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比较研究
.2006年9月；16（9）：1136-48。
doi:10.1101/gr.5402306。 Epub 2006年8月9日。

使用Infinium全基因组分型对染色体畸变进行高分辨率基因组分析

丹尼尔·佩弗 1, 珍妮·梅勒, 弗兰克·J·斯蒂默斯, 张伟华, 托尼·杰尼吉斯, 弗朗西斯科-加西亚, 柯特·哈登, 李江珍, 乍得·A·肖, 约翰·贝尔蒙特, 秀伟祥, 理查德·沈（Richard M Shen）, 大卫·L·巴克, 凯文·甘德森
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比较研究

使用Infinium全基因组分型对染色体畸变进行高分辨率基因组分析

丹尼尔·佩弗等。 基因组研究. 2006年9月.

摘要

阵列CGH是检测染色体畸变的有力工具。将高密度SNP基因分型技术引入基因组分析，称为SNP-CGH，代表了进一步的进步，因为同时测量信号强度变化和等位基因组成的变化，使得检测拷贝数变化和拷贝中性异基因丢失（LOH）事件成为可能。我们证明了SNP-CGH与两个Infinium全基因组基因分型BeadChips的效用，检测109000和317000个SNP位点，以低于100kb的有效分辨率检测含有结构畸变的样本以及肿瘤样本中的染色体畸变。检测到的畸变包括纯合缺失、半合缺失、复制中性杂合缺失、重复和扩增。通过X染色体滴定模型系统分析，建立了检测常见畸变的统计能力模型，并通过肿瘤细胞与其配对正常细胞系的gDNA滴定，建立了灵敏度模型。通过使用基因组浏览器，可以绘制染色体上标准化强度和等位基因比率的对数比率，从而促进分析。我们开发了两种SNP-CGH分析模式，一种是单样本模式，另一种是成对样本模式。单样本模式通过参考大约120个参考样本生成的典型基因型簇来计算对数强度比和等位基因比，而配对样本模式使用来自同一个体的配对正常参考样本。最后，对两种分析模式在分析不同类型的输入gDNA（低输入量、片段化gDNA和Phi29全基因组预扩增DNA）时的实用性进行了比较。

