Hier introduceren we een methode van halfgeleider sequencing voor pre-implantatie genetische testen voor aneuploïdie (PGT-a) met de voordelen van korte doorlooptijd, lage kosten en hoge doorvoer.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Hier introduceren we een methode van halfgeleider sequencing voor pre-implantatie genetische testen voor aneuploïdie (PGT-a) met de voordelen van korte doorlooptijd, lage kosten en hoge doorvoer.
Chromosomale aneuploïdie, een van de belangrijkste oorzaken die leiden tot de arrestatie van embryonale ontwikkeling, implantatie falen of zwangerschaps verlies, is goed gedocumenteerd in menselijke embryo's. Preimplantatie genetische testen voor aneuploïdie (PGT-A) is een genetische test die de voortplantings resultaten aanzienlijk verbetert door chromosoomafwijkingen van embryo's te detecteren. Next-generation sequencing (NGS) biedt een hoge doorvoer en een kosteneffectieve aanpak voor genetische analyse en heeft klinische toepasbaarheid aangetoond in PGT-A. Hier presenteren we een snelle en laaggeprijsde NGS-methode op basis van halfgeleider-sequencing voor het screenen van aneuploïdie in embryo's. De eerste stap van de workflow is Whole genoom Amplification (WGA) van het biopsied embryo specimen, gevolgd door de bouw van sequentiëren bibliotheek, en opeenvolgende sequentiëren op het halfgeleider volgorde systeem. Over het algemeen kunnen voor een PGT-A-toepassing 24 samples worden geladen en gesequentieerd op elke chip die 60 − 80 miljoen leesbewerkingen genereert met een gemiddelde lengte van 150 basis paren. De methode biedt een verfijnd protocol voor het uitvoeren van sjabloon versterking en verrijking van sequentiëren bibliotheek, waardoor de PGT-A-detectie reproduceerbaar, hoge doorvoer, kostenefficiënt en tijdbesparend. De looptijd van deze halfgeleider-sequencer is slechts 2 − 4 uur, verkorting van de doorlooptijd van het ontvangen van monsters voor het uitgeven van rapporten in 5 dagen. Al deze voordelen maken deze test een ideale methode om chromosomale aneuploidies uit embryo's op te sporen en zodoende de brede toepassing ervan in PGT-A te vergemakkelijken.
Het kiezen van levensvatbare embryo's van goede kwaliteit met normale chromosoom kopie nummers (euploïde) voor overdracht in geassisteerde reproductie helpt de zwangerschapsuitkomsten te verbeteren. Traditioneel wordt het gevestigde morfologische beoordelingssysteem op grote schaal gebruikt voor de evaluatie van embryo's vanwege de gemakkelijke beschikbaarheid en de niet-invasieve aard. Er is echter aangetoond dat morfologische beoordeling slechts beperkte informatie kan verschaffen over embryo kwaliteit1 en implantatie potentiaal2. Een fundamentele reden is het onvermogen om de chromosomale samenstelling van de embryo's te evalueren.
Chromosomale aneuploïdie (abnormaal kopie aantal chromosomen) is een van de belangrijkste oorzaken die tot embryonale ontwikkeling aanhouding, implantatie falen of zwangerschaps verlies leidt. Het optreden van aneuploïdie is goed gedocumenteerd in menselijke embryo's, waarbij 60% − 70% is opgenomen in het splijting-stadium embryo's3,4 en 50% − 60% in blastocysten5. Dit heeft tot op zekere hoogte bijgedragen tot het knelpunt bij het verbeteren van het zwangerschaps percentage van de behandeling in vitro fertilisatie (IVF), dat ongeveer 35% − 40%6,7heeft gehandhaafd. Daarom, het selecteren van euploïde embryo's voor overdracht wordt verondersteld te zijn gunstig voor het verbeteren van de resultaten van de zwangerschap. Hiertoe is een pre-implantatie genetische test voor aneuploïdie (PGT-A) verder ontwikkeld om de leefbaarheid van embryo's te onderzoeken aan de hand van genetische benaderingen. Er zijn toenemende aantallen gerandomiseerde gecontroleerde studies en cohort studies die de cruciale rol van PGT-A ondersteunen. Het is bewezen dat de toepassing van PGT-A vermindert de miskraam tarief en verhoogt de klinische zwangerschap tarief en implantatie tarief8, lopende zwangerschaps tarief en live geboortecijfer9.
Historisch gezien zijn er verschillende methoden toegepast in PGT-A, zoals fluorescentie in situ-hybridisatie (vissen), vergelijkende genomische hybridisatie (CGH), array-CGH en single nucleotide polymorfisme (SNP)-Microarray. Uit eerdere studies is gebleken dat PGT-A voor de splijter fase van embryo's door vissen resultaten oplevert die slecht consistent zijn met die welke zijn verkregen door uitgebreide chromosomale screening (CCS) van overeenkomstige blastocysten met 59273array-cgh of SNP-microarray5927310. Deze verschillen kunnen worden toegeschreven aan chromosomale mosaïsme, vis technische artefacten, of embryonale zelf correctie van chromosoomsegregatie fouten tijdens de ontwikkeling11. Het is alom erkend dat het gebruik van blastocyst trophectoderm (te) biopsieën voor array-gebaseerde PGT-A zoals array-cgh of SNP-Microarray effectief is voor het identificeren van de chromosomale onbalans in embryo's10,12. Onlangs biedt single-cell sequentiëren van de volgende generatie (NGS) een hoge doorvoer en een kosteneffectieve aanpak voor genetische analyse en heeft het klinische toepasbaarheid aangetoond in PGT-a13,14,15, waardoor het een veelbelovend alternatief voor de momenteel beschikbare methoden.
