medgenМедицинская генетикаMedical Genetics2073-7998Publishing House «Genius Media» LLC10.25557/2073-7998.2023.05.54-62medgen-2291Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHЦитогеномный подход в диагностике инвертированных дупликаций со смежными терминальными делециямиCytogenomic approach in the diagnostics of inverted duplication/deletion rearrangementsЮрченкоД. А.YurchenkoD. A.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechye st., Moscow, 115522

dashalbv@mail.ruМиньженковаМ. Е.MinzhenkovaM. E.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechye st., Moscow, 115522

ТвеленеваА. А.TvelenevaA. A.

119333, г. Москва ул. Губкина, д. 3, корп. 1

3-1, Gubkina st., Moscow, 119333

ВоронцоваЕ. О.VorontsovaE. O.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

117997, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1

1, Moskvorechye st., Moscow, 115522

1, Ostrovitianov st., Moscow, 117997

ХарченкоТ. В.KharchenkoT. V.

191015, г. Санкт-Петербург, ул. Кирочная, д.41

41, Kirochnaya st., Saint-Petersburg, 191015

ШиловаН. В.ShilovaN. V.

115522, г. Москва, ул. Москворечье, д. 1

1, Moskvorechye st., Moscow, 115522

ФГБНУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова»РоссияResearch Centre for Medical GeneticsRussian FederationПАО «Центр Генетики и Репродуктивной Медицины «ГЕНЕТИКО»РоссияCenter of genetics and reproductive medicine GENETICORussian FederationФГБНУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова»; ФГАОУ ВО Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава РоссииРоссияResearch Centre for Medical Genetics; Russian National Research Medical University named after N. I. Pirogov, Ministry of Health of RussiaRussian FederationФГБОУ ВО Северо-западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияNorth-Western State Medical University named after I.I. MechnikovRussian Federation2023270720232255462Copyright © Юрченко Д.А., Миньженкова М.Е., Твеленева А.А., Воронцова Е.О., Харченко Т.В., Шилова Н.В., 20232023Юрченко Д.А., Миньженкова М.Е., Твеленева А.А., Воронцова Е.О., Харченко Т.В., Шилова Н.В.Yurchenko D.A., Minzhenkova M.E., Tveleneva A.A., Vorontsova E.O., Kharchenko T.V., Shilova N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.medgen-journal.ru/jour/article/view/2291

В статье обсуждается роль молекулярно-цитогенетических методов в контексте цитогеномной диагностики хромосомных аномалий. На сегодняшний день основным методом детекции вариаций числа копий участков ДНК (Сopy Number Variation – CNV) вклинической практике является хромосомный микроматричный анализ (ХМА). Однако, метод имеет существенное ограничение из-за отсутствия информации о числе и структуре хромосом, вовлеченных в перестройку, а также невозможности установить механизм, приводящий к определенному хромосомному дисбалансу. Поэтому возникает необходимость  использования дополнительного метода (или методов) для верификации результатов ХМА, одним из которых является флуоресцентная гибридизация in situ (FISH). Использование комплексного (цитогеномного) подхода в диагностике хромосомных перестроек позволяет не только детектировать CNV, нои определить структуру и предположить механизм формирования хромосомного дисбаланса. В своей работе мы показали возможность и важность использования дополнительных лабораторных генетических методов  на примере диагностики и изучения инвертированных дупликаций со смежными терминальными делециями (inv dup del). Разработанные несерийные (homemade) ДНК-зонды позволили детализировать структуру и подтвердить гипотезу об инвертированной ориентации дуплицированного сегмента на примере двух хромосомных перестроек — inv dup del(7q) и inv dup del(8p).  Продемонстрированный цитогеномный подход, позволяющий интерпертировать сложные хромосомные перестройки, такие как inv dup del, подчеркивает важность и необходимость персонализации каждого случая диагностики хромосомных аномалий.

