拷貝數變異的檢測和分類制造技術

母體樣品中的母體DNA背景對任何試圖從樣品的母體染色體組中區分胎兒染色體的檢測而言都具有敏感性的操作限制。因此，對于依靠胎兒和母體染色體組之間的量化差異和/或實質差異的診斷和常規檢測來說，胎兒分數是需要考慮的重要參數。本發明專利技術提供了一種用于確定母體樣品中的胎兒分數的方法。該方法將胎兒分數作為歸一化染色體值或歸一化染色體區段值的函數來獲得。本發明專利技術用于確定胎兒分數的方法可以與其他方法結合，例如與將胎兒分數作為多態性中等位基因不平衡信息的函數來獲得的方法相結合，對母體樣品中的胎兒染色體或染色體區段的拷貝數變異進行分類。本發明專利技術還提供了實施所述方法的設備和試劑盒。

【技術實現步驟摘要】
拷貝數變異的檢測和分類
技術介紹
人類醫學研究中的關鍵努力之一是發現了對不良健康結果極其重要的遺傳性異常。在很多情況下，在基因組的多個部分中已經識別出了特定基因和/或關鍵診斷標記物，它們是以異常拷貝數存在的。例如，在產前診斷中，整個染色體的額外的或丟失的拷貝是經常發生的遺傳損傷。在癌癥中，整個染色體或染色體區段的拷貝缺失或倍增、以及基因組特定區域的更高水平的擴增是常見的情況。通過允許識別出結構性異常的細胞遺傳學分辨能力已經提供了關于拷貝數變異的大部分信息。用于遺傳篩選和生物劑量測定的多種常規程序已經利用了侵入性程序(例如羊膜穿刺)來獲得用于核型分析的細胞。認識到對不需要細胞培養的更迅速測試方法的需要，已經開發出了熒光原位雜交(FISH)、定量熒光PCR(QF-PCR)以及陣列-比較基因組雜交(陣列-CGH)來作為用于分析拷貝數變異的分子細胞遺傳學方法。允許在較短時間內對整個基因組進行測序的技術的出現、以及循環無細胞DNA(cfDNA)的發現已經提供了機會來將源自一個有待比較的的染色體遺傳物質與另一遺傳物質的染色體進行比較，而沒有與侵入性采樣過程相關的風險。然而，現存方法的多種限制(它們包括出自有限水平的cfDNA的不足的敏感性)以及出自基因組信息的固有性質的技術的測序偏差決定了對于無創性方法的持續性需求，這些無創性方法將提供特異性、敏感性、和適用性中任一項或全部，以便在多種臨床環境中可靠地確定拷貝數的變化。在此披露的實施方案滿足了以上需求中的一些，并且特別是在提供一種可靠方法方面給出了一種優勢，該方法至少適用于實施無創性產前診斷學、并且適用于診斷并監護癌癥病人中的轉移性進展。概述母體樣品中的母體DNA背景對任何試圖從樣品的母體染色體組中區分胎兒染色體的檢測而言都具有敏感性的操作限制。因此，對于依靠胎兒和母體染色體組之間的量化差異和/或實質差異的診斷和常規檢測來說，胎兒分數是需要考慮的重要參數。本專利技術提供了一種用于確定母體樣品中的胎兒分數的方法。該方法將胎兒分數作為歸一化染色體值或歸一化染色體區段值的函數來獲得。本專利技術用于確定胎兒分數的方法可以與其他方法結合，例如與將胎兒分數作為多態性中等位基因不平衡信息的函數來獲得的方法相結合，對母體樣品中的胎兒染色體或染色體區段的拷貝數變異進行分類。本專利技術還提供了實施所述方法的設備和試劑盒。供了多種方法用于在包括核酸混合物的測試樣品中確定感興趣序列的拷貝數變異(CNV)，這些核酸已知或被懷疑在感興趣的一個或多個序列的量上是不同的。這種方法包括一種統計方式，該統計方式法將來自過程相關的、染色體間的和序列間的變異性的累積性變異性考慮在內。該方法適用于確定任何胎兒非整倍性的CNV，以及已知或懷疑與多種醫學條件相關的多種CNV。