拷贝数变异的检测和分类制造技术

母体样品中的母体DNA背景对任何试图从样品的母体染色体组中区分胎儿染色体的检测而言都具有敏感性的操作限制。因此，对于依靠胎儿和母体染色体组之间的量化差异和/或实质差异的诊断和常规检测来说，胎儿分数是需要考虑的重要参数。本发明专利技术提供了一种用于确定母体样品中的胎儿分数的方法。该方法将胎儿分数作为归一化染色体值或归一化染色体区段值的函数来获得。本发明专利技术用于确定胎儿分数的方法可以与其他方法结合，例如与将胎儿分数作为多态性中等位基因不平衡信息的函数来获得的方法相结合，对母体样品中的胎儿染色体或染色体区段的拷贝数变异进行分类。本发明专利技术还提供了实施所述方法的设备和试剂盒。

【技术实现步骤摘要】
拷贝数变异的检测和分类
技术介绍
人类医学研究中的关键努力之一是发现了对不良健康结果极其重要的遗传性异常。在很多情况下，在基因组的多个部分中已经识别出了特定基因和/或关键诊断标记物，它们是以异常拷贝数存在的。例如，在产前诊断中，整个染色体的额外的或丢失的拷贝是经常发生的遗传损伤。在癌症中，整个染色体或染色体区段的拷贝缺失或倍增、以及基因组特定区域的更高水平的扩增是常见的情况。通过允许识别出结构性异常的细胞遗传学分辨能力已经提供了关于拷贝数变异的大部分信息。用于遗传筛选和生物剂量测定的多种常规程序已经利用了侵入性程序(例如羊膜穿刺)来获得用于核型分析的细胞。认识到对不需要细胞培养的更迅速测试方法的需要，已经开发出了荧光原位杂交(FISH)、定量荧光PCR(QF-PCR)以及阵列-比较基因组杂交(阵列-CGH)来作为用于分析拷贝数变异的分子细胞遗传学方法。允许在较短时间内对整个基因组进行测序的技术的出现、以及循环无细胞DNA(cfDNA)的发现已经提供了机会来将源自一个有待比较的的染色体遗传物质与另一遗传物质的染色体进行比较，而没有与侵入性采样过程相关的风险。然而，现存方法的多种限制(它们包括出自有限水平的cfDNA的不足的敏感性)以及出自基因组信息的固有性质的技术的测序偏差决定了对于无创性方法的持续性需求，这些无创性方法将提供特异性、敏感性、和适用性中任一项或全部，以便在多种临床环境中可靠地确定拷贝数的变化。在此披露的实施方案满足了以上需求中的一些，并且特别是在提供一种可靠方法方面给出了一种优势，该方法至少适用于实施无创性产前诊断学、并且适用于诊断并监护癌症病人中的转移性进展。概述母体样品中的母体DNA背景对任何试图从样品的母体染色体组中区分胎儿染色体的检测而言都具有敏感性的操作限制。因此，对于依靠胎儿和母体染色体组之间的量化差异和/或实质差异的诊断和常规检测来说，胎儿分数是需要考虑的重要参数。本专利技术提供了一种用于确定母体样品中的胎儿分数的方法。该方法将胎儿分数作为归一化染色体值或归一化染色体区段值的函数来获得。本专利技术用于确定胎儿分数的方法可以与其他方法结合，例如与将胎儿分数作为多态性中等位基因不平衡信息的函数来获得的方法相结合，对母体样品中的胎儿染色体或染色体区段的拷贝数变异进行分类。本专利技术还提供了实施所述方法的设备和试剂盒。供了多种方法用于在包括核酸混合物的测试样品中确定感兴趣序列的拷贝数变异(CNV)，这些核酸已知或被怀疑在感兴趣的一个或多个序列的量上是不同的。这种方法包括一种统计方式，该统计方式法将来自过程相关的、染色体间的和序列间的变异性的累积性变异性考虑在内。该方法适用于确定任何胎儿非整倍性的CNV，以及已知或怀疑与多种医学条件相关的多种CNV。根据本方法可以确定的CNV包括染色体1-22、X和Y中的任一个或多个的三体性或单体性，其他染色体的多体性，以及这些染色体中的任一个或多个的区段的缺失和/或复制，这些可以通过对测试样品的核酸仅进行一次测序而检测出。从通过测试样品的核酸的仅进行一次测序而获得的测序信息可以确定任何非整倍性。在一个实施方案中提供了一种方法，该方法用于在包含胎儿和母体核酸的母体测试样品中确定存在或不存在任何四种或更多种不同的、完整的胎儿染色体性非整倍性。该方法的步骤包括：(a)获得在母体测试样品中胎儿的和母体核酸的序列信息；(b)使用该序列信息来针对选自染色体1-22、X、以及Y的感兴趣的任何四个或更多个染色体中的每一个识别出一定数目的序列标签，并且针对用于所述感兴趣的任何四个或更多个染色体中的每一个的一个归一化染色体序列识别出一定数目的序列标签；(c)使用针对所述感兴趣的任何四个或更多个染色体中的每一个识别出的所述序列标签的数目以及针对每个所述归一化染色体序列识别出的所述序列标签的数目来针对所述感兴趣的任何四个或更多个染色体中每一个计算出一个单染色体剂量；并且(d)将针对所述感兴趣的任何四个或更多个染色体中的每一个的每个所述单染色体剂量与针对所述感兴趣的任何四个或更多个染色体中的每一个的一个阈值进行比较，并且由此来确定在该母体测试样品中存在或不存在任何四种或更多种完整的、不同的胎儿染色体性非整倍性。步骤(a)可以包括对一个测试样品的这些核酸中的至少一部分进行测序，以获得针对测试样品的胎儿和母体核酸分子的所述序列信息。在一些实施方案中，步骤(c)包括针对每个所述感兴趣的染色体来计算一个单染色体剂量，作为针对每个所述感兴趣的染色体识别出的这个序列标签的数目与针对每个所述感兴趣的染色体的所述归一化染色体序列识别出的这个序列标签数目的比率。在一些其他实施方案中，步骤(c)包括：(i)通过使在步骤(b)中针对每个所述感兴趣的染色体识别出的这个序列标签的数目与每个所述感兴趣的染色体的长度进行关联来针对每个所述感兴趣的染色体计算出一个序列标签密度比；(ii)通过使在步骤(b)中针对每个所述归一化染色体序列识别出的这个序列标签的数目与每个所述归一化染色体序列的长度进行关联来针对每个所述归一化染色体序列计算出一个序列标签密度比；并且(iii)使用在步骤(i)和(ii)中计算出的这些序列标签密度比来针对每个所述感兴趣的染色体计算出一个单染色体剂量，其中该染色体剂量是作为针对每个所述感兴趣的染色体的序列标签密度比与针对每个所述感兴趣的染色体的所述归一化染色体序列的序列标签密度比的比率来计算的。在另一个实施方案中提供了一种方法用于在包含胎儿和母体核酸的母体测试样品中确定存在或不存在任何四种或更多种不同的、完整的胎儿染色体性非整倍性。该方法的步骤包括：(a)获得针对在母体测试样品中的胎儿和母体核酸的序列信息；(b)使用所述序列信息来针对选自染色体1-22、X、以及Y的感兴趣的任何四个或更多个染色体中的每一个识别出一定数目的序列标签、并且针对用于所述感兴趣的任何四个或更多个染色体中的每一个的一个归一化染色体序列识别出一定数目的序列标签；(c)使用针对所述感兴趣的任何四个或更多个染色体中的每一个识别出的所述序列标签的数目以及针对每个所述归一化染色体序列识别出的所述序列标签的数目来针对所述感兴趣的任何四个或更多个染色体中每一个计算出一个单染色体剂量；并且(d)将针对所述感兴趣的任何四个或更多个染色体中的每一个的每个所述单染色体剂量与针对所述感兴趣的任何四个或更多个染色体中的每一个的一个阈值进行比较，并且由此来确定在该母体测试样品中存在或不存在任何四种或更多种完整的、不同的胎儿染色体性非整倍性，其中选自染色体1-22、X、以及Y的所述感兴趣的任何四个或更多个染色体包括选自染色体1-22、X、以及Y的至少二十个染色体，并且其中确定了存在或不存在至少二十种不同的、完整的胎儿染色体性非整倍性。步骤(a)可以包括对测试样品的这些核酸中的至少一部分进行测序，以获得针对该测试样品的胎儿和母体核酸分子的所述序列信息。在一些实施方案中，步骤(c)包括针对每个所述感兴趣的染色体来计算一个单染色体剂量，作为针对每个所述感兴趣的染色体识别出的这个序列标签的数目与针对每个所述感兴趣的染色体的所述归一化染色体序列识别出的这个序列标签数目的比率。在一些其他实施方案中，步骤(c)包括：(i)通过使在步骤(b)中针对每个所述感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医学分析设备，用于确定包含胎儿和母体核酸的混合物的母体测试样品中的胎儿分数，所述设备包括：(a)一个装置，用于接收来自所述母体测试样品中的所述胎儿和母体核酸多个序列读数；(b)一个装置，用于将所述多个序列读数与一个或多个染色体参考序列进行比对，并且由此提供与这些序列读数相应的多个序列标签；(c)一个装置，用于识别来自一个或多个感兴趣的染色体或感兴趣的染色体区段的那些序列标签的一个数目，这些染色体或染色体区段选自染色体1?22、X和Y及其区段，并且用于针对所述一个或多个感兴趣的染色体或感兴趣的染色体区段中的每一个，识别来自至少一个归一化染色体序列或归一化染色体区段序列的那些序列标签的一个数目，以确定一个染色体剂量或染色体区段剂量，其中，所述感兴趣的染色体或感兴趣的染色体区段具有拷贝数变异，其中所述拷贝数变异是通过将所述一个或多个感兴趣的染色体或感兴趣的染色体区段中的每一个染色体或染色体区段的所述染色体剂量与针对所述一个或多个感兴趣的染色体或感兴趣的染色体区段中的每一个染色体或染色体区段的一个相应阈值进行比较来确定的；以及(d)一个装置，用于使用所述感兴趣的染色体的剂量或所述感兴趣的染色体区段的剂量来确定所述胎儿分数。...

【技术特征摘要】
2012.04.12 US 13/445,778;2012.05.29 US 13/482,9641.一种医学分析设备，用于确定包含胎儿和母体核酸的混合物的母体测试样品中的胎儿分数，所述设备包括：(a)一个装置，用于接收来自所述母体测试样品中的所述胎儿和母体核酸多个序列读数；(b)一个装置，用于将所述多个序列读数与一个或多个染色体参考序列进行比对，并且由此提供与这些序列读数相应的多个序列标签；(c)一个装置，用于识别来自一个或多个感兴趣的染色体或感兴趣的染色体区段的那些序列标签的一个数目，这些染色体或染色体区段选自染色体1-22、X和Y及其区段，并且用于针对所述一个或多个感兴趣的染色体或感兴趣的染色体区段中的每一个，识别来自至少一个归一化染色体序列或归一化染色体区段序列的那些序列标签的一个数目，以确定一个染色体剂量或染色体区段剂量，其中，所述感兴趣的染色体或感兴趣的染色体区段具有拷贝数变异，其中所述拷贝数变异是通过将所述一个或多个感兴趣的染色体或感兴趣的染色体区段中的每一个染色体或染色体区段的所述染色体剂量与针对所述一个或多个感兴趣的染色体或感兴趣的染色体区段中的每一个染色体或染色体区段的一个相应阈值进行比较来确定的；(d)一个装置，用于使用所述感兴趣的染色体的剂量或所述感兴趣的染色体区段的剂量来确定所述胎儿分数；以及(e)一个装置，该装置用于计算归一化的染色体值或归一化的区段值，其中计算该归一化的染色体值将所述染色体剂量与在一组合格样品中的相应染色体剂量的平均值相关联，作为：其中NCViA是在所述测试样品中在第i