The article describes the role of molecular cytogenetic methods in the context of cytogenomic approach of chromosomal abnormalities. Only the use of a complex (cytogenomic) approach in the diagnosis of chromosomal rearrangements makes it possible to detect CNV, as well as to determine the structure and mechanism of the formation of chromosomal imbalance. In our work, we have shown the possibility and importance of using additional research methods on the example of diagnosing and studying inverted duplications with adjacent terminal deletions (inv dup del). The developed homemade DNA-probes made it possible to detail the structure and confirm the hypothesis of the inverted orientation of the duplicated segment using two chromosome rearrangements, inv dup del(7q) and inv dup del(8p), as an example. The demonstrated cytogenomic approach, which allows the interpretation of complex chromosomal rearrangements such as inv dup del, highlights the importance and necessity of personalizing each case of chromosomal abnormality diagnosis.

цитогеномная диагностиканесерийные ДНК-зондыкоммерческие ДНК-зондыFISHхромосомный дисбалансinv dup delCNVcytogenomic approachhomemade DNA-probecommercial DNA-probeFISHchromosomal imbalanceinv dup delCNVИсследование проведено в рамках темы государственного задания № 122032300370-1 «Изучение структурно-функциональных особенностей и механизмов формирования хромосомных аномалий и геномного дисбаланса».The work was supported by the state task № 122032300370-1 “Study of structure-functional features and mechanisms of formation of the chromosomal abnormalities and genomic imbalance”.ReferencesLiehr T. Molecular Cytogenetics in the Era of Chromosomics and Cytogenomic Approaches. Front Genet. 2021; 13 (12): 720507.Liehr T. Molecular Cytogenetics in the Era of Chromosomics and Cytogenomic Approaches. Front Genet. 2021; 13 (12): 720507.Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Kurinnaia O.S., Zelenova M.A., Vasin K.S., Demidova I.A. et al. Molecular cytogenetic and cytopostgenomic analysis of the human genome. Research Results in Biomedicine. 2022; 8 (4): 412-423.Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Kurinnaia O.S., Zelenova M.A., Vasin K.S., Demidova I.A. et al. Molecular cytogenetic and cytopostgenomic analysis of the human genome. Research Results in Biomedicine. 2022; 8 (4): 412-423.Silva M., de Leeuw N., Mann K., Schuring-Blom H., Morgan S., Giardino D., et al. European guidelines for constitutional cytogenomic analysis. Eur J Hum Genet. 2019; 27 (1): 1-16. PubMed PMID: 30275486.Silva M., de Leeuw N., Mann K., Schuring-Blom H., Morgan S., Giardino D., et al. European guidelines for constitutional cytogenomic analysis. Eur J Hum Genet. 2019; 27 (1): 1-16. PubMed PMID: 30275486.Miller D.T., Adam M.P., Aradhya S., Biesecker L.G., Brothman A.R., Carter N.P., et. al. Consensus statement: chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental disabilities or congenital anomalies. Am J Hum Genet. 2010; 86 (5): 749-64.Miller D.T., Adam M.P., Aradhya S., Biesecker L.G., Brothman A.R., Carter N.P., et. al. Consensus statement: chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental disabilities or congenital anomalies. Am J Hum Genet. 2010; 86 (5): 749-64.Battaglia A., Doccini V., Bernardini L., Novelli A., Loddo S., Capalbo A., et al. Confirmation of chromosomal microarray as a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental delay, intellectual disability, autism spectrum disorders and dysmorphic features. Eur J Paediatr Neurol. 2013; 17 (6): 589-99. PubMed PMID: 23711909.Battaglia A., Doccini V., Bernardini L., Novelli A., Loddo S., Capalbo A., et al. Confirmation of chromosomal microarray as a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental delay, intellectual disability, autism spectrum disorders and dysmorphic features. Eur J Paediatr Neurol. 