根據本方法可以確定的CNV包括染色體1-22、X和Y中的任一個或多個的三體性或單體性，其他染色體的多體性，以及這些染色體中的任一個或多個的區段的缺失和/或復制，這些可以通過對測試樣品的核酸僅進行一次測序而檢測出。從通過測試樣品的核酸的僅進行一次測序而獲得的測序信息可以確定任何非整倍性。在一個實施方案中提供了一種方法，該方法用于在包含胎兒和母體核酸的母體測試樣品中確定存在或不存在任何四種或更多種不同的、完整的胎兒染色體性非整倍性。該方法的步驟包括：(a)獲得在母體測試樣品中胎兒的和母體核酸的序列信息；(b)使用該序列信息來針對選自染色體1-22、X、以及Y的感興趣的任何四個或更多個染色體中的每一個識別出一定數目的序列標簽，并且針對用于所述感興趣的任何四個或更多個染色體中的每一個的一個歸一化染色體序列識別出一定數目的序列標簽；(c)使用針對所述感興趣的任何四個或更多個染色體中的每一個識別出的所述序列標簽的數目以及針對每個所述歸一化染色體序列識別出的所述序列標簽的數目來針對所述感興趣的任何四個或更多個染色體中每一個計算出一個單染色體劑量；并且(d)將針對所述感興趣的任何四個或更多個染色體中的每一個的每個所述單染色體劑量與針對所述感興趣的任何四個或更多個染色體中的每一個的一個閾值進行比較，并且由此來確定在該母體測試樣品中存在或不存在任何四種或更多種完整的、不同的胎兒染色體性非整倍性。步驟(a)可以包括對一個測試樣品的這些核酸中的至少一部分進行測序，以獲得針對測試樣品的胎兒和母體核酸分子的所述序列信息。在一些實施方案中，步驟(c)包括針對每個所述感興趣的染色體來計算一個單染色體劑量，作為針對每個所述感興趣的染色體識別出的這個序列標簽的數目與針對每個所述感興趣的染色體的所述歸一化染色體序列識別出的這個序列標簽數目的比率。在一些其他實施方案中，步驟(c)包括：(i)通過使在步驟(b)中針對每個所述感興趣的染色體識別出的這個序列標簽的數目與每個所述感興趣的染色體的長度進行關聯來針對每個所述感興趣的染色體計算出一個序列標簽密度比；(ii)通過使在步驟(b)中針對每個所述歸一化染色體序列識別出的這個序列標簽的數目與每個所述歸一化染色體序列的長度進行關聯來針對每個所述歸一化染色體序列計算出一個序列標簽密度比；并且(iii)使用在步驟(i)和(ii)中計算出的這些序列標簽密度比來針對每個所述感興趣的染色體計算出一個單染色體劑量，其中該染色體劑量是作為針對每個所述感興趣的染色體的序列標簽密度比與針對每個所述感興趣的染色體的所述歸一化染色體序列的序列標簽密度比的比率來計算的。在另一個實施方案中提供了一種方法用于在包含胎兒和母體核酸的母體測試樣品中確定存在或不存在任何四種或更多種不同的、完整的胎兒染色體性非整倍性。該方法的步驟包括：(a)獲得針對在母體測試樣品中的胎兒和母體核酸的序列信息；(b)使用所述序列信息來針對選自染色體1-22、X、以及Y的感興趣的任何四個或更多個染色體中的每一個識別出一定數目的序列標簽、并且針對用于所述感興趣的任何四個或更多個染色體中的每一個的一個歸一化染色體序列識別出一定數目的序列標簽；(c)使用針對所述感興趣的任何四個或更多個染色體中的每一個識別出的所述序列標簽的數目以及針對每個所述歸一化染色體序列識別出的所述序列標簽的數目來針對所述感興趣的任何四個或更多個染色體中每一個計算出一個單染色體劑量；并且(d)將針對所述感興趣的任何四個或更多個染色體中的每一個的每個所述單染色體劑量與針對所述感興趣的任何四個或更多個染色體中的每一個的一個閾值進行比較，并且由此來確定在該母體測試樣品中存在或不存在任何四種或更多種完整的、不同的胎兒染色體性非整倍性，其中選自染色體1-22、X、以及Y的所述感興趣的任何四個或更多個染色體包括選自染色體1-22、X、以及Y的至少二十個染色體，并且其中確定了存在或不存在至少二十種不同的、完整的胎兒染色體性非整倍性。