组会论文 | 基于多方面证据的临床分类：评估和解读拷贝数变异（CNV）

思纠 2024-04-17 发布于云南

展开全文

/医见生信/

ABOUT US

⌈ 医见生信 ⌋ 是中南大学“医学遗传与生物信息课题组”运营的公众号，本研究团队立足于帕金森病和孤独症为代表的神经精神类疾病，利用计算生物学、生物信息学和医学遗传学的方法探究疾病发生发展的本质规律及发病机制，为其精准防控和诊疗提供科学依据。在医见生信，您可以订阅我们团队已发表的代表性论文，以及我们开发的整合疾病表型数据与遗传信息的分析工具和数据库。此外，我们每周都会分享组会论文、生信技术或生信心得，您可以订阅任何您感兴趣的合集。本课题组长期招聘多学科交叉的助理研究员（带编制）、技术员（带编制）和博士后，招收生物医学背景的优秀本科生攻读硕士学位，欢迎您的加入~

背景介绍&关键问题

拷贝数变异（Copy Number Variant, CNV）的全基因组评估被建议作为产后评估智力障碍、发育迟缓、自闭症谱系障碍和/或多发性先天性异常以及产前评估超声观察到结构异常的胎儿的一级方法。虽然许多recurrent CNV（如两侧有节段重复的 CNV）已被很好地表征，但大多数 CNV 都是独特的，需要进一步研究才能确定其潜在的临床意义。但这项工作具有挑战性，原因包括与发表的文献和基因组学数据库中描述的临床表型没有关联、关联有限或相互矛盾。要对 CNV 实现准确的临床解读，就必须采用一致的方法来评估 CNV 区域的基因组内容，并将临床上的发现与医学文献中报道的结果联系起来，最终的目标是在不同实验室之间形成一致的、基于证据的临床分类。实验室之间的不一致会给临床医生及其患者造成困扰，使他们无法自信地使用遗传信息来进行医疗决策。

2011版

2019版

为了协助评估 CNV 并促进临床实验室分类和报告的一致性和透明度，美国医学遗传学和基因组学学院（ACMG）和美国国立卫生研究院（NIH）资助的临床基因组资源（ClinGen）项目成立一个协作工作组，对现有的用于评估 CNV 的 ACMG 专业临床实验室实践标准（2011版）进行了更新，最终开发了一个半定量的基于点的评分系统（2019版）。

两个不同版本评级系统特点

两版指南的大体区别在于：2011版的指南是三级分类系统，只适用于产前，而2019年版的指南是五级的半定量基于证据的分类系统，根据证据分值最终给各变异定级，适用于产前或者产后，适用范围更广。

2011版指南对于CNV致病性的分类为：

1. 致病性CNV：

包括文献或数据库明确致病的；大的CNV包含了明确致病的小CNV；区间包含剂量敏感基因，功能与患者病因相关。

2. 不确定致病意义：

（1）可能致病（包括有报道但案例少；覆盖致病基因但剂量敏感未知；符合家系遗传共分离但生物学意义未知：新生突变/ 遗传性自有表型（或轻微表型）的双亲之一）。

（2）不确定临床意义（包括CNV内包含基因，但基因功能未知；CNV在不同文献及数据库之间定性相互矛盾）。

（3）可能为良性（包括区域内没基因；普通人群数据库中有，但少见；不符合家系共分离）。

3. 良性CNV：

包括文献及数据库明确其不致病或为多态性 1%。

2019版指南对于CNV的致病性分类为：

新制定的标准大致包括：基因组内容；剂量敏感性的预测和整理；预测的功能效应、与医学文献中患者的临床重叠、病例和对照数据库中的证据；患者 CNV 的遗传模式。由于拷贝数损失和拷贝数增加之间的截然不同的性质和内在差异，分别为它们制定了不同的评分标准。指南按照确实和重复分别有不同的证据链，每一条为一个证据链，每个证据链指南有建议分数和最大分数。根据最终分数最终分数可定“级”：