Hier presenteren we een snelle, robuuste en goedkope NGS-methode op basis van halfgeleider-sequencing voor het screenen van aneuploïdie in menselijke embryo's. De eerste stap van de workflow is Whole genoom Amplification (WGA) van het biopsied embryo specimen, met behulp van een WGA Kit met één cel, gevolgd door de bouw van sequentiëren bibliotheek, en opeenvolgende sequentiëren op het halfgeleider volgorde systeem.
Door het detecteren van de H+ -ionen die vrijkomen uit elke deoxyribonucleoside trifosfaat opname tijdens de DNA-strand synthese, draagt het systeem de chemische signalen (pH-verandering) over die door de halfgeleiderelementen worden opgevangen naar directe digitale gegevens , die verder worden geïnterpreteerd in DNA sequentie-informatie. Het elimineren van de eis voor dure optische detectie en complexe sequentie reacties, deze eenvoudige sequentie chemie vermindert de totale reagens kosten en verkort de sequentiëren looptijd in 2 − 4 uur16. Wat nog belangrijker is, op basis van de prestatiespecificaties van de fabrikant, kan het platform voor het sequentiëren van halfgeleider tot 15 GB aan sequentiegegevens genereren (afhankelijk van de kwaliteit van de bibliotheek) per run, wat aanzienlijk hoger is dan sommige van de andere sequencers produceren slechts ongeveer 3 − 4 GB gegevens (met 2 x 75 BP Lees lengte)17. In klinische toepassingen van PGT-A, dit platform kan bereiken 24 monsters per chip genereren tot 80.000.000 leest17 en ten minste 1.000.000 unieke leest van elk monster. De Lees diepte kan ervoor zorgen dat elk monster ten minste 0,05 x hele genoom dekking heeft. De bovenstaande voordelen van dit platform maken het een ideale screeningsmethode en faciliteren zo de brede toepassingen in PGT-A18.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Ethische goedkeuring werd verleend door de joint Chinese University of Hong Kong-New Territories East cluster klinisch onderzoek ethiek Commissie (referentienummer: 2010,432). Onderzoekslicentie werd goedgekeurd door de Raad voor menselijke voortplantings technologie van Hongkong (nummer R3004).
1. hele genoom versterking
2. kwaliteitscontrole van de WGA-producten
3. fragmentatie van WGA-producten
4. bibliotheek constructie
5. kwaliteitscontrole en verdunning van de DNA-bibliotheek

6. sequentiëren
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Op basis van dit gewijzigde protocol werd het platform voor halfgeleider sequencing voor het eerst toegepast voor PGT-A. We testten op biopsieën van zowel de decolleté-stage blastomeres en blastocyst-stage embryo's. Er wordt gesuggereerd dat de biopsied cellen zo snel mogelijk een WGA ondergaan om eventuele afbraak van DNA te voorkomen. Een eerdere studie vergeleken de prestaties van verschillende WGA methoden en gaf aan dat de methode die we hier beschreven had de beste uniformiteit op d...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Verschillend van andere sequentiëren chemici, de sequencer hier beschreven gebruikt halfgeleider voor de detectie van nucleotiden. De chip zelf is een elektronisch apparaat dat waterstof ionen detecteert door middel van polymerase-gedreven base incorporatie17, die 2 − 4 h sequentie tijd van het proton programma mogelijk maakt. Trouwens, de chip is een micro well chip die het mogelijk maakt de lokalisatie van een doelwit molecuul, die verschilt van de flowcell sequentie chemie door andere sequencer...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Deze studie werd gesteund door het algemeen onderzoeksfonds (Ref nr. 14162417) uit Hong Kong, de National Natural Science Foundation of China (Ref nr. 81860272), het belangrijkste onderzoeksplan van de provinciale wetenschaps-en technologiestichting van Guangxi (Ref. AB16380219), en de China postdoctorale Science Foundation Grant (Ref. 2018M630993) uit China.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| PCR tubes, 0.2 mL | Axygen | PCR-02D-C | |
| UltraPure 0.5M EDTA, pH 8.0 | ThermoFisher | 15575020 | |
| PBS, pH 7.4, Ca2+ and Mg2+ free | ThermoFisher | 10010023 | |
| 1.0 M NaOH (1.0N) solution | SIGMA-ALDRICH | S2567 | Voor Melt-off oplossing. Moleculaire kwaliteit |