步驟(a)可以包括對測試樣品的這些核酸中的至少一部分進行測序，以獲得針對該測試樣品的胎兒和母體核酸分子的所述序列信息。在一些實施方案中，步驟(c)包括針對每個所述感興趣的染色體來計算一個單染色體劑量，作為針對每個所述感興趣的染色體識別出的這個序列標簽的數目與針對每個所述感興趣的染色體的所述歸一化染色體序列識別出的這個序列標簽數目的比率。在一些其他實施方案中，步驟(c)包括：(i)通過使在步驟(b)中針對每個所述感本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種醫學分析設備，用于確定包含胎兒和母體核酸的混合物的母體測試樣品中的胎兒分數，所述設備包括：(a)一個裝置，用于接收來自所述母體測試樣品中的所述胎兒和母體核酸多個序列讀數；(b)一個裝置，用于將所述多個序列讀數與一個或多個染色體參考序列進行比對，并且由此提供與這些序列讀數相應的多個序列標簽；(c)一個裝置，用于識別來自一個或多個感興趣的染色體或感興趣的染色體區段的那些序列標簽的一個數目，這些染色體或染色體區段選自染色體1?22、X和Y及其區段，并且用于針對所述一個或多個感興趣的染色體或感興趣的染色體區段中的每一個，識別來自至少一個歸一化染色體序列或歸一化染色體區段序列的那些序列標簽的一個數目，以確定一個染色體劑量或染色體區段劑量，其中，所述感興趣的染色體或感興趣的染色體區段具有拷貝數變異，其中所述拷貝數變異是通過將所述一個或多個感興趣的染色體或感興趣的染色體區段中的每一個染色體或染色體區段的所述染色體劑量與針對所述一個或多個感興趣的染色體或感興趣的染色體區段中的每一個染色體或染色體區段的一個相應閾值進行比較來確定的；以及(d)一個裝置，用于使用所述感興趣的染色體的劑量或所述感興趣的染色體區段的劑量來確定所述胎兒分數。...

【技術特征摘要】
2012.04.12 US 13/445,778;2012.05.29 US 13/482,9641.一種醫學分析設備，用于確定包含胎兒和母體核酸的混合物的母體測試樣品中的胎兒分數，所述設備包括：(a)一個裝置，用于接收來自所述母體測試樣品中的所述胎兒和母體核酸多個序列讀數；(b)一個裝置，用于將所述多個序列讀數與一個或多個染色體參考序列進行比對，并且由此提供與這些序列讀數相應的多個序列標簽；(c)一個裝置，用于識別來自一個或多個感興趣的染色體或感興趣的染色體區段的那些序列標簽的一個數目，這些染色體或染色體區段選自染色體1-22、X和Y及其區段，并且用于針對所述一個或多個感興趣的染色體或感興趣的染色體區段中的每一個，識別來自至少一個歸一化染色體序列或歸一化染色體區段序列的那些序列標簽的一個數目，以確定一個染色體劑量或染色體區段劑量，其中，所述感興趣的染色體或感興趣的染色體區段具有拷貝數變異，其中所述拷貝數變異是通過將所述一個或多個感興趣的染色體或感興趣的染色體區段中的每一個染色體或染色體區段的所述染色體劑量與針對所述一個或多個感興趣的染色體或感興趣的染色體區段中的每一個染色體或染色體區段的一個相應閾值進行比較來確定的；(d)一個裝置，用于使用所述感興趣的染色體的劑量或所述感興趣的染色體區段的劑量來確定所述胎兒分數；以及(e)一個裝置，該裝置用于計算歸一化的染色體值或歸一化的區段值，其中計算該歸一化的染色體值將所述染色體劑量與在一組合格樣品中的相應染色體劑量的平均值相關聯，作為：