatal genetic evaluation. // J. Genet. Genomics. -2013. -Vol.40. -P. 1-14.

131. Weleber R.G., Verma R.S., Kimberling W.J. et al. Duplication-deficiency of the short arm of chromosome 8 following artificial insemination. // Ann Genet. -1976. -Vol.19. -P. 241-247.

132. Wilch E.S., Morton C.C. Historical and Clinical Perspectives on Chromosomal Translocations // Adv Exp Med Biol. -2018. -Vol. 1044 -P. 1-14.

133. Ye J., Coulouris G., Zaretskaya I., et al. Primer-BLAST: A tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction. // BMC Bioinformatics. -2012. -Vol. 13. -P. 134.

134. Yu S., Graf W.D. Telomere capture as a frequent mechanism for stabilization of the terminal chromosomal deletion associated with inverted duplication. // Cytogenet Genome Res. -2010. -Vol.129. -P. 265-274.

135. Zhang F., Khajavi M., Connolly A.M., Towne C.F., Batish S.D., Lupski J.R. The DNA replication FoSTeS/MMBIR mechanism can generate genomic, genic and exonic complex rearrangements in humans. // Nat Genet. -2009. -Vol.41(7). -P. 849-53.

136. Zuffardi O., Bonaglia M., Ciccone R., Giorda R. Inverted duplications deletions: underdiagnosed rearrangements? // ClinGenet. -2009. -Vol.75. -P. 505-513.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1 - Нуклеотидные последовательности, использованных в работе праймеров

Название/ Хромосомный локус Последовательность праймеров, 5'-3' Длина ПЦР продукта п.н. Геномные координаты Ген

7д33_1 Б: лсоалаатоотллтатттссалслсалл 9001 еЬг7:138,411,424-138,439,955 ATP6V0A4

я: лалтасслллоссслтаталааатлала

7д33_2 Б: стстлссстслслтааастттааслтст 9706

я: тлтсстатлаллсасттссстстаааат

7д33_3 Б: лсссслалааалласаттстлслаалтл 9881

я: атслсслтсслааатслстсллслслст

7Ч35_1 Б: аталлсталттстлслссаалслаассл 9732 еЬг7:147,112,926-147,141,849 CNTNAP2 MIR548I4