2013; 17 (6): 589-99. PubMed PMID: 23711909.Твеленёва А.А., Шилова Н.В. Методы верификации субмикроскопических клинически значимых вариаций числа копий участков ДНК. Медицинская генетика. 2019; 18 (3): 26-38.Tveleneva A.A., Shilova N.V. Metody verifikatsii submikroskopicheskikh klinicheski znachimykh variatsiy chisla kopiy uchastkov DNK [Methods for verification of submicroscopic pathogenic copy number variations]. Meditsinskaya genetika [Medical Genetics]. 2019;18(3):26-38. (In Russ.)Шилова Н.В., Миньженкова М.Е. Интерпретация клинически значимых вариаций числа копий ДНК. Медицинская генетика. 2018; 17 (10): 15-19.Shilova N.V., Minzhenkova M.E. Interpretatsiya klinicheski znachimykh variatsiy chisla kopiy DNK [Interpretation of pathogenic copy number variations]. Meditsinskaya genetika [Medical Genetics]. 2018;17(10):15-19. (In Russ.)McGowan-Jordan J., Hastings R. J., Moore S, editors. An International System for Human Cytogenetic Nomenclature (ISCN). Basel: Hartford: Karger; 2020.McGowan-Jordan J., Hastings R. J., Moore S, editors. An International System for Human Cytogenetic Nomenclature (ISCN). Basel: Hartford: Karger; 2020.Ye J., Coulouris G., Zaretskaya I., Cutcutache I., Rozen S., Madden T.L. Primer-BLAST: a tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction. BMC Bioinformatics. 2012; 13: 134.Ye J., Coulouris G., Zaretskaya I., Cutcutache I., Rozen S., Madden T.L. Primer-BLAST: a tool to design target-specific primers for polymerase chain reaction. BMC Bioinformatics. 2012; 13: 134.Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Yurov Y.B. Systems Cytogenomics: Are We Ready Yet? Curr Genomics. 2021; 22 (2): 75-78.Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Yurov Y.B. Systems Cytogenomics: Are We Ready Yet? Curr Genomics. 2021; 22 (2): 75-78.Dill F.J., Schertzer M., Sandercock J., Tischler B., Wood S. Inverted tandem duplication generates a duplication deficiency of chromosome 8p. Clin Genet. 1987; 32 (2): 109-13.Dill F.J., Schertzer M., Sandercock J., Tischler B., Wood S. Inverted tandem duplication generates a duplication deficiency of chromosome 8p. Clin Genet. 1987; 32 (2): 109-13.Zuffardi O., Bonaglia M., Ciccone R., Giorda R. Inverted duplications deletions: underdiagnosed rearrangements?? Clin Genet. 2009; 75 (6): 505-13.Zuffardi O., Bonaglia M., Ciccone R., Giorda R. Inverted duplications deletions: underdiagnosed rearrangements?? Clin Genet. 2009; 75 (6): 505-13.Shimokawa O., Kurosawa K., Ida T., Harada N., Kondoh T., Miyake N., et al. Molecular characterization of inv dup del(8p): analysis of five cases. Am J Med Genet A. 2004; 128A (2): 133-7.Shimokawa O., Kurosawa K., Ida T., Harada N., Kondoh T., Miyake N., et al. Molecular characterization of inv dup del(8p): analysis of five cases. Am J Med Genet A. 2004; 128A (2): 133-7.Garcia-Santiago F.A., Martinez-Glez V., Santos F., Garcia-Miñaur S., Mansilla E., Meneses A.G., et al. Analysis of invdupdel(8p) rearrangement: Clinical, cytogenetic and molecular characterization. Am J Med Genet A. 2015; 167A (5): 1018-25.Garcia-Santiago F.A., Martinez-Glez V., Santos F., Garcia-Miñaur S., Mansilla E., Meneses A.G., et al. Analysis of invdupdel(8p) rearrangement: Clinical, cytogenetic and molecular characterization. Am J Med Genet A. 2015; 167A (5): 1018-25.Rowe L.R., Lee J.Y., Rector L., Kaminsky E.B., Brothman A.R., Martin C.L., et al. U-type exchange is the most frequent mechanism for inverted duplication with terminal deletion rearrangements. J Med Genet. 2009; 46 (10): 694-702.Rowe L.R., Lee J.Y., Rector L., Kaminsky E.B., Brothman A.R., Martin C.L., et al. U-type exchange is the most frequent mechanism for inverted duplication with terminal deletion rearrangements. J Med Genet. 2009; 46 (10): 694-702.Yu S., Graf W.D. Telomere capture as a frequent mechanism for stabilization of the terminal chromosomal deletion associated with inverted duplication. Cytogenet Genome Res. 2010; 129 (4): 265-74.Yu S., Graf W.D. Telomere capture as a frequent mechanism for stabilization of the terminal chromosomal deletion associated with inverted duplication. Cytogenet Genome Res. 2010; 129 (4): 265-74.Ergün MA, Kula S, Karaer K, Perçin EF. A case with de novo inv dup del(8p) associated with dextrocardia and corpus callosum agenesis. Pediatr Int. 2010; 52 (5): 845-6.Ergün MA, Kula S, Karaer K, Perçin EF. A case with de novo inv dup del(8p) associated with dextrocardia and corpus callosum agenesis. Pediatr Int. 2010; 52 (5): 845-6.Pinkel D., Gray J.W., Trask B., van den Engh G., Fuscoe J., van Dekken H. Cytogenetic analysis by in situ hybridization with fluorescently labeled nucleic acid probes. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1986; 51 (1): 151-7.Pinkel D., Gray J.W., Trask B., van den Engh G., Fuscoe J., van Dekken H. Cytogenetic analysis by in situ hybridization with fluorescently labeled nucleic acid probes. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1986; 51 (1): 151-7.Liehr T. Fluorescence in Situ Hybridization (FISH) – Application Guide. 2nd ed. Berlin, Germany: Springer. 2017Liehr T. Fluorescence in Situ Hybridization (FISH) – Application Guide. 2nd ed. Berlin, Germany: Springer. 2017Fontana P., Bernardini L., Lombardi C., Giuffrida M.G., Ciavarella M., Capalbo A., et al. De Novo Inverted Duplication Deletion of 4p in a 14-Week-Old Male Fetus Aborted Due to Multiple Anomalies. J Pediatr Genet. 2021; 10 (3): 245-249.Fontana P., Bernardini L., Lombardi C., Giuffrida M.G., Ciavarella M., Capalbo A., et al. De Novo Inverted Duplication Deletion of 4p in a 14-Week-Old Male Fetus Aborted Due to Multiple Anomalies. J Pediatr Genet. 2021; 10 (3): 245-249.Chen C.P., Ko T.M., Wang L.K., Chern S.R., Wu P.S., Chen S.W., et al. Inv dup del(10p): Prenatal diagnosis and molecular cytogenetic characterization. Taiwan J Obstet Gynecol. 2019; 58 (5): 698-703.Chen C.P., Ko T.M., Wang L.K., Chern S.R., Wu P.S., Chen S.W., et al. Inv dup del(10p): Prenatal diagnosis and molecular cytogenetic characterization. Taiwan J Obstet Gynecol. 2019; 58 (5): 698-703.Жигалина Д.И., Скрябин Н.А., Васильева О.Ю., Лопаткина М.Е., Васильев С.А., Сивоха В. М., и др. FISH -диагностика хромосомной транслокации с использованием технологии синтеза локус-специфичных ДНК-зондов на основе ПЦР длинных фрагментов. Генетика. 2020; 56 (6). 704-713.Zhigalina D.I., Skryabin NA, Vasilieva OJ, Lopatkina ME, Vasiliev SA, Sivokha VM, et al. FISH diagnostics of chromosomal translocation with the technology of synthesis of locus-specific DNA probes based on long-range PCR. Russian Journal of Genetics. 2020;56(6): 739-746.Minzhenkova M.E., Yurchenko D.A., Semenova N.A., Markova Z.G., Tarlycheva A.A., Shilova N.V. Characterization of a complex chromosomal rearrangement in a girl with PURA syndrome. Genet. Mol. Res. 2022; 21(4): GMR19065.Minzhenkova M.E., Yurchenko D.A., Semenova N.A., Markova Z.G., Tarlycheva A.A., Shilova N.V. Characterization of a complex chromosomal rearrangement in a girl with PURA syndrome. Genet. Mol. Res. 2022; 21(4): GMR19065.Юрченко Д.А., Миньженкова М.Е., Маркова Ж.Г., Дадали Е.Л., Шилова Н.В. Комплексный подход к изучению структуры и происхождения дериватной хромосомы 8. Медицинская генетика. 2021; 20 (6): 41-50.Yurchenko D.A., Minzhenkova M.E., Markova Z.G., Dadali E.L., Shilova N.V. Kompleksnyj podhod k izucheniju struktury i proishozhdenija derivatnoj hromosomy 8 [Complex approach to the study of the Derivative Chromosome 8]. Medicinskaya genetika [Medical Genetics]. 2021;20(6):41-50. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.