其中NCViA是在所述測試樣品中在第i個染色體上的歸一化的染色體值，和σiU分別是對于該組合格樣品中第i個染色體劑量的估算平均值和標準差，并且RiA是針對測試樣品中第i個染色體計算出的染色體劑量，其中所述第i個染色體是所述感興趣的染色體；其中計算該歸一化的區段值將所述染色體區段劑量與在一組合格樣品中的相應染色體區段劑量的平均值相關聯，作為其中NSViA是在所述測試樣品中在第i個染色體區段上的歸一化的染色體區段值，和σiU分別是對于該組合格樣品中第i個染色體區段劑量的估算平均值和標準差，并且RiA是針對測試樣品中第i個染色體區段計算出的染色體區段劑量，其中所述第i個染色體區段是所述感興趣的染色體區段；其中該裝置(d)根據以下表達式確定所述胎兒分數：ff＝2×|NCViACViU|其中ff是胎兒分數值，NCViA是在所述測試樣品中在第i個染色體上的歸一化的染色體值，并且CViU是在所述合格樣品中確定的第i個染色體的劑量的變異系數，其中所述第i個染色體是所述感興趣的染色體；或其中該裝置(d)根據以下表達式確定所述胎兒分數；ff＝2×|NSViACViU|其中ff是胎兒分數值，NSViA是在所述測試樣品中在第i個染色體區段上的歸一化的染色體區段值，并且CViU是在所述合格樣品中確定的第i個染色體區段的劑量的變異系數，其中所述第i個染色體區段是所述感興趣的染色體區段。2.如權利要求1所述的設備，其中通過裝置(c)確定的所述染色體劑量或區段劑量是作為針對所述感興趣的染色體或區段識別的序列標簽數目與針對所述感興趣的染色體或區段的至少一個相應的歸一化染色體序列或歸一化染色體區段序列識別的序列標簽數目的比率來計算的；或者其中通過裝置(c)確定的所述染色體劑量或區段劑量是作為所述感興趣的染色體或區段的序列標簽密度比與該歸一化染色體序列或歸一化染色體區段序列的序列標簽密度比的比率來計算的。3.如權利要求1所述的設備，其中所述感興趣的染色體是常染色體或者男性胎兒的X染色體，所述感興趣的染色體區段選自常染色體或者男性胎兒的X染色體。4.如權利要求1所述的設備，其中至少一個歸一化染色體序列或歸一化染色體區段序列是針對一個相關聯的感興趣的染色體或區段所選定的一個染色體或區段，這是通過以下方式進行的：(i)識別針對該感興趣的染色體或區段的多個合格樣品；(ii)使用多個潛在的歸一化染色體序列或歸一化染色體區段序列來針對該選定的染色體或區段重復計算染色體劑量或染色體區段劑量；并且(iii)單獨地或在一個組合中對該歸一化染色體序列或歸一化染色體區段序列進行選擇，從而在所計算的染色體劑量或染色體區段劑量中給出最小的變異性和/或最大的可分辨性。5.如權利要求1所述的設備，其中所述歸一化染色體序列是選自染色體1-22、X、和Y中任意一個或多個的單個染色體或一組染色體。6.如權利要求1所述的設備，其中所述歸一化區段序列是來自染色體1-22、X、和Y中任意一個或多個的單個區段或一組區段。7.如權利要求1所述的設備，其中所述拷貝數變異是選自下組，該組由以下各項組成：完整染色體復制、完整染色體缺失、部分復制、部分倍增、部分插入和部分缺失。8.如權利要求1所述的設備，進一步包括一個裝置，該裝置用于將使用染色體劑量或染色體區段劑量確定的所述胎兒分數與使用來自母體測試樣品的胎兒和母體核酸中表現出等位基因不平衡的存在于非所述感興趣染色體的染色體的一個或多個多態性的信息確定的胎兒分數進行比較。9.如權利要求1所述的設備，其中裝置(b)中的該比對包括比對至少一百萬個讀數。10.如權利要求1所述的設備，進一步包括一個測序儀，該測序儀被配置為對所述母體測試樣品中的胎兒和母體核酸進行測序，以獲得這些序列讀數。