利用基因组测序诊断胎儿染色体非整倍性制造技术

本发明专利技术的实施方案提供了确定从孕妇获得的生物样品中是否存在胎儿染色体非整倍性的方法、系统和装置。对生物样品的核酸分子进行测序，以便对基因组部分进行测序。临床相关染色体和背景染色体的各自量根据测序结果来确定。将由这些量获得的参数(如比值)，与一个或多个截止值进行比较，据此确定胎儿染色体非整倍性分类是否存在。

Diagnosis of fetal chromosomal aneuploidy by genome sequencing

Embodiments of the present invention provide methods, systems, and apparatus for determining whether a fetal chromosome aneuploidy exists in a biological sample obtained from a pregnant woman. The nucleic acid molecules of biological samples are sequenced to sequence the genome. The number of clinically relevant chromosomes and background chromosomes was determined by sequencing. The parameters (such as ratios) obtained by these quantities are compared with one or more cut-off values to determine whether a classification of chromosomal aneuploidy exists in the fetus.

【技术实现步骤摘要】
利用基因组测序诊断胎儿染色体非整倍性优先权声明本申请要求2007年7月23日提交的题目为“DETERMININGANUCLEICACIDSEQUENCEIMBALANCE(确定核酸序列失衡)”的美国临时申请第60/951438号(AttorneyDocketNo.016285-005200US)的优先权，并且是其正式申请，在此将该临时申请的全部内容通过引用并入并用于各种目的。相关申请的交叉引用本申请还涉及同时提交的题目为“DETERMININGANUCLEICACIDSEQUENCEIMBALANCE(确定核酸序列失衡)”的正式申请(AttorneyDocketNo.016285-005210US)，在此将该申请内的全部内容通过引用并入并用于各种目的。专利
本专利技术一般涉及通过确定不同核酸序列间的失衡来诊断检测胎儿染色体非整倍性，更具体而言，涉及经由检测母体样品(如血液)来确定21三体性(trisomy21)(唐氏综合征)和其他染色体非整倍性。专利技术背景胎儿染色体非整倍性是由异常剂量的染色体或染色体区的存在导致的。异常剂量可以是异常地高，如在21三体性中存在额外的21号染色体或染色体区；或异常地低，如在特纳综合征中缺乏X染色体的拷贝。胎儿染色体非整倍性如21三体性的常规产前诊断方法涉及，通过侵入性方法如羊膜穿刺或绒毛膜绒毛取样对胎儿的材料进行取样，但这造成胎儿流失(fetalloss)的有限风险。无创方法，如通过超声波扫描术或生物化学标记物的筛查，已用于在确定的侵入性诊断方法前，将孕妇进行风险分级。然而，这些筛查方法通常测量与染色体非整倍性如21三体性有关的副现象，而不是核心染色体异常，因此诊断的准确性未达最佳标准，且具有诸如受孕龄(gestationalage)过度影响等的其他缺点。1997年，在母体血浆中发现了循环的无细胞胎儿DNA，这为无创产前诊断提供了新的可能性(Lo,YMDandChiu,RWK2007NatRevGenet8,71-77)。尽管这种方法易于应用于伴性病症(Costa,JMetal.2002NEnglJMed346,1502)和某些单基因病症(Lo,YMDetal.1998NEnglJMed339,1734-1738)的产前诊断，但是，该方法的产前检测胎儿染色体非整倍性的应用依然代表相当大的挑战(Lo,YMDandChiu,RWK2007,同上)。首先，胎儿核酸和母体来源的高背景核酸共存于母体血浆中，而母体来源的高背景核酸经常干扰胎儿核酸的分析(Lo,YMDetal.1998AmJHumGenet62,768-775)。其次，胎儿核酸主要以无细胞的形式在母体血浆中循环，这使得难以获得胎儿基因组的基因或染色体的剂量信息。近年来，已取得了克服这些挑战的显著发展(Benachi,A&Costa,JM2007Lancet369,440-442)。一种方法是，检测母体血浆中的胎儿特异性核酸，因而克服了母体背景干扰的问题(Lo,YMDandChiu,RWK2007,同上)。21号染色体的剂量由胎盘来源的DNA/RNA分子中多态性等位基因的比值来推断。然而，当样品中含有较低量的靶核酸时，这种方法的准确性较低，并且仅可适用于对靶多态性是杂合的胎儿，如果使用一种多态性，则该靶核酸仅是群体的一个亚群。Dhallan等(Dhallan,R,etal.2007,同上，Dhallan,R,etal.2007Lancet369,474-481)描述了通过向母体血浆中添加甲醛富集循环的胎儿DNA比例的替代策略。母体血浆中胎儿所提供的21号染色体序列的比例，通过评估21号染色体上单核苷酸多态性(SNP)的父本遗传的胎儿特异性等位基因与非胎儿特异性等位基因的比值来确定。同样，计算参照染色体的SNP比值。随后，通过检测21号染色体的SNP比值和参照染色体的SNP比值间的统计学显著差异来推断胎儿21号染色体的失衡，其中利用小于等于0.05的固定p值来定义显著。为了确保高度的群体覆盖度，每条染色体靶向多于500的SNP。然而，存在有关甲醛将胎儿DNA富集至高比例的效率的争论(Chung,GTY,etal.2005ClinChem51,655-658)，因此，该方法的再现性需要进一步评估。另外，由于每个胎儿和母亲会提供每条染色体的许多不同的SNP，所以SNP比值比较的统计学检验的效力会因情况不同而不同(LoYMD&Chiu,RWK.2007Lancet369,1997)。此外，由于这些方法依赖于遗传多态性的检测，因此它们限于对这些多态性是杂合的胎儿。利用由21三体性和整倍体胎儿获得的羊水细胞培养物中21号染色体基因座和参照基因座的聚合酶链式反应(PCR)和DNA定量，Zimmermann等(2002ClinChem48,362-363)基于21三体性胎儿的羊水细胞培养物的21号染色体DNA序列增加1.5倍，能区分这两组胎儿。因为DNA模板浓度中的2倍差异仅构成了一个阈值循环(Ct)的差异，所以1.5倍的差异的区分是常规实时PCR的极限。为了实现较好程度的定量区分，需要替代策略。已经研发了检测核酸样品中等位基因比值偏移(allelicratioskewing)的数字PCR(Chang,HWetal.2002JNatlCancerInst94,1697-1703)。数字PCR是基于扩增的核酸分析技术，其要求将含有核酸的样品分布于大量离散的样品中，在所述离散样品中，每个样品平均含有不多于约1个靶序列。通过数字PCR，用序列特异性引物扩增特异性核酸靶标来产生特异性扩增子。在核酸分析前，确定或选择待靶向的核酸基因座和待包括于反应中的序列特异性引物的种类或组。临床上，已经证明，数字PCR可以用于检测肿瘤DNA样品中的杂合性丢失(LOH)(Zhou,W.etal.2002Lancet359,219-225)。为了分析数字PCR的结果，以前的研究采用序贯概率比检验(sequentialprobabilityratiotesting,SPRT)来将实验结果分类为表示样品中存在或不存在LOH(ElKarouietal.2006StatMed25,3124-3133)。在以前的研究所用的方法中，由数字PCR所收集的数据的量相当低。因此，少量的数据点和典型的统计性涨落使得准确性受到损害。因此期望具有高度敏感性和特异性的无创检测，以便分别将假阴性和假阳性减少到最低限度。然而，胎儿DNA以低的绝对浓度存在，并代表母体血浆和血清中全部DNA序列的较少部分。因此，也期望具有通过使遗传信息的量最大化以允许胎儿染色体非整倍性的无创检测的方法，所述遗传信息的量可由含有母体背景核酸的生物样品中作为较少部分存在的数量有限的胎儿核酸推断。专利技术概述本专利技术的实施方案提供了确定从孕妇获得的生物样品中是否存在核酸序列失衡(如染色体失衡)的方法、系统和装置。利用与生物样品中其他非临床相关染色体区(背景区)有关的临床相关染色体区的量的参数，可以进行这种确定。一方面，通过对母体样品，如尿、血浆、血清和其他合适的生物样品中的核酸分子进行测序来确定染色体的量。对生物样品中的核酸分子进行测序，以便对基因组部分进行测序。为了确定与参照数量相比的变化(即本文档来自技高网...

