Tutaj wprowadzamy metodę sekwencjonowania półprzewodników do preimplantacyjnych testów genetycznych na aneuploidię (PGT-A) z zaletami krótkiego czasu realizacji, niskich kosztów i wysokiej przepustowości.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj wprowadzamy metodę sekwencjonowania półprzewodników do preimplantacyjnych testów genetycznych na aneuploidię (PGT-A) z zaletami krótkiego czasu realizacji, niskich kosztów i wysokiej przepustowości.
Aneuploidia chromosomalna, jedna z głównych przyczyn prowadzących do zahamowania rozwoju embrionalnego, niepowodzenia implantacji lub utraty ciąży, została dobrze udokumentowana w ludzkich embrionach. Preimplantacyjne badania genetyczne w kierunku aneuploidii (PGT-A) to badanie genetyczne, które znacznie poprawia wyniki reprodukcyjne poprzez wykrywanie nieprawidłowości chromosomalnych zarodków. Sekwencjonowanie nowej generacji (NGS) zapewnia wysokowydajne i opłacalne podejście do analizy genetycznej i wykazało kliniczne zastosowanie w PGT-A. W tym artykule przedstawiamy szybką i tanią metodę NGS opartą na sekwencjonowaniu półprzewodników do badań przesiewowych aneuploidii u zarodków. Pierwszym krokiem przepływu pracy jest amplifikacja całego genomu (WGA) próbki zarodka poddanej biopsji, następnie budowa biblioteki sekwencjonowania, a następnie sekwencjonowanie w systemie sekwencjonowania półprzewodnikowego. Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku aplikacji PGT-A można załadować i zsekwencjonować 24 próbki na każdym chipie, generując 60-80 milionów odczytów przy średniej długości odczytu 150 par zasad. Metoda zapewnia wyrafinowany protokół do amplifikacji matrycy i wzbogacania biblioteki sekwencjonowania, dzięki czemu detekcja PGT-A jest odtwarzalna, wysokoprzepustowa, opłacalna i oszczędza czas. Czas pracy tego sekwenatora półprzewodnikowego wynosi tylko 2-4 godziny, co skraca czas od otrzymania próbek do wydania raportów do 5 dni. Wszystkie te zalety sprawiają, że test ten jest idealną metodą wykrywania aneuploidii chromosomowych z zarodków, a tym samym ułatwia jego szerokie zastosowanie w PGT-A.
Wybór dobrej jakości żywotnych embrionów z normalną liczbą kopii chromosomów (euploid) do transferu w procesie wspomaganego rozrodu pomaga poprawić wyniki ciąży. Tradycyjnie, dobrze ugruntowany system klasyfikacji morfologicznej jest szeroko stosowany do oceny zarodków ze względu na jego łatwą dostępność i nieinwazyjny charakter. Wykazano jednak, że ocena morfologiczna może dostarczyć jedynie ograniczonych informacji na temat jakości zarodka1 i potencjału implantacyjnego2. Jednym z podstawowych powodów jest jego niezdolność do oceny składu chromosomalnego zarodków.
Aneuploidia chromosomowa (nieprawidłowa liczba kopii chromosomów) jest jedną z głównych przyczyn prowadzących do zahamowania rozwoju embrionalnego, niepowodzenia implantacji lub utraty ciąży. Występowanie aneuploidii zostało dobrze udokumentowane w ludzkich zarodkach, stanowiąc 60%−70% w zarodkach w fazie rozszczepienia3,4 i 50%−60% w blastocystach5. To, w pewnym stopniu, przyczyniło się do wąskiego gardła w poprawie wskaźnika ciąż w leczeniu zapłodnieniem in vitro (IVF), który utrzymuje się na poziomie około 35%−40%6,7. Dlatego uważa się, że wybór zarodków euploidalnych do transferu jest korzystny dla poprawy wyników ciąży. W tym celu opracowano preimplantacyjne testy genetyczne w kierunku aneuploidii (PGT-A) w celu zbadania żywotności zarodków przy użyciu metod genetycznych. Rośnie liczba randomizowanych badań kontrolowanych i badań kohortowych potwierdzających kluczową rolę PGT-A. Udowodniono, że zastosowanie PGT-A zmniejsza częstość poronień oraz zwiększa odsetek ciąż klinicznych i wskaźnik implantacji8, wskaźnik ciąż bieżących i wskaźnik żywych urodzeń9.
