作者:黃勤方/ 有勁生物科技

 

目前產檢NIPT的篩檢,主要是採孕婦周邊血液,萃取並篩檢其中胎兒的游離DNA。胎兒的游離DNA (cffDNAcell-free fetal DNA),片段長度主要為~160bp,源自於胎盤的滋養層細胞,其濃度和孕周密切相關並以一定比例穩定存在於孕婦周邊血漿中。而這些游離DNA大都為片段化DNA,而DNA片段化究竟是一個隨機的過程,還是其中有甚麼規則呢? 從孕婦周邊血液當中,要如何分辨母親與胎兒的游離DNA? 香港科學家盧煜明教授等人,於2016年發表了相關的研究,此篇文獻的研究主要是探討如何利用第二代NIPT分析方式準確偵測到胎兒新生突變 (de novo mutation),在此針對游離DNA研究的部分做簡單的分享。

 

利用非PCR的方式去擴建血漿DNA文庫 (library)並加深定序的深度去探討在基因體中是否會有特定的鹼基存在於血漿DNA片段的末段,結果顯示最常出現的0.5%血漿 DNA片段末端占全部片段化DNA3.5%。而縱貫整個基因體中,約25%的片段DNA在末端位置可鑑定出一些相同片段,針對這些片段做更深入的分析。(Note:利用非PCR的方式去建構定序所需的文庫,可以避免PCR放大過程產生的人為誤差,例如:PCR duplicates)

 

更進一步地,盧教授的團隊利用informative SNP的方法,區分孕婦周邊血漿中的游離DNA,哪些是屬於媽媽本身的DNA,哪些又屬於寶寶的DNA。假設基因體上某一個位置,媽媽的基因型為AA (Homozygous),而寶寶為基因型為AB (Heterozygous),則B等位基因是寶寶特有的,而A等位基因就屬於媽媽與寶寶共同都有的。利用informative SNP方式進行比較,下圖中,左邊是母血中游離片段DNA定序的結果,大致上可分為兩組 (共享等位基因與胎兒特異性等位基因)並可在細分出三群,這些peak可能為末端位點的部分,相較於右邊為母親血球DNA並利用超音波震盪方式片段化DNA,定序結果型態為較為隨機,而片段DNA末端分佈於各個區域。

 

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利用波以松概率函數 (Poisson probability function)確認人體中片段DNA末端組成的特定位點達統計上顯著增加,這些片段DNA中帶有共享等位基因及胎兒特異性等位基因。分析的結果如下圖顯示,以A圖來說,媽媽為同型合子 (表型為AA),胎兒為異同合子 (表型為AB),鑑定出一共8,242個 (Set A)和23,857個 (Set B)的核苷酸位點,分別為胎兒特異性等位基因和共享等位基因,涵蓋10,233個SNP,在Set A與Set B中觀察發現有8,909個核苷酸位點過度表現,這些交集的位點分類為 Set C。胎兒特異性等位基因末端位在48,707、53,901和65,205,分別就分佈在Set A、Set B和Set C中。同樣的方式,也可以區分出媽媽特異性等位基因,如圖B。所以,透過這樣的方法,可能能更準確的去區分媽媽或胎兒特異性的DNA,並在NIPT篩檢中能有更多應用。

 

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參考資料:  Chan, K. C. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 113, E8159E8168 (2016).

 

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