1. >= 0.99分：致病变异（P）：

（1）有数据库报道的致病性CNV（特殊关注点：即使受检者因表现度不同的表型不完全匹配也属致病性CNV范畴）。

（2）与剂量敏感区域完全重叠的CNV。

（3）一段CNV里含多个基因，且包含至少一个基因为已知的剂量敏感基因（特殊关注点：即使其他基因都是意义未明基因也属致病性CNV范畴）。

（4）大于5Mb的改变（特殊关注点：该区段若不包含CNV综合征，应该根据基因剂量敏感性综合判断）。

2. 0.98 ~ 0.90分：可能致病变异（LP）：

（1）已知的单倍剂量敏感基因（HI）里涉及5’端序列及编码区的缺失（缺失指标：2C-1）。

（2）在一个已知的单倍剂量敏感基因里涉及多个外显子缺失（缺失指标：2D-4）

（3）多个案例报道（不存在争议的一致性报道）的高度特意表型涉及的明确基因出现的缺失或重复。

3. 0.89 ~ -0.89分：不确定意义变异（VUS）：

（1）CNV大小超出实验室的报告大小阈值，但受影响的基因组间区内不包含基因（类别1B）。

（2）被描述的CNV在少数病例里，且没有被认为是多态性（>1%）的频率（类别4O，由于频率低，而降低分数）。

（3）CNV内包含少量基因，但不确定是否为剂量敏感基因（类别3A）。

（4）CNV致病性描述在多篇文献或数据库中存在争议矛盾，且无明确的临床意义。

（5）CNV中包含一个单独基因在开放阅读框意义未明（缺失指标2E，重复指标2I）。

4. -0.90 ~ -0.98分：可能良性（LB）：

（1）CNV在病例组和对照组无显著统计学意义（类别：4N）

（2）CNV在正常人群中经常出现（尽管频率较少>1%，也被认为是一种常见的多态性，类别4O)。

5. <= -0.99分：良性（B）：

（1）数据库中报道为良性的变异。

（2）在正常人群的频率为>1%的多态性。

缺失的证据：

重复的证据：

注意事项：

1. 这些标准是为评估继发性的 CNV（包括在产后或产前检测中发现的 CNV）的证据而制定的。

2. 这些标准不适用于肿瘤中的获得性的 CNV。此外，ACMG指南不涉及 CNV 检测方法的分析验证，并且假设在使用指南之前任何实验室都应该确定所报告的 CNV 代表一个真正的生物事件。

3. 尽管这些标准试图全面纳入CNV分类和解释中使用的常用资源和流程，但需要认识到的是，任何一种单一的算法都不可能适用于所有可能的情况。半定量的评分框架旨在作为指导，在评估特定基因组变异的证据并指定分类时，应当还要始终使用专业判断在内。

案例分析

患者CNV的信息：

arr(GRCh37) 12p11.23p11.22(chr22:2771551-29628080-DEL)；
患者没有提供额外的临床信息；
使用LOSS评分准则。

Section 1：CNV基因组内容的初始评估

UCSC基因组浏览器中输入CNV的区间（chr12:26759233-30584362），就能显示该CNV在染色体上的位置、CNV所覆盖区间包含的基因以及ClinGen的致病/良性的基因或区域。

此处适用证据1A（包含蛋白质编码基因或其他已知的重要功能元件），因为该缺失包括几个蛋白质编码基因。获得0分，继续评估。

已获得累计总分：0

Section 2：与确定/预测的单倍计量不足（HI）或确定的良性基因/基因组区域重叠

CNV内不包括已建立的HI或良性基因/基因组区域，此处2A-2G的证据都不适用，获得0分。

然后使用DECIPHER快速评估pLI评分（目前从ExAC中提取）和HI指数：

在DECIPHER数据库中显示PTHLH基因的pLI评分 > 0.90且HI < 10%，但是pLI是从ExAC中提取的，因此需要进一步在gnomAD中确认。

在gnomAD中，pLI不再 > 0.90，并且观察/预期置信区间的上限 > 0.35。因此在2 H类中不分配分数。

已获得累计总分：0

Section 3：完全或部分包括在CNV中的蛋白质编码RefSeq基因的数目。

DECIPHER中显示CNV中包含10个蛋白编码基因，适用3A（0 – 34个基因），分配0分。

已获得累计总分：0

Section 4：基因组内容的详细评估（使用已发表文献、公共数据库和/或内部实验室数据中的病例，如果CNV与Section 2中确定的HI基因/区域重叠，或者没有报告CNV或CNV内的任何基因与功能丧失[LOF]或拷贝数丧失引起的人类表型相关，则跳至Section 5）。

根据OMIM数据库，PTHLH基因与常染色体显性短指症E2 型 (BDE) 有关，短指症一般临床表现为：

手指缩短，主要表现在掌骨（III-V）和跖骨；受影响的手指数目差异很大，包括在同一个家族内；
也可能与身材矮小、出牙迟缓和/或牙齿稀少有关；
智力一般不受影响。

短指症一般可作为孤立性畸形或综合征的一部分，在OMIM临床概要中搜索“短指症”可得到250多个结果。短指症E型更为罕见，在OMIM中使用“短指症E型”进行搜索可得到4个结果。鉴于BDE的异质性相对有限，这可能被认为是一种“高度特异，但不一定独特”的表型。类型不明的短指症，将被考虑为“不具有较高特异性和/或高度遗传异质性”。

✔ 个体病例—从头突变1

4B —> 确定为重头突变（0.30分），假定为重头突变（0.15分），范围为0 – 0.45。

Thomas-Teinturier et al. 2016 (PMID: 26640227)：

作者描述了一位女性先证者患有BDE，但未报告家族史；
对PTHLH进行了单基因测序，检测到一个杂合从头缺失(c.101+3delAAGT)；
根据作者的说法，这种改变删除了内含子V的3-6位共4个核苷酸，预计会导致自然供体剪接位点的共识序列值适度下降。据预测，使用这些位点会导致带有过早终止密码子的异常转录本；
父母关系未得到证实；

由于父母关系未得到证实，重头突变未确定，且BDE的其他遗传原因并未有效排除，将默认的0.15降级为0.10，此处得分0.10。

已获得累计总分：0.10

✔ 个体病例—从头突变2

4B —> 确定为重头突变（0.30分），假定为重头突变（0.15分），范围为0 – 0.45。

Pereda et al. 2017 (PMID: 28211986):

作者描述了一位女性先证者患有BDE，但未报告家族史；
PTHLH单基因测序结果显示为c.166C>T (p.R56*)杂合变异；Jamsheer等人于2016年在一个与BDE无关的个体中描述了这种变异；
在女孩未受影响的父亲(10-20%的血细胞，未通过口腔拭子或头发样本检测到)中也检测到嵌合状态的变异。根据ClinGen基因管理评分指南，如果在先证者的父母中检测到一种嵌合状态的变异，它可以被统计为新生变异；
父母关系未得到证实；

由于父母关系未得到证实，重头突变未确定，且BDE的其他遗传原因并未有效排除，将默认的0.15降级为0.10，此处得分0.10。

已获得累计总分：0.20

✔ 个体病例—从头突变3

4B —> 确定为重头突变（0.30分），假定为重头突变（0.15分），范围为0 – 0.45。

Jamsheer et al. 2016 (PMID: 26763883):

作者描述了一位女性先证者患有BDE，但未报告家族史；
PTHLH的单基因测序显示了一个杂合的c.166C>T (p.R56*)变异，Pereda等人于2017年在一名与BDE无关的个体中描述了这种变异；
变异据说是从头开始的，但没有关于确认父母关系的信息。

由于父母关系未得到证实，重头突变未确定，且BDE的其他遗传原因并未有效排除，将默认的0.15降级为0.10，此处得分0.10。

已获得累计总分：0.30

✔ 个体病例—遗传模式未知的变异1

4E —> 默认为0.10分，范围为0 – 0.15。

Klopocki et al. 2010 (PMID: 20170896):

一个具有杂合无义变异(p.K120X)的个体(家族5中的个体II-1)；
作者指出，该变异位于距离最后一个外显子的3’边界超过50bp的地方，因此预计会发生NMD（作为真核细胞中重要RNA监控机制，识别并降解开放阅读框中含有提前终止密码子的mRNA，以避免因截短的蛋白产物积累对细胞造成毒害）；
个体表现为短指E型(掌骨III-V型缩短)，身材矮小，缺牙;
据说这名患者有一个受影响的姐妹和侄子，但目前尚不清楚这些人是否接受了变异检测;
未进行父母检测;
注意：之所以使用这一分类，是因为BDE是一种相对特定的表型。如果评估的表型是非特异性的，则不使用该分类。

此处满足4E证据，得分0.10。

已获得累计总分：0.40

✔ 个体病例—类似受影响家庭成员中的基因分离数1

Reyes et al. 2018 (PMID: 30458061):

作者描述了一个女性先证与短指症E型 (BDE)，没有证据显示钙或磷酸盐调节异常；
WES揭示了PTHLH外显子3上游核苷酸-3的一个新的杂合A>G变化，该变化编码前序列的最后两个氨基酸和成熟的PTHrP，导致核苷酸位点-2和-1的杂合插入，从而导致前体序列34残基后的移码，从而产生29个与PTHrP或任何其他蛋白质没有同源性的新残基；
在她患病的母亲、姨妈和同卵双胞胎儿子中也发现了这种变异，但在她未患病的女儿或姐妹中没有发现；
被统计的基因分离数为3。

✔ 个体病例—类似受影响家庭成员中的基因分离数2

Bae et al. 2018 (PMID:29947179):

男性先证者患有BDE，且钙和磷酸盐水平正常；
先证者及其患病母亲和未患病父亲的WES显示先证者及其患病母亲共有c.169C>T (p.Arg57*)变异；
家族史表明，该家族4代中至少有7名其他受影响的亲属，尽管没有对其他个体进行检测；
被统计的基因分离数为1。

✔ 个体病例—类似受影响家庭成员中的基因分离数3

Thomas-Teinturier et al. 2016 (PMID: 26640227):

作者描述了一位女性先证者和她患有BDE的母亲；
对PTHLH进行单基因测序。在先证者及其母亲中发现一个杂合缺失(c.47_101+73del128)，包含5号外显子47 ~ 101位碱基和5号内含子的73个碱基(总缺失:128 bp) (NM_198965.1)；
根据作者的说法，c.47_101+73del128缺失去除了5号外显子的典型供体位点，因此，预计在删除断点之前或之后定位的新的潜在剪接位点将被使用。这些异常剪接预计会产生在倒数第二外显子的最后50个核苷酸中含有过早终止密码子5'的转录本[Holbrook等人，2004]，预计会被无义介导的mRNA衰变降解；
被统计的基因分离数为1。

✔ 个体病例—类似受影响家庭成员中的基因分离数4

Jamsheer et al. 2016 (PMID: 26763883):