个染色体上的归一化的染色体值，和σiU分别是对于该组合格样品中第i个染色体剂量的估算平均值和标准差，并且RiA是针对测试样品中第i个染色体计算出的染色体剂量，其中所述第i个染色体是所述感兴趣的染色体；其中计算该归一化的区段值将所述染色体区段剂量与在一组合格样品中的相应染色体区段剂量的平均值相关联，作为其中NSViA是在所述测试样品中在第i个染色体区段上的归一化的染色体区段值，和σiU分别是对于该组合格样品中第i个染色体区段剂量的估算平均值和标准差，并且RiA是针对测试样品中第i个染色体区段计算出的染色体区段剂量，其中所述第i个染色体区段是所述感兴趣的染色体区段；其中该装置(d)根据以下表达式确定所述胎儿分数：ff＝2×|NCViACViU|其中ff是胎儿分数值，NCViA是在所述测试样品中在第i个染色体上的归一化的染色体值，并且CViU是在所述合格样品中确定的第i个染色体的剂量的变异系数，其中所述第i个染色体是所述感兴趣的染色体；或其中该装置(d)根据以下表达式确定所述胎儿分数；ff＝2×|NSViACViU|其中ff是胎儿分数值，NSViA是在所述测试样品中在第i个染色体区段上的归一化的染色体区段值，并且CViU是在所述合格样品中确定的第i个染色体区段的剂量的变异系数，其中所述第i个染色体区段是所述感兴趣的染色体区段。2.如权利要求1所述的设备，其中通过装置(c)确定的所述染色体剂量或区段剂量是作为针对所述感兴趣的染色体或区段识别的序列标签数目与针对所述感兴趣的染色体或区段的至少一个相应的归一化染色体序列或归一化染色体区段序列识别的序列标签数目的比率来计算的；或者其中通过装置(c)确定的所述染色体剂量或区段剂量是作为所述感兴趣的染色体或区段的序列标签密度比与该归一化染色体序列或归一化染色体区段序列的序列标签密度比的比率来计算的。3.如权利要求1所述的设备，其中所述感兴趣的染色体是常染色体或者男性胎儿的X染色体，所述感兴趣的染色体区段选自常染色体或者男性胎儿的X染色体。4.如权利要求1所述的设备，其中至少一个归一化染色体序列或归一化染色体区段序列是针对一个相关联的感兴趣的染色体或区段所选定的一个染色体或区段，这是通过以下方式进行的：(i)识别针对该感兴趣的染色体或区段的多个合格样品；(ii)使用多个潜在的归一化染色体序列或归一化染色体区段序列来针对该选定的染色体或区段重复计算染色体剂量或染色体区段剂量；并且(iii)单独地或在一个组合中对该归一化染色体序列或归一化染色体区段序列进行选择，从而在所计算的染色体剂量或染色体区段剂量中给出最小的变异性和/或最大的可分辨性。5.如权利要求1所述的设备，其中所述归一化染色体序列是选自染色体1-22、X、和Y中任意一个或多个的单个染色体或一组染色体。6.如权利要求1所述的设备，其中所述归一化区段序列是来自染色体1-22、X、和Y中任意一个或多个的单个区段或一组区段。7.如权利要求1所述的设备，其中所述拷贝数变异是选自下组，该组由以下各项组成：完整染色体复制、完整染色体缺失、部分复制、部分倍增、部分插入和部分缺失。8.如权利要求1所述的设备，进一步包括一个装置，该装置用于将使用染色体剂量或染色体区段剂量确定的所述胎儿分数与使用来自母体测试样品的胎儿和母体核酸中表现出等位基因不平衡的存在于非所述感兴趣染色体的染色体的一个或多个多态性的信息确定的胎儿分数进行比较。9.如权利要求1所述的设备，其中装置(b)中的该比对包括比对至少一百万个读数。10.如权利要求1所述的设备，进一步包括一个测序仪，该测序仪被配置为对所述母体测试样品中的胎儿和母体核酸进行测序，以获得这些序列读数。