Фетоплацентарная ДНК — новый пазл в пренатальной диагностике

При каждой беременности существует риск хромосомных нарушений. Наиболее диагностически значимым является выявление анеуплоидий, то есть наличия аномального числа хромосом в клетке (в отличие от эуплоидной клетки с 46 хромосомами).

Установленные программы скрининга определяют риск возникновения синдрома Дауна (относительно высокая частота — 1/800 живорождений), также рассматривают синдром Эдвардса (трисомия 18), синдром Патау (трисомия 13) и синдром Шерешевского-Тернера (чаще полное отсутствие одной из Х хромосом — моносомия 45, X0, либо аномалии второй Х-хромосомы) [1].

Пренатальная диагностика и скрининг проводятся как инвазивными, так и неинвазивными методами. Инвазивные подходы, такие как взятие проб ворсин хориона (CVS) и амниоцентез, включают хирургическое введение зондов в матку и являются высокоточными. Хромосомный анализ культивируемых ворсин хориона и клеток амниотической жидкости может выявить не только анеуплоидию плода (рис. 1), но и структурные перестройки, такие как транслокации и инверсии, а также относительно большие дупликации и делеции, обычно размером более 5 мБ (мБ — мегабаза, единица длины фрагмента ДНК, равная 1 млн нуклеотидов) [2]. Хромосомный анализ клеток околоплодных вод считается «золотым стандартом» в пренатальном скрининге ввиду крайне низкого процента ошибок (менее 0,01–0,02 %). Кроме методов обычной цитогенетики, используются молекулярно-генетические исследования: флуоресцентная гибридизация in situ (FISH), количественная флуоресцентная полимеразная цепная реакция в реальном времени (QF-ПЦР) и мультиплексная, зависимая от лигирования амплификация зонда (MLPA). Данные методы позволяют получить более быстрый результат, но имеют ограничения по спектру выявляемой патологии, для них рекомендовано дальнейшее подтверждение кариотипированием. Однако все инвазивные методы вызывают физический дискомфорт и потенциально вредны для плода, а также ассоциируются с 1–2 % риском потери беременности [1].

Рисунок 1 | Кариотипирование — синдром Дауна: 47, XY, + 21, трисомия 21 [2].

Напротив, неинвазивные тесты на основе изменения уровня внеклеточной эмбриональной ДНК (cell-free DNA, cfDNA) являются безопасными и обеспечивают раннее обнаружение распространенных анеуплоидий со значительно более высокой чувствительностью и специфичностью, по сравнению с ультразвуковым исследованием. В 1997 году Lo с коллегами обнаружили ДНК фетальных трофобластов в крови матери. Часто используется термин «эмбриональная ДНК», хотя происходит она из структур плаценты, поэтому более точным является понятие фетоплацентарной ДНК (рис. 2) [3]. Постоянное обновление ворсинчатого трофобласта приводит к вытеснению апоптотического материала в материнскую циркуляцию. При этом бесклеточная фетоплацентарная ДНК составляет всего 3 % от общей бесклеточной циркулирующей ДНК на ранних сроках беременности, увеличиваясь до 6 % на поздних сроках беременности. Отличить собственно материнскую и фетоплацентарную внеклеточную ДНК позволяет значительно меньшие размеры последней — около 200 пар нуклеотидов [4].

Рисунок 2 | Неинвазивная пренатальная диагностика с использованием анализа внеклеточной фетоплацентарной ДНК.
Real-time ПЦР — количественная полимеразная цепная реакция (ПЦР) в режиме реального времени — используется для одновременной амплификации (увеличения числа копий) и измерения количества данной молекулы ДНК. Измеряется количество амплифицированной ДНК в реальном времени после каждого цикла амплификации. MPS — массивное параллельное секвенирование или секвенирование следующего поколения (next-generation sequencing, NGS). Секвенирование — анализ последовательности нуклеотидов в составе макромолекул, являющихся единицами наследственной информации.

Соответственно, неинвазивный пренатальный скрининг (NIPS) становится все более распространенным в качестве надежной процедуры выявления анеуплоидий. Американский колледж медицинской генетики и геномики (ACMG) предложил NIPS всем беременным женщинам, независимо от их статуса риска для скрининга анеуплоидий с участием хромосом 21, 18 и 13 [5].

На сегодняшний день подавляющее большинство методов NIPS используют массивное параллельное секвенирование (MPS) или секвенирование нового поколения (next-generation sequencing, NGS), позволяющее одновременно определять нуклеотидные последовательности множества различных нитей ДНК, для измерения количества хромосомных копий с использованием cfDNA, полученной из материнской плазмы, в которой ДНК фетоплацентарного происхождения составляет от 2 % до 40 % от общей свободной ДНК. Фактическая фракция ДНК плода зависит от таких факторов, как гестационный возраст (концентрация возрастает с увеличением срока гестации, раннее обнаружение возможно уже с 5 недели и практически всегда — с 7 недели), вес матери (обратная зависимость: чем выше вес, тем меньше концентрация) и метод экстракции. Для анализа секвенирования используется такой показатель как фракция плода (ff). Ff — это количество внеклеточной эмбриональной ДНК в данном образце по отношению к общему количеству внеклеточной ДНК. В любом гестационном возрасте ff имеет нормальное (Гауссово, симметричное, колоколообразное) распределение, которое достигает максимума между 10 и 20 % на 10–21 неделе [6].

Повышение уровня фетальной внеклеточной ДНК в материнской крови отражает активацию апоптотических, некротических и воспалительных процессов в плаценте, что делает этот маркер перспективным для оценки риска развития таких осложнений беременности, как преэклампсия, преждевременные роды, задержка роста плода [7].

Внеклеточная фетоплацентарная ДНК является новым биомаркером, который может стать важным фрагментом в воспроизведении полной картины плоидности эмбриона, состояния плаценты, прогнозирования различных клинических проблем. Трудности в интерпретации все еще сохраняются, требуется более полное изучение факторов, влияющих на выработку, метаболизм и клиренс фетоплацентарной ДНК. Важным ограничением использования cfDNA является то, что пациентки с низкой фракцией плода для своего срока гестации, приводящей к «нерегистрируемому результату», зачастую имеют повышенный риск анеуплоидии плода. В этом случае требуется применение инвазивных методов цитогенетики.

Источники:

1. Rink B. D., Norton M.Е. Screening for fetal aneuploidy. Seminars in Perinatology.2016; 40(1):35-43.
2. http://worms.zoology.wisc.edu/...
3. Cunningham F.G., Leveno K.J., Bloom S.L. et al. Williams’ 25 edition of Obstetric. CHAPTER 13: Genetics.2018.
4. Vossaert L., Wang Q., Salman R., et al. Reliable detection of subchromosomal deletions and duplications using cell-based noninvasive prenatal testing. Prenat Diagn. 2018;38(13):1069–1078.
5. Yu D., Zhang K., Han M., Pan W.et al. Noninvasive prenatal testing for fetal subchromosomal copy number variations and chromosomal aneuploidy by low-pass whole-genome sequencing. Mol Genet Genomic Med. 2019; 7(6):e674.
6. Hu H., Wang L., Wu J. et al. Noninvasive prenatal testing for chromosome aneuploidies and subchromosomal microdeletions/microduplications in a cohort of 8141 single pregnancies. HumGenomics. 2019; 13(1):14.
7. Вadeau M., Lindsay C., Blais J. et al. Genomics-based non-invasive prenatal testing for detection of fetal chromosomal aneuploidy in pregnant women. Cochrane Database Syst Rev. 2017; 11:CD011767.