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数字

图1。
图1。
分析SNP-CGH数据。(一个)日志2 R（右）比率比较观察到的归一化强度(R（右）受试者）达到预期强度(R（右）预期；灰点）基于观察到的等位基因比率θsubject，通过GenoPlot中典型簇AA、AB和BB（显示为圆圈）的线性插值（灰线）。从单个SNP获得的归一化强度值表示为紫色点。这个R（右）对象的θ值用黑色粗虚线表示。(B类)典型簇（以圆圈表示）也用于将θ值，即θsubject转换为B等位基因频率（等位基因复制比）。这是通过分配给每个簇（0.0、0.5和1.0）的已知等位基因频率的线性插值来实现的。观察到的θ值落在两个聚类之间的等位基因频率也通过直线D1和D2的线性插值来计算。在所示示例中，从AB到BB簇距离约三分之一的数据点（例如θsubject～0.76）的等位基因频率为0.5+0.33*0.5=0.67。这两个转换参数log2 R（右）比率和B等位基因频率，然后沿着阵列上所有SNP的整个基因组绘制。
图2。
图2。
X射线复制细胞系作为模型系统。使用具有一到四条X染色体的细胞系，在人类1（109K）珠芯片上检测到单拷贝缺失、单等位基因重复（三体）和扩增。所有图均与10号染色体的正常基因组图谱并列显示。(一个)在XY中，单个X染色体的出现显示为对数的减少2 R（右）比率从～0到−0.55，在AF图中，杂合状态完全塌陷为纯合轴。注意Y染色体上的假常染色体区域。(B类)在XX中，X染色体的预期两个拷贝的出现在日志中没有显示任何偏差R（右）比率（～0），杂合子聚集在+0.5左右。(C类)在XXX中，日志2 R（右）比率从～0增加到+0.395，杂合状态分裂为两个簇，一个位于0.67（2:1比率），另一个位于0.33（1:2比率）。(D类)在XXXX中，日志2 R（右）比率增加到+0.53，杂合状态分为三个群体（0.25、0.51和0.76），等位基因比率分别为3:1、2:2和1:3。(E类)日志的响应R（右）每个X拷贝数细胞系的X染色体和10号染色体的比率。日志R（右）X染色体的比率随着X拷贝数的增加而增加，而10号染色体的比率则不增加。每个数据点都显示了相应的标准偏差。(F类)日志R（右）用10-SNP移动平均值计算X拷贝细胞系的比率响应。请注意，标准偏差已显著降低。对于所有基因组图谱，蓝线表示Human-1（109K）珠芯片的500kb移动中位数。补充材料中提供了完整的X拷贝细胞系数据集、簇信息和接收器操作员图。
图3。
图3。
109K BeadChip上使用HL-60的像差示例。人类早幼粒细胞白血病细胞系（HL-60）含有几种特征鲜明的染色体畸变。(一个)8号染色体（绿色条）上一个～4.5-Mb区域的几个离散单等位基因扩增的例子。单等位基因扩增可以通过对数的增加来证明R（右）比率和等位基因频率的大分裂。根据～0.1和～0.9的等位基因比率，扩增水平为5至10倍。(B类)在9号染色体上发现两个缺失（红色条）。第一个为～21 Mb，通过日志中的偏转进行检测R（右）等位基因频率中杂合子的比例和崩溃。使用相同的参数也检测到第二次缺失（～2.4 Mb）。(C类)18号染色体全长（～76 Mb）重复（黑条），推测总拷贝数为3。注意日志的增加R（右）比率为～0.5，AF中的簇分裂(D类)SNP-CGH阵列可以检测拷贝中性LOH事件，例如重组或基因转化。染色体上的一个小区域
图4。
图4。
用BAC阵列-CGH和FISH验证染色体缺失。我们对从发育临床表型患者采集的样本进行了盲法研究，这些患者先前具有核型、FISH和BAC阵列-CGH分析的特征。(一个)来自染色体BAC微阵列的数据显示了两个独立杂交数据的信噪比（T/R）平均值和误差条。此处显示的剖面图表示染色体微阵列的放大部分，显示DiGeorge综合征I关键区域（用红色圈起）中三个克隆丢失。(B类)BAC克隆列表、它们的位置和日志2 R（右）比率，表示该区域的拷贝数丢失（三个克隆用红色表示）。另一个克隆显示基因组中另一个位置存在潜在扩增（用绿色表示；图中未显示）。(C类)使用F5克隆（针对DiGeorge区域）进行的FISH分析显示一个红色信号，而控制探针显示两个绿色信号，确认DiGeorgeCritical区域中存在缺失。使用RP11-165F18克隆（F5远端）进行的FISH分析显示没有缺失。(D类)同样的畸变，染色体22q11.2上的约1.5-Mb缺失，由SNP-CGH在Human-1（109K）阵列上检测到，如日志中的偏差所示R（右）AF中杂合子数据点的比率和丢失(E类)SNP-CGH在HumanHap300（317K）阵列上检测到22q11.2号染色体上的相同缺失。请注意HumanHap300 BeadChip上该区域的SNP密度较高。这一发现证实了已知存在于DiGeorge综合征关键区域的缺失。(F类)另一个在染色体22q11.21上检测到的缺失很难用人类1识别，这是任何其他方法都无法检测到的。(G公司)使用HumanHap300珠芯片可以清楚地看到相同的删除，尤其是通过日志中的偏转R（右）比率。对于所有绘图，蓝线分别表示Human-1和HumanHap300 BeadChips的500-kb和100-kb移动中值。
图5。
图5。
分析异质性肿瘤样本。将来自肿瘤细胞系的DNA与匹配的正常DNA以0%、25%、50%、75%和100%的比率混合，并在Human-1（109K）BeadChip上进行分析。以13号染色体的基因组图谱为例。(一个)在含有100%正常gDNA的样本中未发现畸变。(B类)日志中无明显差异R（右）在由75%的正常和25%的肿瘤组成的样本中可以看到该比率。也很难确定等位基因频率是否有任何变化。(C类)50%正常和50%肿瘤DNA，日志中的偏差R（右）比率出现。虽然很难确定每个像差的性质，但也可以看到AF的变化。在这些水平上，等位基因复制事件和等位基因LOH彼此相似。(D类)在25%正常和75%肿瘤gDNA下，每种类型的畸变的性质变得更加明显。例如，日志的大幅减少R（右）图中心的比率表示存在缺失的潜在区域，在C类. (E类)纯（100%）肿瘤样本的基因图。在图的中心可以看到纯合缺失，通过对数的减少可以看到R（右）比率。(F类)在HumanHap300 BeadChip分析的成对结肠肿瘤患者样本中，在染色体3上观察到一个显示LOH的区域。日志中的减少R（右）比率表示拷贝数丢失。AF分为两个群体（～0.33和～0.67），表明该样本含有～67%的正常细胞。所有日志显示的蓝线R（右）比率曲线表明Human-1和HumanHap300 BeadChips的移动中值分别为250kb和100kb。
图6。
图6。
gDNA数量和片段对SNP-CGH数据的影响。使用多样本10K BeadChip格式测试SNP-CGH数据质量与扩增反应中gDNA的数量和片段长度的关系。(一个)不同长度的片段DNA被用作全基因组扩增反应的起始输入（片段1、2和3）。(B类)在整个200 ng至3 ng或片段长度范围内，调用率对输入量相对不敏感。输入DNA在25至200 ng范围内的调用率均高于0.999，而在3至12.5 ng范围内，调用率均大于0.996。(C类)将基因组DNA从标准1×输入（四分之一规模反应中为200 ng）滴定至第64个输入（四分之一规模反应为3 ng）以及片段1、2和3。随着输入DNA水平的降低，日志中的可变性R（右）比率显著增加，而等位基因比率对输入量相对不敏感。(D类)R（右） 2当使用类似数量的gDNA作为输入时，样本之间的相关性仍然很高，无论它是高水平还是低水平；然而R（右） 2在数量差异很大的输入之间急剧减少。(E类)1号染色体的基因组图谱示例显示了这两个日志R（右）使用200 ng输入DNA的样品的比率和AF。(F类)图与中的相同E类但输入了3 ng DNA。注意日志中的轻微增加R（右）DNA输入量越低，比率变化越大。
图7。
图7。
配对与单样本分析。将来自配对乳腺肿瘤细胞系的不同起始DNA输入（10 ng和750 ng）与包含HumanHap300产品的基因座子集（～33000）的多样本BeadChip杂交。此外，Phi29用于扩增10 ng的gDNA，750 ng的扩增产物用于初始全基因组扩增步骤。总的来说，我们发现不同的gDNA输入对结果基因组图谱的影响通过配对样本分析得到了改善。(一个)在单样本模式下，日志中的可变性（标准偏差）R（右）Phi29扩增的gDNA、10 ng输入DNA和750 ng输入gDNA（来自顶部到底部). (B类)在成对取样模式下，对于相同的样本，8号染色体上的对数R比率变化减小。作为参考，肿瘤样本的AF显示在左下角同一肿瘤样本的Allele Freq受试者参考值（配对分析）显示在右下角使用配对样本分析，正常基因型和肿瘤基因型之间的等位基因频率差异非常明显。在适用的情况下，使用500-kb的移动中值（蓝线）。
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