Systems Cytogenomics: Are We Ready Yet?

Abstract

: With the introduction of systems theory to genetics, numerous opportunities for genomic research have been identified. Consequences of DNA sequence variations are systematically evaluated using the network- or pathway-based analysis, a technological basis of systems biology or, more precisely, systems genomics. Despite comprehensive descriptions of advantages offered by systems genomic approaches, pathway-based analysis is uncommon in cytogenetic (cytogenomic) studies, i.e. genome analysis at the chromosomal level. Here, we would like to express our opinion that current cytogenomics benefits from the application of systems biology methodology. Accordingly, systems cytogenomics appears to be a biomedical area requiring more attention than it actually receives.

Cytogenomic Approach to Comparative Analysis of Cohorts of Children Suffering From Neurodevelopmental Diseases

“…Примечательно, что данный комплекс методов показал исключительно положительные результаты при анализе когорт индивидуумов с различными заболеваниями, сформированных в разных регионах мира [7,21]. Таким образом, массивы данных, полученные с помощью вышеуказанной схемы для каждой отдельной когорты детей с заболеваниями развития ЦНС и врожденными пороками развития (рис.…”

“…В основном дизайн исследований геномных вариаций, вызывающих умственную отсталость, расстройства аутистического спектра, эпилепсию (нервно-психические заболевания) и врожденные пороки развития, базируется на анализе больших когорт и определении механизмов нарушения развития ЦНС как в отдельных случаях, так и непосредственно для заболевания [3][4][5]. Высокая эффективность поиска генетических причин вышеуказанных форм патологии ЦНС с помощью цитогеномного анализа (анализ генома на хромосомном и молекулярном уровнях) достигается за счет применения разработок в области биологии систем или биоинформатического анализа (системная цитогеномика) [6,7]. Неоднократно продемонстрировано, что изучение патогенности таких геномных вариаций, как хромосомные аномалии и вариации числа копий последовательности ДНК (copy number variations или CNV), с помощью биоинформатических методов дает возможность определить процессы, лежащие в основе патогенеза болезней мозга [3,[7][8][9][10].…”

“…Высокая эффективность поиска генетических причин вышеуказанных форм патологии ЦНС с помощью цитогеномного анализа (анализ генома на хромосомном и молекулярном уровнях) достигается за счет применения разработок в области биологии систем или биоинформатического анализа (системная цитогеномика) [6,7]. Неоднократно продемонстрировано, что изучение патогенности таких геномных вариаций, как хромосомные аномалии и вариации числа копий последовательности ДНК (copy number variations или CNV), с помощью биоинформатических методов дает возможность определить процессы, лежащие в основе патогенеза болезней мозга [3,[7][8][9][10]. Фактически, именно использование биоинформатического анализа массивов больших геномных данных (genome big data) позволяет идентифицировать последствия вариаций генома в виде изменений числа и структуры хромосом в половых и соматических клетках человека [11].…”

“…Для решения этой проблемы рекомендуется использовать методы, основанные на флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), предоставляющей возможность визуализации специфических геномных участков в большом числе отдельно взятых клеток (интерфазных ядер)[1,18,20].Более того, многие работы игнорируют также и цитогенетический анализ (визуальное сканирование генома с помощью микроскопического анализа индивидуальных клеток), несмотря на то, что они посвящены поиску хромосомных аномалий[4,5,9,[13][14][15]. Отсутствие цитогенетического анализа также является серьезным недостатком оценки цитогеномных вариаций в когортах детей с нервно-психическими заболеваниями, поскольку без соответствующих методов нет возможности определить локализацию хромосомных аномалий в клеточном геноме, а также невозможно выявлять хромосомную нестабильность, являющуюся важным элементом патогенетического каскада болезней ЦНС[1,3,7,17,20].Принимая во внимание необходимость цитогенетических исследований и молекулярноцитогенетического анализа методом FISH для изучения цитогеномных вариаций, следует отметить необходимость их включения в алгоритмы поиска хромосомных аномалий и патогенных CNV в когортах детей с нарушением развития ЦНС.Суммируя характеристики предыдущих цитогеномных исследований, можно предложить подход к анализу хромосомных аномалий и CNV у детей с нарушением развития ЦНС или нервно-психическими заболеваниями. Во-первых, требуется проведение цитогенетического анализа для характеристики хромосомных аномалий и нестабильности в отдельно взятых клетках пациентов[3,20].…”

Svetlana G. Vorsanova (1945–2021)

“…Furthermore, the combination of advanced molecular cytogenetic technologies and bioinformatic analysis allowed to uncover a new type of chromosome instability (chromohelkosis) and to propose the 'cytogenetic theory of everything' [100]. In total, the body of Svetlana's bioinformatic research yielded new biomedical direction of systems cytogenomics [101]. Moreover, these studies provided for ground-breaking achievements in medical cytogenetics (cytogenomics) -the treatment of chromosomal disorders, which are presumably incurable genetic conditions [102,103].…”