Historycznie rzecz biorąc, różne metody były stosowane w PGT-A, takie jak fluorescencyjna hybrydyzacja in situ (FISH), porównawcza hybrydyzacja genomowa (CGH), macierz-CGH i polimorfizm pojedynczego nukleotydu (SNP)-mikromacierz. Wcześniejsze badania wykazały, że PGT-A dla zarodków w fazie rozszczepienia przez FISH daje wyniki, które są słabo zgodne z wynikami uzyskanymi przez kompleksowe badanie przesiewowe chromosomów (CCS) odpowiednich blastocyst przy użyciu 59273array-CGH lub SNP-microarray5927310. Rozbieżności te można przypisać mozaicyzmowi chromosomalnemu, artefaktom technicznym FISH lub embrionalnej autokorekcji błędów segregacji chromosomów podczas rozwoju11. Powszechnie uznano, że stosowanie biopsji trofektodermy blastocysty (TE) dla PGT-A opartych na macierzy, takich jak macierz-CGH lub mikromacierz SNP, jest skuteczne w identyfikacji nierównowagi chromosomalnej w zarodkach10,12. Ostatnio sekwencjonowanie pojedynczej komórki nowej generacji (NGS) zapewnia wysokowydajne i opłacalne podejście do analizy genetycznej i wykazało kliniczne zastosowanie w PGT-A13,14,15, co czyni go obiecującą alternatywą dla obecnie dostępnych metod.
Tutaj prezentujemy szybką, solidną i tanią metodę NGS opartą na sekwencjonowaniu półprzewodników do badań przesiewowych aneuploidii u ludzkich embrionów. Pierwszym etapem przepływu pracy jest amplifikacja całego genomu (WGA) próbki zarodka poddanej biopsji przy użyciu jednokomórkowego zestawu WGA, następnie budowa biblioteki sekwencjonowania, a następnie sekwencjonowanie w systemie sekwencjonowania półprzewodników.
Poprzez wykrywanie jonów H+, które są uwalniane z każdej inkorporacji trifosforanu deoksyrybonukleozydu podczas syntezy nici DNA, system przekazuje sygnały chemiczne (zmiana pH) przechwycone przez elementy półprzewodnikowe do bezpośrednich danych cyfrowych, które są dalej interpretowane jako informacje o sekwencji DNA. Eliminując konieczność kosztownej detekcji optycznej i złożonych reakcji sekwencjonowania, ta prosta chemia sekwencjonowania zmniejsza całkowity koszt odczynnika i skraca czas sekwencjonowania do 2−4 godzin16. Co ważniejsze, w oparciu o specyfikacje wydajności producenta, platforma sekwencjonowania półprzewodników może generować do 15 GB danych sekwencjonowania (w zależności od jakości biblioteki) na przebieg, co jest znacznie wyższe niż niektóre inne sekwencery produkujące tylko około 3−4 GB danych (przy długości odczytu 2 x 75 bp)17. W zastosowaniach klinicznych PGT-A platforma ta może osiągnąć 24 próbki na chip, generując do 80 milionów odczytów17 i co najmniej milion unikalnych odczytów każdej próbki. Głębokość odczytu może zapewnić, że każda próbka ma co najmniej 0,05 raza pokrycie całego genomu. Powyższe zalety tej platformy sprawiają, że jest to idealna metoda przesiewowa, a co za tym idzie, ułatwia jej szerokie zastosowanie w PGT-A18.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zatwierdzenie etyczne zostało udzielone przez Joint Chinese University of Hong Kong―New Territories East Cluster Clinical Research Ethics Committee (numer referencyjny: 2010.432). Pozwolenie na prowadzenie badań zostało zatwierdzone przez Council on Human Reproductive Technology of Hong Kong (numer R3004).