11.如权利要求10所述的设备，其中该测序包括对来自该母体测试样品的无细胞DNA进行测序以提供这些序列读数。12.如权利要求10所述的设备，其中所述测序包括对来自该母体测试样品的这些母体和胎儿核酸进行大规模平行测序以产生这些序列读数。13.如权利要求12所述的设备，其中所述大规模平行测序是合成法测序。14.如权利要求13所述的设备，其中所述合成法测序使用可逆染料终止子。15.如权利要求12所述的设备，其中所述大规模平行测序是连接法测序。16.如权利要求12所述的设备，其中所述大规模平行测序是单分子测序。17.如权利要求1所述的设备，进一步包括用于从一个怀孕生物体获得所述母体测试样品的装置。18.如权利要求1所述的设备，其中所述母体样品是一种血液、血浆、血清、或尿样品。19.一种用于对胎儿基因组中的拷贝数变异进行分类的医学分析设备，该设备包括：(1)一个装置，用于从一个母体测试样品中的胎儿和母体核酸接收多个序列读数；(2)一个装置，用于将这些序列读数与一个或多个染色体参考序列进行比对并且由此提供与这些序列读数相对应的多个序列标签；(3)一个装置，用于识别来自一个或多个感兴趣的染色体的那些序列标签的一个数目，并且确定该胎儿中的一个第一感兴趣的染色体带有一种拷贝数变异；(4)一个装置，用于通过一种第一方法来计算一个第一胎儿分数值，该第一方法不使用来自该第一感兴趣的染色体的这些标签的信息；(5)一个装置，用于通过一种第二方法来计算一个第二胎儿分数值，该第二方法使用来自该第一感兴趣染色体的这些标签的信息，其中所述装置包括计算归一化的染色体值的一个组件，还包括使用该归一化的染色体值的一个组件，该归一化的染色体值的计算将第一感兴趣染色体的染色体剂量与在一组合格样品中的相应染色体剂量的平均值相关联，作为：其中NCViA是在所述测试样品中在第i个染色体上的归一化的染色体值，和σiU分别是对于该组合格样品中第i个染色体的剂量的估算平均值和标准差，并且RiA是针对测试样品中第i个染色体计算出的染色体剂量，其中所述第i个染色体是所述第一感兴趣的染色体，并且(6)一个装置，用于将该第一胎儿分数值与该第二胎儿分数值进行比较，并且使用该比较对该第一感兴趣染色体的拷贝数变异进行分类；其中所述第一方法的装置(4)中计算所述第一胎儿分数值的组件通过以下表达式求值：ff＝2×|NCViACViU|其中ff是胎儿分数值，NCViA是在所述测试样品中在第i个染色体上的归一化的染色体值，并且CViU是在所述合格样品中确定的第i个染色体的剂量的变异系数，其中所述第i个染色体是所述感兴趣的染色体；或其中所述第一方法的装置(4)中计算所述第一胎儿分数值的组件通过以下表达式求值；ff＝2×|NSViACViU|其中ff是胎儿分数值，NSViA是在所述测试样品中在第i个染色体区段上的归一化的染色体区段值，并且CViU是在所述合格样品中确定的第i个染色体区段的剂量的变异系数，其中所述第i个染色体区段是所述感兴趣的染色体区段；其中所述第二方法的装置(5)中计算所述第二胎儿分数值的组件通过以下表达式求值：ff＝2×|NCViACViU|其中ff是该第二胎儿分数值，NCViA是所述测试样品中在第i个染色体上的归一化的染色体值，并且CViU是在所述合格样品中确定的所述第i个染色体的剂量的变异系数，其中所述第i个染色体是所述第一感兴趣的染色体。20.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：里查德·P·拉瓦，阿奴巴玛·斯里尼瓦桑，
申请(专利权)人：维里纳塔健康公司，
类型：发明
国别省市：