Материнская и эмбриональная ДНК в плазме крови матери фрагментирована не случайным образом

Подготовила Елена Клещенко

Перспективное направление молекулярной диагностики — обнаружение ДНК в плазме крови, например донор-специфической ДНК после трансплантации, опухолевой ДНК у онкобольных или ДНК плода в крови матери для неинвазивной пренатальной диагностики. Одна из важнейших задач в последнем случае — разделить фракции материнской и эмбриональной ДНК. Китайские исследователи обнаружили связь между размерами фрагментов ДНК в крови матери и их концевыми участками.

ДНК в плазме фрагментирована не случайным образом: в ее распределении по размеру есть пик на уровне 166 п.н., а для размеров меньше 150 п.н. наблюдается периодичность с шагом 10 п.н. Предполагается, что это связано с нуклеосомной структурой ДНК. Вокруг нуклеосомного ядра обвит участок ДНК длиной около 147 п.н., с шагом спирали около 10 п.н., и линкерной ДНК (размер линкерного участка варьирует от 0 до 80 п.н., средний размер около 20 п.н.).

Известно, что фетальная ДНК в материнской плазме, происходящая из клеток плаценты, короче материнской, которая происходит из клеток крови. Это различие в размерах используется для пренатальной диагностики, в частности, при выявлении анеуплоидий и анализе фетального метилома. Глубокое секвенирование фрагментов материнской и плодной ДНК также показало, что они статистически различаются по концевым участкам: у материнской на концах фрагментов чаще оказываются одни последовательности, у эмбриональной другие.

Группа исследователей из Гонконга провела интегративный анализ, сопоставив предпочтительные концевые сайты с размерными характеристиками фрагментов ДНК. Они выявили связь между концевыми участками и вероятными размерами молекул — существование своего рода меток «кор.» и «дл.» на концах фрагментов. Так, концевые участки, более характерные для ДНК плода, чаще происходили из последовательностей, связанных с ядром нуклеосомы, а концевые участки материнской ДНК чаще находились в линкерных областях. Это наблюдение объясняет и тот факт, что фрагменты ДНК плода в материнской плазме сравнительно короткие, и приближает нас к пониманию механизма фрагментирования. Авторы работы продемонстрировали, что нуклеосомы в плацентарных клетках более доступны для расщепления ДНК, чем в лейкоцитах.

Интересно, что в плазме небеременных здоровых испытуемых тоже присутствуют короткие и длинные фрагменты ДНК с аналогичными концевыми метками (хотя коротких фрагментов у них меньше). Можно предположить, что взаимосвязь предпочтительных концов фрагментов, размеров фрагментов и доступности хроматина для деградации является общей и не обусловлена исключительно беременностью.

Эти результаты представляются полезными для дальнейшего развития неинвазивной пренатальной диагностики. В частности, как показали сами авторы работы, использование полученных данных повышает точность выделения фракции ДНК плода и облегчает неинвазивное выявление трисомии по хромосоме 21 (синдрома Дауна). По мнению авторов статьи, необходимо провести более глубокое исследование механизмов фрагментирования и их связи со структурой нуклеосом.

Источник

Kun Sun et al. // Size-tagged preferred ends in maternal plasma DNA shed light on the production mechanism and show utility in noninvasive prenatal testing. // PNAS May 14, 2018, 201804134; published ahead of print May 14, 2018. DOI: 10.1073/pnas.1804134115