Chromosomal microarray analysis as diagnostic tool: Estonian experience

Abstract

Inimese genoomi keerulise struktuuri tõttu on see vastuvõtlik genoomsete ümberkorralduste tekkele, millest kõige sagedasemad on DNA lõikude kordistumised ja kadumised. Enamik ümberkorraldusi ei põhjusta muutust fenotüübis. Samas võivad muutused teatud genoomi piirkondades omada olulist rolli mitmete haiguste ja häirete korral (nt. füüsilise ja vaimse arenguhäired, epilepsia, kasvajad jm). Kromosomaalne mikrokiibianalüüs (KMA; tuntud ka „submikroskoopilise kromosoomianalüüsi“ nime all) on uus molekulaarne kromosoomide uurimismeetod, mis võimaldab analüüsida tervet genoomi ühe eksperimendi käigus tuvastades nii muutusi kromosoomide arvus kui ka struktuuris. Võrreldes klassikalise kromosoomianalüüsiga ehk kromosoomide vöödistusega on KMA lahutusvõime vähemalt 10-20 korda suurem, mis tõstab oluliselt diagnostilist efektiivsust. Üldiselt tuvastatakse KMA abil kromosoomide muutusi umbes 15-20% arenguprobleemide ja/või intellektipuudega patsientidest. KMA on alates 2011. aastast Eesti Haigekassa hinnakirjas ning on näidustatud järgmistel juhtudel: 1) ebaselge etioloogiaga vaimse arengu mahajäämus; 2) autism või autismilaadsed käitumishäired; 3) kaasasündinud hulgiväärarengud. Mõnel juhul teostatakse ka sünnieelseid analüüse, kuigi praegusel ajal jääb Eestis esmaseks tsütogeneetiliseks testiks sünnieelse diagnostika puhul siiski kromosoomide vöödistus. Haiguspõhjuslik KMA tulemus välistab edasiste kulukate uuringute tegemise. Samas võimaldab KMA haigusliku leiuta vastus edaspidises diagnostikas keskenduda harva esinevatele monogeensetele haigustele ja ainevahetushäiretele. Käesolevas töös esitatakse Eesti kogemus KMA rakendamise kohta kliinilises praktikas. Kriitiliseks analüüsi etapiks, eriti sünnieelse diagnostika puhul, jääb tulemuste interpretatsioon, mis mõnel juhul võib osutuda suhteliselt keeruliseks. Selleks et tõlgendada maksimaalset arvu KMA leidudest ning tagada patsientidele korralikku geneetilist nõustamist, on vajalik tihe koostöö tsütogeneetikute ja kliiniliste geneetikute vahel. Lisaks on vaja meeles pidada, et KMA tulemuste interpretatsioon põhineb meie praegustel teadmistel, mis võivad aja jooksul muutuda, mistõttu on tulevikus tulemuste korduv ülevaatamine väga oluline. The higher-order architecture of the human genome has been shown to predispose to structural rearrangements, including losses and gains of DNA segments. Most rearrangements have no effect on human phenotype. However, changes in specific genomic regions can cause various pathological conditions, such as abnormal mental and physical development, neurological disorders, cancer etc. Chromosomal microarray analysis (CMA) is a novel chromosome analysis method that offers the capacity to examine the entire human genome in a single experiment to detect changes in chromosome number and structure. Compared to conventional chromosomal analysis – G-banding – the resolution of CMA is at least 10-20-fold higher, which provides a higher diagnostic yield. In general, CMA is able to detect chromosomal abnormalities in 15-20% of patients with developmental problems and/or intellectual disability. Since 2011, CMA is on the official service list of the Estonian Health Insurance Fund and is performed as the first-tier cytogenetic diagnostic test for patients with 1) developmental delay/intellectual disability, 2) autism spectrum disorders, and/or 3) multiple congenital anomalies. CMA can also be performed in some prenatal cases. However, in Estonia, G-banding remains the primary cytogenetic test in prenatal diagnostics. Detection of pathogenic aberration by CMA excludes further expensive analyses. In case of a normal result, in further diagnostic procedures it is reasonable to concentrate on rare monogenic disorders and metabolic diseases. This study summarizes the Estonian experience of using CMA in routine clinical practice. The critical step, especially in prenatal diagnostics, is interpretation of CMA findings, which can be quite difficult in some cases. Close collaboration between cytogeneticists and clinical geneticists is important in terms of interpretation and providing proper genetic counseling. In addition, it should be kept in mind that the interpretation of CMA findings is based on current knowledge and may evolve over time. Therefore, it is important to re-evaluate CMA results over the time