ROH大揭秘！

ROH、LCSH、LOH、AOH一直以来很容易被混淆，这些名词究竟有什么区别呢？

ROH（region of homozygosity）

纯合性区域，是指在拷贝数正常状态下，该区域内基因组序列表现为纯合；

LCSH（long continuous stretches of

homozygosity）

长连续性纯合片段，与ROH本质是一样的；

LOH（loss of heterozygosity）

杂合性丢失，表现为该区域内不存在杂合的状态；可以是拷贝数为2，也可以是发生缺失拷贝数为1的情况；

AOH（absence of heterozygosity）

杂合性不存在，和LOH一样，可以是拷贝数为2或发生缺失拷贝数为1的情况；

IBD、UPD跟ROH又是什么关系呢？今天小编带大家一起揭开ROH的神秘面纱。

1. 当ROH累及多条染色体优先考虑IBD：

血缘同源IBD（identity-by descent）：亲属个体基因序列由某一共同祖先基因复制而来，虽然异常同源染色体分别来自父母，但是基因序列完全相同，导致出现纯合区域。这种情况的亲代往往具有不同程度的近亲血缘关系，大多数由于近亲结婚导致。

基于ROH计算基因组近交系数 (FROH)：

其中，∑LROH为常染色体上ROH片段的长度之和，Lauto为常染色体物理总长度。

表格来源：Kearney (2011) Clin Lab Med 31, 595

常染色体上≥5Mb的ROH长度总和与常染色体总长的比值（2881Mb,GRCh37/h19）为基因组近交系数 (FROH)，可以用来评估亲缘关系；大于25%提示一级亲缘关系；12.5%提示二级亲缘关系；6.25%提示三级亲缘关系；若该比例≥6.25%（ROH片段总长接近180Mb），建议在报告中注明“基因组大片段纯合区域较多，常染色体隐性遗传病的发病风险增高”；小于三级亲缘关系不建议报告。

2. 当ROH累及1~2条染色体优先考虑UPD：

单亲二体(uniparental disomy,UPD)的概念在1980年由Eric Engel首先提出，指一个个体的两条同源染色体均遗传自一个亲本，或来自亲本一方的染色体片段被另一方的同源部分取代。

2.1 UPD根据染色体来源和组成的不同可以分为：

单亲异二体(heterodisomy，hetero-UPD):两条染色体来自同一亲本的两条同源染色体。

单亲同二体(isodisomy，iso-UPD):两条染色体来自同一亲本的同一染色体。

复合型单亲二体(mix-UPD):部分表现为单亲同二体，部分表现为单亲异二体。

片段性单亲二体(seg-UPD):染色体的一部分表现为UPD。

2.2 UPD产生机制：

UPD通常是由两个不分离事件引起的，第一个发生在减数分裂过程中，第二个发生在有丝分裂过程中。在第一次减数分裂过程中，同源染色体不分离，可能导致配子中存在同一亲本的两个不同的同源基因，最终导致单亲异二体；在第二次减数分裂过程中，姐妹染色体单体不分离，产生的配子可能是二体型，也可能不存在相应染色体，最终导致单亲同二体。减数分裂产生的异常配子形成受精卵后，在有丝分裂的过程中会通过以下不同的机制来达到平衡，这就是产生UPD的第二步。

a. 三体自救：减数分裂过程中由于同源染色体不分离或姐妹染色单体不分离产生的异常配子与正常单体型配子结合形成三倍体受精卵，这个受精卵在有丝分裂过程中为了达到平衡，随机丢掉一条染色体。这个过程叫做三体自救。大部分的不分离事件发生在卵子形成的第一次减数分裂过程中，因此三体的构成更有可能是两条不同的母源性染色体加上一条父源性染色体。三体自救后丢失一条父源性染色体从而产生母源性hetero-UPD。

b. 单体自救：减数分裂过程中的不分离事件产生的空配子与正常单体型配子结合形成单倍体受精卵，单倍体通过自我复制产生二倍体配子，从而产生iso-UPD。单体自救比三体自救更罕见。

c. 有丝分裂重组：在形成受精卵后，由于早期胚胎发生染色单体之间的有丝分裂重组，导致染色体末端会存在嵌合片段性UPD。

图片来源：Gaudio (2020) Genet Med 22, 1133

UPD也会由于染色体结构异常而产生，比如罗伯逊易位、等臂染色体、相互易位、衍生染色体和染色体倒位等。另外也有一些罕见的机制导致的UPD，比如受精后分裂错误（体细胞重组或者基因转换）、配子互补、衍生染色体的体细胞重组、染色单体交换校正和导致产生额外小标记染色体(sSMC)的各种机制。

图片来源：Yamazawa (2010) Am J Med Genet C Semin Med Genet 154C, 329

2.3 UPD的临床意义

那么，是不是所有的UPD都是致病的呢？据ACMG-UPD指南（2020版）报道，分析23andMe公司的4,400,363例样本和UK Biobank的431,094例样本发现，普通人群中UPD发生率达1/2000；最常出现在1号、4号、16号、21号、22号和X染色体；普通人群中母源UPD发生率为父源UPD的3倍。

图片来源：Nakka (2019) Am J Hum Genet105, 921

已报道的UPD病例在 6、7、11、14 和 15 号染色体上最常见，研究发现已报道的UPD病例偏向于UPD会导致临床表现的染色体，并不能代表UPD在普通人群中的真实分布。

图片来源：Liehr (2010) Mol Cytogenet 3, 8

大部分染色体的UPD并不会导致相关的临床表型。但是当UPD存在于6、7、11、14、15以及20号染色体时，由于这些染色体上的基因的表达会根据亲本来源或者印记而有所区别，就会导致异常临床表型出现。暂时性新生儿糖尿病(TNDM, MIM 601410)、Russell–Silver综合征(RSS,MIM 180860)、Beckwith–Wiedemann综合征(BWS,MIM 130650)、Temple综合征(TS,MIM 616222)、Kagami–Ogata综合征(KOS,MIM 608149)、Prader–Willi综合征（PWS，MIM 176270）、Angelman综合征（AS, MIM 105830）、Mulchandani–Bhoj–Conlin综合征（MIM 617352），这些都是已经明确的位于6、7、11、14、15以及20号染色体的UPD综合征。而对于非印记区域的UPD，有可能因为覆盖了常染色体隐性遗传的基因导致纯合而致病。

图片来源：Shaffer (2001) Genet Med 3, 206

1. 深粉红色/深蓝色表示存在母源或父源UPD病例报道，已经与异常表型相关联；

2. 浅粉红色/浅蓝色表示存在母源或父源UPD病例报道，但其导致的异常表型尚未明确定义；

3. 阴影粉红色或蓝色表示有母源或父源UPD报道，但是没有鉴定出可归因于印记的异常表型；

4. 黑色表示未找到相关病例报道；

参考文献：

1. Kearney (2011) Clin Lab Med 31, 595

2. Nakka (2019) Am J Hum Genet105, 921

3. Liehr (2010) Mol Cytogenet 3, 8

4. Shaffer (2001) Genet Med 3, 206

5. Gaudio (2020) Genet Med 22, 1133

6. Yamazawa (2010) Am J Med Genet C Semin Med Genet 154C, 329

7. Kotzot (2001)J Med Genet 38, 497

8. Romanelli (2011) J Med Genet 48, 212

9. Liu (2020) Zhong Hua Yi Xue Yi Chuan Za Zhi 37, 701

10.Engel (1980) J Genet Hum 28, 11

END