Москва
Moscow
Москва
Moscow
Москва
Moscow
Москва; федеральная территория «Сириус», Краснодарский край
Moscow; Sirius Federal Territory, Krasnodar region
В данной работе представлен новый подход к неинвазивной пренатальной диагностике хромосомных аномалий, основанный на анализе эпигенетических особенностей циркулирующей внеклеточной ДНК (вкДНК). Ключевая идея метода заключается в использовании фундаментальных различий в организации хроматина между материнскими и фетальными клетками. В частности, мы сосредоточились на участках генома, которые в материнских клетках крови находятся в открытом состоянии (DHS), но остаются закрытыми в тканях плода. Эти эпигенетические различия создают уникальные паттерны вкДНК, позволяющие выделить фетальную ДНК из общего пула материнской вкДНК. Работа включает в себя несколько основных шагов: проведение полногеномного скрининга для выявления дифференциально доступных участков хроматина, отбор наиболее информативных маркеров при помощи алгоритма машинного обучения, таргетное секвенирование отобранных эпигенетических маркеров с применением молекулярных баркодов и построение модели на основе LASSO-регрессии с последующей ее валидацией. Особое внимание уделено диагностике трисомии хромосомы 21 (синдрома Дауна), как наиболее клинически значимого хромосомного нарушения. Разработанный алгоритм демонстрирует высокую точность при анализе отобранных эпигенетических маркеров. Важное преимущество метода – его технологическая гибкость: отобранные маркеры можно анализировать как с помощью NGS, так и более доступными методами, включая цифровую ПЦР. Перспективы дальнейшего развития метода включают расширение диагностической панели для выявления других частых анеуплоидий (трисомии хромосом 13, 18), а также микроделеционных синдромов. Предлагаемый подход открывает новые возможности для создания экономически эффективных тест-систем, которые могут быть внедрены в широкую клиническую практику, обеспечивая высокую точность диагностики при снижении стоимости анализа.
This study introduces a novel approach for noninvasive prenatal testing (NIPT) of chromosomal abnormalities, based on analysis of epigenetic features in circulating cell-free DNA (cfDNA). The core innovation of our method leverages fundamental differences in chromatin organization between maternal and fetal cells. Specifically, we focused on genomic regions that exhibit open chromatin configuration in maternal blood cells but remain tightly packed in fetal tissues (DNase I hypersensitive sites or DHSs). These epigenetic differences create distinct cfDNA fragmentation signatures that allow selective identification of fetal DNA within the maternal cfDNA pool. The study workflow comprised several key steps: performing genome-wide screening to identify differentially accessible chromatin regions, selecting the most informative markers using a machine learning algorithm, and targeted sequencing of the selected epigenetic markers using molecular barcodes. Subsequently, a LASSO regression model was constructed and validated. As a proof of concept, the study demonstrates the method’s efficacy in identifying trisomy 21 (Down syndrome), though the underlying principles can be readily adapted to other abnormalities. Complementing its robust performance, the technique offers practical advantages in terms of platform compatibility – the same epigenetic markers can be assessed using either next-generation sequencing or simpler, more cost-efficient methods like digital PCR. With further refinement, the approach could be extended to screen for additional aneuploidies (trisomies 13 and 18) and microdeletion syndromes. Therefore, this approach offers new opportunities for developing cost-effective testing systems suitable for widespread routine clinical implementation, combining high diagnostic accuracy with reduced analysis costs.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.