1. Amplifikacja całego genomu
2. Kontrola jakości produktów WGA
3. Fragmentacja produktów WGA
4. Konstrukcja biblioteki
5. Kontrola jakości i rozcieńczanie biblioteki DNA

6. Sekwencjonowanie
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W oparciu o ten zmodyfikowany protokół, platforma sekwencjonowania półprzewodnikowego została po raz pierwszy zastosowana w PGT-A. Przeprowadziliśmy testy na biopsjach zarówno z blastomerów w stadium podziału, jak i z embrionów w stadium blastocysty. Sugeruje się, aby pobrane komórki poddać WGA tak szybko, jak to możliwe, aby zapobiec degradacji DNA. Wcześniejsze badanie porównujące skuteczność różnych metod WGA wykazało, że opisana tutaj metoda charakteryzowała się najlepszą jednorodnośc...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W odróżnieniu od innych chemii sekwencjonowania, opisany tutaj sekwencer wykorzystuje półprzewodnik do wykrywania nukleotydów. Sam chip jest urządzeniem elektronicznym, które wykrywa jony wodoru poprzez inkorporację zasady17 sterowanej polimerazą, co umożliwia czas sekwencjonowania programu Proton w ciągu 2-4 godzin. Poza tym chip jest chipem mikrodołkowym, który umożliwia lokalizację jednej cząsteczki docelowej, co różni się od chemii sekwencjonowania komórek przepływowych przez innych dostawców ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie było wspierane przez General Research Fund (Ref No. 14162417) z Hong Kongu, National Natural Science Foundation of China (Ref No. 81860272), Major Research Plan of the Provincial Science and Technology Foundation of Guangxi (Ref No. AB16380219) oraz grant Chińskiej Fundacji Nauk Podoktoranckich (nr ref. 2018M630993) z Chin.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Probówki do PCR, 0,2 ml | Axygen | PCR-02D-C | |
| UltraPure 0,5 M EDTA, pH 8,0 | ThermoFisher | 15575020 | |
| PBS, pH 7,4, Ca2+ i Mg2+ | ThermoFisher | 10010023 | |
| 1,0 M roztwór NaOH (1,0N) | SIGMA-ALDRICH | S2567 | Do roztworu do stopienia. Probówki |
| Eppendorf LoBind klasy molekularnej, 1,5 ml | Fisher Scientific | 13-698-791 | |
| Zestaw biblioteki fragmentów Ion Plus | ThermoFisher | 4471252 | |
| ELGA PURELAB Flex 3 lub Odpowiednik 18 MΩ system wodny | ThermoFisher | 4474524 | |
| Ion Plus Zestaw biblioteki fragmentów | ThermoFisher | 4471252 | |
| Bufor do amplifikacji PicoPLEX WGA | Rubicon Genomics | R30050 | Można go zastąpić systemem amplifikacji DNA SurePlex, numer katalogowy: PR-40-415101-03. |
| PicoPLEX WGA Amplifikacja enzymu | Rubicon Genomics | R30050 | Można go zastąpić systemem amplifikacji DNA SurePlex, numer katalogowy: PR-40-415101-03. |
| Płytka wzmacniająca | OneTouch W zestawie: Materiały eksploatacyjne Ion OneTouch 2 (nr części A26367). Rozszerzony element zestawu w arkuszu 5 | ||
| wyżarzania jonów PI | |||
| MyOne Beads Capture Solution Agilent | |||
| 2100 Bioanalyzer Agilent 2100 | Agilent | G2939AA | |
| Ion OneTouch Breaking Solution (nasadka) | W zestawie: Ion PI Hi? Q OT2 Solutions 200 (nr części A26429). Rozszerzony element zestawu w arkuszu 5 | ||
| Dynabeads MyOne Streptavidin C1 | ThermoFisher | 65001 | |
| PicoPLEX WGA Bufor do ekstrakcji komórek | Rubicon Genomics | R30050 | Można go zastąpić systemem amplifikacji DNA SurePlex, numer katalogowy: PR-40-415101-00. |
| PicoPLEX WGA Enzym do ekstrakcji komórek | Rubicon Genomics | R30050 | Można go zastąpić systemem amplifikacji DNA SurePlex, numer katalogowy: PR-40-415101-03. |
| Zestaw chipów Ion PI v3 | ThermoFisher | A26771 | |
| Mini chip jonowy, 230 V | ThermoFisher | 4479673 | |
| Ion PI dATP | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion PI dCTP | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion PI dGTP | ThermoFisher | A26772 | |
| Zestaw biblioteki fragmentów Ion Plus | ThermoFisher | 4471252 | |
| Zestaw biblioteki fragmentów Ion Plus | ThermoFisher | 4471252 | |
| ThermoQ– Temperatura Sucha kąpiel | TAMAR | HB-T2-A | |
| NEBNext dsDNA Fragmentaza | New England Biolabs | M0348L | |
| NEBNext dsDNA Fragmentaza | New England Biolabs | M0348L | |
| Ion PI dTTP | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion OneTouch 2 Instrument | ThermoFisher | INS1005527 | ThermoFisher Numer katalogowy: 4474778. |