| Eppendorf LoBind Tubes, 1.5 mL | Fisher Scientific | 13-698-791 | |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| ELGA PURELAB Flex 3 Water Purification System of Equivalent 18 MΩ water systeem | ThermoFisher | 4474524 | |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| PicoPLEX WGA Amplification buffer | Rubicon Genomics | R30050 | Dit kan worden vervangen door SurePlex DNA Amplification System, catalogusnummer: PR-40-415101-03. |
| PicoPLEX WGA Amplification enzyme | Rubicon Genomics | R30050 | Dit kan worden vervangen door SurePlex DNA Amplification System, catalogusnummer: PR-40-415101-03. |
| Ion OneTouch Amplification Plate | In kit: Ion OneTouch 2 Supplies (Part No. A26367). Uitgebreide kitcomponent in blad 5 | ||
| Ion PI Annealing Buffer | |||
| MyOne Beads Capture Solution | |||
| Agilent 2100 Bioanalyzer instrument | Agilent | G2939AA | |
| Ion OneTouch Breaking Solution (zwarte dop) | In kit: Ion PI Hi?Q OT2 Solutions 200 (Part No. A26429). Uitgebreide kitcomponent in blad 5 | ||
| Dynabeads MyOne Streptavidin C1 | ThermoFisher | 65001 | |
| PicoPLEX WGA Cell extraction buffer | Rubicon Genomics | R30050 | Dit kan worden vervangen door SurePlex DNA Amplification System, catalogusnummer: PR-40-415101-00. |
| PicoPLEX WGA Cell extraction enzyme | Rubicon Genomics | R30050 | Dit kan worden vervangen door SurePlex DNA Amplification System, catalogusnummer: PR-40-415101-03. |
| Ion PI Chip Kit v3 | ThermoFisher | A26771 | |
| Ion Chip Minifuge, 230 V | ThermoFisher | 4479673 | |
| Ion PI dATP | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion PI dCTP | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion PI dGTP | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| ThermoQ–Temperature Dry Bath | TAMAR | HB-T2-A | |
| NEBNext dsDNA Fragmentase | New England Biolabs | M0348L | |
| NEBNext dsDNA Fragmentase | New England Biolabs | M0348L | |
| Ion PI dTTP | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion OneTouch 2 Instrument | ThermoFisher | INS1005527 | ThermoFisher Catalogusnummer: 4474778. |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| Ion One Touch ES | ThermoFisher | 8441-22 | ThermoFisher Catalogusnummer: 4469495. Uitgebreide kitcomponent in blad 5 |
| Ethanol | SIGMA-ALDRICH | 51976 | Dit kan worden vervangen door absolute ethanol van elk merk met moleculaire kwaliteit. |
| PicoPLEX WGA Extraction enzyme dilution buffer | Rubicon Genomics | R30050 | Dit kan worden vervangen door SurePlex DNA Amplification System, catalogusnummer: PR-40-415101-01. |
| PicoPLEX WGA Extraction enzyme dilution buffer | Rubicon Genomics | R30050 | Dit kan worden vervangen door SurePlex DNA Amplification System, catalogusnummer: PR-40-415101-02. |
| Qubit 3.0 Fluorometer | ThermoFisher | Q33216 | Dit model is vervangen door Qubit 4 Fluorometer, catalogusnummer: Q33226. |
| Qubit ds DNA HS Assay kit | ThermoFisher | M2002-02 | |
| Qubit Assay Tubes | ThermoFisher | Q32856 | |
| Ion PI Foaming Solution | ThermoFisher | A26772 | |
| Index voor barcodering van bibliotheken | BaseCare | Dit is een intern bereide index. Gebruikers kunnen een commercieel product kopen van ThermoFisher Ion Xpress Barcode Adapters Kits (Cat. No. 4474517) | |
| Ion PI Loading Buffer | ThermoFisher | A26772 | |
| Solid(TM) Buffer Kit-1X Low TE Buffer | ThermoFisher | 4389764 | |
| Agencour AMPure XP Kit | Beckman Coulter | A63880 | |
| DynaMag-2 magneet (magnetisch rek) | ThermoFisher | 12321D | |
| Ion PI Master Mix PCR buffer | |||
| Sorvall Legend Micro 17 Microcentrifuge | Micro 17 | 75002430 | |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| Nuclease-free water | ThermoFisher | AM9922 | Dit kan worden vervangen door een ander merk. |
| PicoPLEX WGA Nuclease-free water | Rubicon Genomics | R30050 | Dit kan worden vervangen door SurePlex DNA Amplification System, catalogusnummer: PR-40-415101-03. |
| Ion OneTouch Oliefles | Ion PI Hi?Q OT2 Solutions 200 (Part No. A26429). Uitgebreide kitcomponent in blad 5 | ||
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | Uitgebreide kitcomponent in blad 3 |
| double-strand DNA standard | Dit is een intern bereide DNA-standaard voor kalibratie van Qubit vóór kwantificering van de bibliotheek. | ||
| PicoPLEX WGA Preamplification buffer | Rubicon Genomics | R30050 | Dit kan worden vervangen door SurePlex DNA Amplification System, catalogusnummer: PR-40-415101-03. |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen