检测先天性心脏缺陷制造技术

本公开描述了一种检测、诊断或预测先天性心脏缺陷(CHD)的方法。该方法主要是微创方法，因为其使用来自受试者的生物样本来检测受试者的核酸中的甲基化变化。该方法还涉及人工智能(AI)的应用。能(AI)的应用。能(AI)的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】and 5
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hydroxymethylcytosine.Nucleic Acid Res 2010；38：e125)。因此，除了测量5mC浓度之外，关于5hmC的同时信息将提供更详细的表观遗传信息和更精确的基因转录信息。发现5hmC水平在具有转录活性的基因的基因体中增强(Nester et al.2012)，因此与5mC相比对基因表达具有相反的作用。
[0008]其次，5hmC的浓度似乎是组织分化的重要机制和组织类型的标记(Nester et al.2012)。胎儿游离(cfF)DNA研究的主要限制是“胎儿”(更确切地说是作为胎儿器官的胎盘DNA)被从溶血白细胞溢出的母体DNA严重污染。因此，母体循环中的cfF DNA占妊娠中游离(cf)DNA的约10
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20％(Rafi et al.2017)。母体白细胞中的5hmC水平较低，测量胎儿cf DNA 5hmC水平应改善在母体循环中识别胎儿和/或胎盘cf DNA的特异性。
附图说明
[0009]图1A和1B示出了使用病例和对照之间显著差异的甲基化标记的个体β值产生的热图。层次聚类分析显示基于差异CpG甲基化的病例和对照的清晰的分离。CpG标记ID在右列中提供。
[0010]图2示出了差异甲基化的基因网络在心脏胚胎发育和先天性心脏缺陷形成中起重要作用。

技术实现思路

[0011]提供本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体说明书中进一步描述。
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的所有关键特征或必要特征，也不旨在单独使用以帮助确定所要求保护的主题的范围。
[0012]精准医学的基础是人工智能(AI)、大数据、组学技术和血液测试的发展的集成，以阐明复杂病症的发病机制并准确检测复杂病症(Mesko B，2017)。将胎儿游离DNA(cfF DNA)的表观基因组分析与AI技术组合用于询问胎儿非综合征性CHD的发病机制和检测胎儿非综合征性CHD。在这项前瞻性研究中，从母体血液中提取cfF DNA，并使用Illumina Infinium MethylationEPIC BeadChip阵列进行全基因组DNA甲基化分析。包括深度学习(DL)(最新的AI方法)的六种不同的AI平台被用于CHD检测。基于显著差异甲基化的位点的通路分析(Ingenuity Pathway Analysis)用于研究CHD的分子基础。
[0013]总共有12例孤立的CHD和26例对照。AI准确地检测到CHD。使用RF，五种CpG标记的组合具有AUC(95％CI)＝0.98(0.83
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1)，具有97％的灵敏度和93％的特异性；随后是SVM模型，具有AUC(95％CI)＝0.97(0.87
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1)，具有98％的灵敏度和94％的特异性，用于CHD检测。使用CpG标记和CHD胎儿的既往病史进行交叉验证的逻辑回归的AUC(95％CI)＝0.98(0.98
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0.97)，对CHD具有100％的灵敏度和85％的特异性。在非综合征性CHD中发现了参与心脏发育和心脏异常发展的基因和基因途径的表观遗传失调。这提供了发现不是随机发生的生物学确认或合理性。
[0014]本文所述的方法使用母体血液中cfF DNA的AI分析准确地检测胎儿CHD。申请人的数据进一步证明了表观遗传功能障碍在CHD非综合征发展中的作用。申请人的发现代表了胎儿心血管精准医学发展的进一步进展。
具体实施方式
[0015]在美国，出生缺陷(即，在胎儿生命中发展并在出生时存在的异常)是婴儿死亡的主要原因，其被定义为出生后一年内死亡。每1000个活产儿中发生CHD的频率为8
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9例。CHD是最常见的严重出生缺陷组，并且在住院治疗方面是最昂贵的。高达25％的新生儿重症CHD病例在出院前未能被诊断出。
[0016]胚胎和胎儿生命中的心脏发育需要大量不同基因的协调和编排。已知相对小百分比的CHD病例与基因突变有关，基因突变是指基本结构单元(“核苷酸”)排列在基因的DNA中的正常序列的变化。此类突变导致对正常心脏发育很重要的基因的功能障碍或无功能(即，异常类型蛋白质的量改变或产生)。
[0017]在过去的六十年中，已经发现并广泛研究了被称为“表观遗传学”的控制基因功能的重要机制。术语“表观遗传学”可用于描述基因与环境之间的相互作用。这些相互作用不会导致基因组序列本身的变化(没有核苷酸序列变化)，但会改变基因表达，这仍然是表型表达变化的原因。表观遗传学被定义为细胞基因表达的可遗传(即，传递给后代)变化，这些变化主要不是由于基因中核苷酸(腺嘌呤、硫胺素、鸟嘌呤和胞嘧啶)序列的突变或变化。表观遗传学是通过几种潜在机制对基因表达的可逆调节。研究最广泛的一种机制是DNA甲基化。其他机制包括DNA三维结构的变化、组蛋白修饰和微RNA抑制活性。已知表观遗传机制是广泛相互关联的。
[0018]胞嘧啶是指构建DNA的一组四个结构单元“核苷酸”中的一个。胞嘧啶的化学结构是嘧啶环的形式。除了胞嘧啶之外，DNA中发现的其他核苷酸或结构单元是硫胺素、腺嘌呤和鸟苷。
[0019]术语甲基化是指将“甲基”或单个碳原子酶促加成到胞嘧啶的嘧啶环的#5位，其导致胞嘧啶转化为5
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甲基
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胞嘧啶。如上所述的胞嘧啶甲基化是通过被称为DNA甲基转移酶(DNMT)的酶家族的作用而完成的。5
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甲基
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胞嘧啶在形成后易于突变或原始胞嘧啶化学转化以形成胸腺嘧啶。5
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甲基
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胞嘧啶占正常基因组中全部核苷酸碱基的约1％。
[0020]术语高甲基化是指当将来自目标个体或组的样本与正常或对照组进行比较时，特定胞嘧啶位点处的甲基化频率或百分比增加。
[0021]胞嘧啶通常与鸟苷(沿着单个DNA链的线性序列中的另一种核苷酸)配对以形成CpG对。“CpG”是指胞嘧啶
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磷酸
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鸟苷化学键，其中磷酸将两个核苷酸结合在一起。在哺乳动物中，在这些CpG对中大约70％至80％的胞嘧啶被甲基化(ChatterjeeR，Vinson C.Biochemica et Biophisica Acta2012；1819：763
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70)。术语“CpG岛”是指基因组中具有高浓度的CG二核苷酸对或CpG位点的区域。靠近哺乳动物DNA中的基因经常发现“CpG岛”。CpG岛占据的DNA长度通常为300
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3000个碱基对。CG簇位于同一条DNA单链上。CpG岛由各种标准定义，包括：i)占据至少200bp DNA的重复CG二核苷酸对的长度；和ii)片段的CG含量为至少50％，以及观察到的/预期的CpG比率应大于60％。在人类中，约70％的基因启动子区域具有高CG含量。CG二核苷酸对可能存在于基因中的其他地方或基因外，并且不知道与特定基因相关。
[0022]哺乳动物基因的大约40％的启动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种预测或诊断有需要的受试者中的先天性心脏缺陷(CHD)的方法，其中，所述方法包括：测定从所述受试者获得的、包含游离(cf)核酸的生物样本，以确定整个基因组中一个或多个位点处的胞嘧啶甲基化的频率或百分比；以及将所述样本的胞嘧啶甲基化水平与对照样本的胞嘧啶甲基化进行比较。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括使用人工智能(AI)技术。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法还包括使用包括以下机器学习算法中的一种或多种的人工智能(AI)技术：随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、线性判别分析(LDA)、微阵列分析预测(PAM)、广义线性模型(GLM)或深度学习(DL)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：计算所述受试者发展CHD的风险。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述对照样本来自一个或多个正常(健康)患者或来自一个或多个被诊断患有CHD的患者。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述生物样本包含体液。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述生物样本包括血液、血浆、血清、尿液、唾液、痰液、汗液、泪液、包括宫颈分泌物的生殖器分泌物、羊水、胎盘组织和在出生时获得的脐带血。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述cf核酸包含胎儿游离(cfF)核酸。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述生物样本包含来自妊娠早期、妊娠中期或妊娠晚期的cfF核酸。10.根据权利要求1至9中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷，
申请(专利权)人：生物筛分及诊断学有限责任公司，
类型：发明
国别省市：