A novel comprehensive non-invasive prenatal testing system for the simultaneous detection of single-gene disorders, chromosomal structural rearrangements, and aneuploidy

基因分型 单倍型 遗传学 生物 基因型 单核苷酸多态性 产前诊断 DNA测序 拷贝数变化 胎儿 基因检测 非整倍体 基因 人类遗传学 核型 染色体 遗传标记 计算生物学 胎儿游离DNA 突变 一致性 表型
作者
Yichen Zhang,Yiming Wu,Zhenle Pei,Daru Lu,Congjian Xu,Shuo Zhang
出处
期刊:Clinical Chemistry and Laboratory Medicine [De Gruyter]
卷期号:64 (11): 2407-2418
标识
DOI:10.1515/cclm-2025-1488
摘要

OBJECTIVES: Invasive prenatal diagnosis is recommended for high-risk pregnancies, but many decline due to potential complications. To date, no non-invasive prenatal testing (NIPT) simultaneously detects monogenic diseases, balanced chromosomal rearrangements (BCRs), and aneuploidies. We developed a comprehensive NIPT to detect monogenic diseases, aneuploidies, and BCRs concurrently. METHODS: We recruited eight families at risk for both monogenic disorders and BCRs. A custom capture-based single nucleotide polymorphism (SNP) panel targeting ∼60,000 loci was synthesized for target sequencing. Parental haplotypes were determined by genotyping family members. Maternal plasma DNA was sequenced and fetal haplotypes inferred by a Hidden Markov Model (HMM) to predict inheritance at targeted gene regions and rearrangement breakpoints. To validate the method's accuracy, inferred fetal genotypes were compared with amniocentesis; fetal karyotyping and a genome-wide comparison of inferred fetal genotypes were conducted in a single-blinded manner. RESULTS: All participants conceived via assisted reproductive technology. Sequencing depth averaged 200× across the 6.33 Mb target regions for cell-free DNA analysis, and the sequencing error rate ranged 0.045-0.123 % (mean 0.067 %) across all eight families. Haplotype construction succeeded for all families, enabling accurate identification of disease-causing genes and fetal karyotypes. Genotype analysis showed high accuracy for paternal and maternal informative SNPs (99.89 and 97.54 %, respectively). Fetal results from NIPT were completely concordant with invasive diagnostics. CONCLUSIONS: Our haplotype-based NIPT detects a broad spectrum of fetal genetic variations, simultaneously identifying monogenic diseases and chromosomal aberrations, and is clinically applicable as a valuable means of NIPT for the current genetic disease diagnosis.
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