| Zestaw biblioteki fragmentów Ion Plus | ThermoFisher | 4471252 | |
| Ion One Touch ES | ThermoFisher | 8441-22 | ThermoFisher Numer katalogowy: 4469495. Rozszerzony element zestawu w arkuszu 5 |
| Etanol | SIGMA-ALDRICH | 51976 | Można go zastąpić absolutnym etanolem molekularnym dowolnej marki. |
| Bufor do rozcieńczania enzymów ekstrakcyjnych PicoPLEX WGA | Rubicon Genomics | R30050 | Można go zastąpić systemem amplifikacji DNA SurePlex, numer katalogowy: PR-40-415101-01. |
| PicoPLEX WGA Bufor do rozcieńczania enzymów ekstrakcyjnych | Rubicon Genomics | R30050 | Można go zastąpić systemem amplifikacji DNA SurePlex, numer katalogowy: PR-40-415101-02. |
| Fluorometr Qubit 3.0 | ThermoFisher | Q33216 | Ten model został zastąpiony przez Fluorometr Qubit 4, numer katalogowy: Q33226. |
| Zestaw testowy Qubit ds DNA HS | ThermoFisher | M2002-02 | |
| Probówki do testów kubitowych | ThermoFisher | Q32856 | |
| Roztwór spieniający Ion PI | ThermoFisher | A26772 | |
| Indeks do kodów kreskowych bibliotek | BaseCare | jest to indeks przygotowany przez nas. Użytkownicy mogą kupić produkt komercyjny od ThermoFisher Ion Xpress Zestawy adapterów kodów kreskowych (Kat. Nr 4474517) | |
| Bufor ładujący Ion PI | ThermoFisher | A26772 | |
| Solid(TM) Buffer Kit-1X Low TE Buffer | ThermoFisher | 4389764 | |
| Agencour AMPure XP Kit | Beckman Coulter | A63880 | |
| Magnes DynaMag-2 (stojak magnetyczny) | Bufor | ||
| Ion PI Master Mix | |||
| Sorvall Legend Micro 17 Mikrowirówka | Micro 17 | 75002430 | |
| Zestaw biblioteki fragmentów Ion Plus | ThermoFisher | 4471252 | |
| Woda wolna od nukleaz | ThermoFisher | AM9922 | Można go zastąpić inną marką. |
| PicoPLEX WGA Woda wolna od nukleaz | Rubicon Genomics | R30050 | Można go zastąpić systemem amplifikacji DNA SurePlex, numer katalogowy: PR-40-415101-03. |
| Butelka | OneTouch Ion PI Cześć? Q OT2 Solutions 200 (nr części A26429). Rozszerzony komponent zestawu w arkuszu 5 | ||
| Zestaw biblioteki fragmentów jonów plus | ThermoFisher | 4471252 | Rozszerzony składnik zestawu w arkuszu 3 |
| dwuniciowy standard | Jest to opracowany przez nas wzorzec DNA do kalibracji kubitu przed kwantyfikacją biblioteki. | ||
| Bufor do preamplifikacji PicoPLEX WGA | Rubicon Genomics | R30050 | Można go zastąpić systemem amplifikacji DNA SurePlex, numer katalogowy: PR-40-415101-03. |
| Enzym do preamplifikacji PicoPLEX WGA | Rubicon Genomics | R30050 | Można go zastąpić systemem amplifikacji DNA SurePlex, numer katalogowy: PR-40-415101-03. |
| Biblioteka Amplification Primer Mix | ThermoFisher | 4471252 | Rozszerzony składnik zestawu w arkuszu 3 |
| Ion OneTouch Reaction Filter | Rozszerzony składnik zestawu w arkuszu 5 | ||
| Recovery Router | Rozszerzony składnik zestawu w arkuszu 5 | ||
| Probówki regeneracyjne | Rozszerzony składnik zestawu w arkuszu | ||
| Ponowne zawieszenie ISP Rozwiązanie | |||
| Jon Proton | ThermoFisher | DA8600 | Ten model jest importowany przez Da An Gene Co., LTD. z Uniwersytetu Sun Yat-Sen z ThermoFisher i został certyfikowany przez Chińską Agencję ds. Żywności i Leków do zastosowań klinicznych. Numer katalogowy w ThermoFisher to 4476610. |
| Ion PI: Cześć? Q Sekwencjonowanie Polimeraza | ThermoFisher | A26772 | |
| Jonowy PI Sekwencjonowanie | |||
| Starter Serwer do sekwencjonowania | Lenovo | T260 | |
| Ion PI Sphere Particles | |||
| Platinum PCR SuperMix High Fidelity | ThermoFisher | 4471252 | |
| Nalgene 25mm Filtry strzykawkowe | ThermoFisher | 724-2045 | Wielkość porów: 0,45 μm. Specjalnie dla płynów wodnych. |
| Ion PI: Cześć? Q W2 Roztwór | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion PI 1X W3 Roztwór | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion OneTouch Wash Solution C1 | |||
| Ion PGM Cześć? Q View Zestaw sekwencjonowania | ThermoFisher | A30044 | Rozszerzony składnik zestawu w arkuszu 2 |
| Zestaw biblioteki fragmentów Ion Plus | ThermoFisher | 4471252 | Rozszerzony składnik zestawu w arkuszu 3 |
| Zestaw sekwencjonowania Ion PI Hi-Q 200 (1 przebieg sekwencjonowania na inicjalizację) | ThermoFisher | A26772 | Rozszerzony składnik zestawu w arkuszu 4 |
| Ion PI Cześć? Q OT2 200 Kit | ThermoFisher | A26434 | Rozszerzony element zestawu w arkuszu 5 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.