【技术保护点】
在从怀有胎儿的女性个体获得的生物样品中进行胎儿染色体非整倍性产前诊断的方法，其中所述生物样品为母体血浆或血清，以及其中所述样品包括来自所述女性个体和所述胎儿的无细胞的核酸分子，所述方法包括：对含于所述生物样品中的多个核酸分子的至少一部分进行随机测序以获得预定数目的序列，其中所述序列代表人类基因组的部分；利用计算机系统将每一序列与人类基因组进行比对；确定鉴定为与第一染色体比对的序列的第一量；确定鉴定为与一条或多条第二染色体比对的序列的第二量；由所述第一量和所述第二量确定参数，其中所述参数代表所述第一量和第二量之间的相对量；以及将所述参数与一个或多个截止值进行比较，以确定对于所述第一染色体，是否存在胎儿染色体非整倍性的分类。

【技术特征摘要】
2007.07.23 US 60/951,4381.在从怀有胎儿的女性个体获得的生物样品中进行胎儿染色体非整倍性产前诊断的方法，其中所述生物样品为母体血浆或血清，以及其中所述样品包括来自所述女性个体和所述胎儿的无细胞的核酸分子，所述方法包括：对含于所述生物样品中的多个核酸分子的至少一部分进行随机测序以获得预定数目的序列，其中所述序列代表人类基因组的部分；利用计算机系统将每一序列与人类基因组进行比对；确定鉴定为与第一染色体比对的序列的第一量；确定鉴定为与一条或多条第二染色体比对的序列的第二量；由所述第一量和所述第二量确定参数，其中所述参数代表所述第一量和第二量之间的相对量；以及将所述参数与一个或多个截止值进行比较，以确定对于所述第一染色体，是否存在胎儿染色体非整倍性的分类。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一染色体是21号染色体、18号染色体、13号染色体、X染色体或Y染色体。3.如权利要求1所述的方法，其中所述参数由所述第一量和所述第二量的比值来确定。4.如权利要求3所述的方法，其中所述比值是序列数目的分数计数、被测序的核苷酸的分数数量或者累积的序列的分数长度。5.如权利要求3所述的方法，其中与所述第一染色体比对的序列经选择小于指定数量的碱基对。6.如权利要求5所述的方法，其中所述指定数量的碱基对是300bp、200bp或100bp。7.如权利要求1所述的方法，其中对于来自至少一条特定染色体的序列，已经富集所述生物样品的所述核酸分子。8.如权利要求1所述的方法，其中对于小于300bp的序列，已经富集所述生物样品的所述核酸分子。9.如权利要求1所述的方法，其中对于小于200bp的序列，已经富集所述生物样品的所述核酸分子。10.如权利要求1所述的方法，其中已经利用聚合酶链式反应扩增所述生物样品的所述核酸分子。11.如权利要求1所述的方法，其中所述获得的序列代表人类基因组的至少预定的部分。12.如权利要求11所述的方法，其中所述部分代表至少0.1％的人类基因组。...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢煜明，赵慧君，陈君赐，
申请(专利权)人：香港中文大学，
类型：发明
国别省市：中国香港,81