я: лалталттаталааттааастаалтаст

7д35_2 Б: ласлтссласссллсстслсллтслтст 9778

я: лтссттлсстствстастаталтоастс

7д35_3 Б: асслтслсласласлалаатллаалтст 9468

я: астттсстсстаслсттастлтстссст

123_1 Б: лттласлтттсстлсслааасслалаас 9684 еЬг8:8,146,286-8,174,994 -

я: лслоаатааслтаталаттаастттттс

123_2 Б: лслалллллассллстслслтасслссс 9347

я: тастсслттсллссстаалстлтасслл

123_3 Б: ааслтлатсслоаатталлтааласлал 9735

я: лалалсатассталлллслалатсслсс

Ш5_1 Б: ттссстлстасталсалатсссстлтат 9835 еЬг8:11,613,862-11,640,723 GATA4

я: саслаастсттсслаттатсссттттта

Ш5_2 Б: сстатлтсслтлалсссстасасттста 9069

я: сллавсссллстсллатсстлсстсста

Ш5_3 Б: стлтастлллтаааалаааслаласлсл 9734

я: таслаалссллсстаааллалллаллсл

туёир8ря_1 Б: слтассстатлсттсссталтстстсаа 9326 еЬг8:14,115,865—14,143,355 SGCZ

я: тслсллтссслстастастслтсллтсл

туёир8ря_2 Б: талтталталасласлатоаалттатал 9103

R: AAACAGAAGGCAGAGTGGTGGCGTAGAA

invdup8pR_3 F: ACTGGACTCTGCTCTCTCCATGTTTCCT 9299

R: ACCCCTGAAGGTTGCAGTATAAGCCTCT

invdup8pG_1 F: ATATACTGCTGCTTGGAGGGGGATGTGG 9351 chr8:17,798,997-17,827,171 PCM1

R: CCTACACTGCTCAACAATCATGCCAGGT

invdup8pG_2 F: CTTCTCCACGTCTCAGTCCAATGCTGGT 9202

R: TTTTGCTTGGTGTCTTCTTCTGCTGGGT

invdup8pG_3 F: TAGTGCCTGTTTTGGAGAAGGTGCTCAG 9456

R: TAAGGGTTGCTGCTGTTCACTGGGTGTA

13q-ins-1 F: GGAGAGGAGCGGGAGTGTAGAGTGAGTA 9397 chr13:50,900,795-50,944,922 DLEU1

R: CAAAGGTGGGCTAAATGGCGACAGTGAC

13q-ins-2 F: GTCACTGTCGCCATTTAGCCCACCTTTG 9325

R: ATGACTGGAACCCAAGCCTGTTGACCAT

13q-ins-3 F: CATGGTGAGTGAGAGAGTGGTCCGTGTT 9230

R: ACCTTCCTCCTGATGCCTGTTGTGTACC

15q11.2_prox F: TACATCTTACACCCCACCCACCCAAACC 9882 chr15:21,901,000-21,910,881 -

R: TTTGCGGAAGGCATTAGTCCCCTTTGTT

15q11.2_dist_1 F: TTAAAACGTGGGCTCTTCATTATCGCCT 9323 chr15:22,907,175-22,935,737 CYFIP1

R: TGGACACCAGACAAAACAAAGGAGTCAA

15q11.2_dist_2 F: TGACTCCTTTGTTTTGTCTGGTGTCCAA 9104

R: CTTATCCTTCCACACTCGCTGAGAACAG

15q11.2_dist_3 F: CATGGTAATGTTGCGGTGTGTCTTTGTT 9676

R: CTATCTTTAGGCTGCTTGTCTGGTGCTT

22q11.21_ prox_1 F: CCCATATCCTTTCCCAAACTCAACACGA 9441 chr22:18,351,035-18,378,305 MICAL3

R: TTTTTCCCTCTGAACTGGTTTCTGCACT

22q11.21_ prox _2 F: AGTGCAGAAACCAGTTCAGAGGGAAAAA 9842

R: GAACCATCCACGAGGGAGAGTAGTTTTG

22q11.21_ prox _3 F: TCGCCATGTACTTCACTTTGTTCTGGTT 9600

R: GACTGGTCAAGGATGAGGATTTGTCAGG

22q11.21_ med_1 F: TCTTCCTTGCCTGGAGGTGGGATCTAGT 9531 chr22:18,585,200-18,614,436 TUBA8

R: GAGGAGGGAGGGTGCTGACAAAACTGAA

22q11.21_ med_2 F: CAATGTCTAGGGGCAACAGAGGGCAGAT 9316

R: AGGGCAGGAAATGTGTTCGTCTCGCTTA

22q11.21_ dlst_1 F: AGAGAGAGGAAGGGGTCGGCTCAAACTA 9718 chr22:19,076,741-19,107,524 DGCR2

R: TGTGGGGTGTTGGTGACATGGAGTATGG

22q11.21_ dlst_2 F: CAATCCATGCCCACAACATACCAGCCAC 9862

R: TATCACTGCCACCCCATCCCCATTTCTG

22q11.21_ dlst_3 F: CAGAAATGGGGATGGGGTGGCAGTGATA 9761

R: CAAGAGGCTGGGGCTTCTCTGGTCTTAG

dup22q12.3_1 F: GTGGGGTGGAAATAGAGGAGGAAAAGTG 9118 chr22:36,911,962-36,938,387 EIF3D

R: ACACAATAACGCAGAGAGTGAAATGGGT

dup22q12.3_2 F: ACCCATTTCACTCTCTGCGTTATTGTGT 9818

R: CCAGCTTCATCTCATTCCTCTCTTGTCC

dup22q12.3_3 F: CACTCTTGCTGCTCTAGGGTTTCTTCTC 9964

R: ATGGGAATCTATTTTGTCTCCTGTCGCC

22q13_1 F: GTCTCCCCCTCAAAAATGCTGGTGATAA 9874 chr22:41,525,966-41,555,314 EP300

R: CAAGTAGCCTTCAGAGTTCCATCTGCTC

22q13_2 F: AAGACAGACGGATGGAAAACCTAGTTGC 9002

R: GACATACTTGAGACACTGGAGCTTGACC

22q13_3 F: AACTCTCCTATAATGCCTCCAGGGTCTC 9520

R: GCAACACACAAGTTCAGCAAAAACCAAC

22q-invG-1 F: GTTCAAAGCCCCCACAGTCTTCCCAATG 9890 chr22: 24,426,053-24,452,928 CABIN1

R: AGGAGGAGGTCACAAGTCCCATACCACT

22q-lnvG-2 F: AGTGGTATGGGACTTGTGACCTCCTCCT 9643

R: ACATGCTGGCGGGGAAAGAGACAGTTTA

22q-lnvG-3 F: GAGTAGGGAGGGATGCTGCTGGGTTAAG 9182

R: GAGGAGACCAGAGAAGAGGGTGGCAATG

22q-lnvR-1 F: GTGGAGAGGAGAGTGTGAATAGGGAAGT 9068 chr22: 34,120,020-34,162,291 LARGE1

R: GGTTGTTGCGAGATGAATGAAGCCAAAT

22q-lnvR-2 F: CACCCCACATTCCTGAAGATGACACTAC 9095

R: TGAGTGAGTGATCGCCTCCTTTATGAGA

22q-lnvR-3 F: AAACCTCTACCTCCAAAACCTATCCCCA 9259

R: TCCCACATTCTCTCCATCCTCTTCTTGT

Приложение 2 -Схемы геномной локализации разработанных несерийных ДНК-зондов

Продолжение приложения 2