11.如權利要求10所述的設備，其中該測序包括對來自該母體測試樣品的無細胞DNA進行測序以提供這些序列讀數。12.如權利要求10所述的設備，其中所述測序包括對來自該母體測試樣品的這些母體和胎兒核酸進行大規模平行測序以產生這些序列讀數。13.如權利要求12所述的設備，其中所述大規模平行測序是合成法測序。14.如權利要求13所述的設備，其中所述合成法測序使用可逆染料終止子。15.如權利要求12所述的設備，其中所述大規模平行測序是連接法測序。16.如權利要求12所述的設備，其中所述大規模平行測序是單分子測序。17.如權利要求1所述的設備，進一步包括用于從一個懷孕生物體獲得所述母體測試樣品的裝置。18.如權利要求1所述的設備，其中所述母體樣品是一種血液、血漿、血清、或尿樣品。19.一種用于對胎兒基因組中的拷貝數變異進行分類的醫學分析設備，該設備包括：(1)一個裝置，用于從一個母體測試樣品中的胎兒和母體核酸接收多個序列讀數；(2)一個裝置，用于將這些序列讀數與一個或多個染色體參考序列進行比對并且由此提供與這些序列讀數相對應的多個序列標簽；(3)一個裝置，用于識別來自一個或多個感興趣的染色體的那些序列標簽的一個數目，并且確定該胎兒中的一個第一感興趣的染色體帶有一種拷貝數變異；(4)一個裝置，用于通過一種第一方法來計算一個第一胎兒分數值，該第一方法不使用來自該第一感興趣的染色體的這些標簽的信息；(5)一個裝置，用于通過一種第二方法來計算一個第二胎兒分數值，該第二方法使用來自該第一感興趣染色體的這些標簽的信息，其中所述裝置包括計算歸一化的染色體值的一個組件，還包括使用該歸一化的染色體值的一個組件，該歸一化的染色體值的計算將第一感興趣染色體的染色體劑量與在一組合格樣品中的相應染色體劑量的平均值相關聯，作為：其中NCViA是在所述測試樣品中在第i個染色體上的歸一化的染色體值，和σiU分別是對于該組合格樣品中第i個染色體的劑量的估算平均值和標準差，并且RiA是針對測試樣品中第i個染色體計算出的染色體劑量，其中所述第i個染色體是所述第一感興趣的染色體，并且(6)一個裝置，用于將該第一胎兒分數值與該第二胎兒分數值進行比較，并且使用該比較對該第一感興趣染色體的拷貝數變異進行分類；其中所述第一方法的裝置(4)中計算所述第一胎兒分數值的組件通過以下表達式求值：ff＝2×|NCViACViU|其中ff是胎兒分數值，NCViA是在所述測試樣品中在第i個染色體上的歸一化的染色體值，并且CViU是在所述合格樣品中確定的第i個染色體的劑量的變異系數，其中所述第i個染色體是所述感興趣的染色體；或其中所述第一方法的裝置(4)中計算所述第一胎兒分數值的組件通過以下表達式求值；ff＝2×|NSViACViU|其中ff是胎兒分數值，NSViA是在所述測試樣品中在第i個染色體區段上的歸一化的染色體區段值，并且CViU是在所述合格樣品中確定的第i個染色體區段的劑量的變異系數，其中所述第i個染色體區段是所述感興趣的染色體區段；其中所述第二方法的裝置(5)中計算所述第二胎兒分數值的組件通過以下表達式求值：ff＝2×|NCViACViU|其中ff是該第二胎兒分數值，NCViA是所述測試樣品中在第i個染色體上的歸一化的染色體值，并且CViU是在所述合格樣品中確定的所述第i個染色體的劑量的變異系數，其中所述第i個染色體是所述第一感興趣的染色體。20.如權...

【專利技術屬性】
技術研發人員：里查德·P·拉瓦，阿奴巴瑪·斯里尼瓦桑，
申請(專利權)人：維里納塔健康公司，
類型：發明
國別省市：