概念與用途
- CGH 偵測腫瘤樣本「整個基因組」中 DNA 的增益 (gains) 與遺失 (losses)，並對應到中期染色體 (metaphase chromosomes) 提供的細胞遺傳圖譜上。
- 可視為 FISH 的變化形式：以整個樣本基因組（如皮膚腫瘤 DNA）作為雜交探針 (hybridization probe)。
- 最初為研究工具，現臨床應用日增，例如區分 melanoma 與黑色素細胞性類似病變 (melanocytic mimics)。
- 全基因組層次可呈現：染色體遺失區域（常含腫瘤抑制基因 tumor suppressor genes）、染色體增益區域（常含致癌基因 oncogenes）、以及增益/遺失的整體模式（非僅少數聚焦區）。
原理
- 腫瘤 DNA 以一種螢光染料標記（例如綠色）；健康捐贈者正常基因組 DNA 作為參考探針，以另一染料標記（例如紅色）。
- 等量紅、綠標記 DNA 混合後雜交至代表整個人類基因組的基質 (substrate)：早期為正常人類中期染色體，近期則由高密度核苷酸探針 (nucleotide probes) 印製的微陣列 (microarrays) 取代；探針愈小，解析度愈高。
- 兩種 DNA 競相結合至對應目標，測定其紅綠螢光強度比 (fluorescence intensity ratio)：
- 比值 = 1 → 正常拷貝數（無增益或遺失）。
- 比值 < 1 → 遺失（缺失使可雜交的綠色探針減少）。
- 比值 > 1 → 增益（拷貝數增加）。
- 完整流程另需第三種「未標記封阻 DNA (blocking DNA)」，高度富含重複區域，抑制散布全基因組之重複序列發生交叉雜交而干擾測量。
優勢與限制
- 優勢：相較傳統細胞遺傳學分析，CGH 不需培養細胞做核型分析，因此可用於存檔組織 (archival tissue)。
- 測量值為整個細胞群的平均：僅能偵測佔相當比例細胞的拷貝數改變；視異常類型與幅度而定（擴增最易偵測），變化需存在於約 30至50% 的細胞才可辨識，僅影響少數細胞者偵測不到。
- 僅能偵測造成 DNA 拷貝數變化的異常；無法偵測平衡易位 (balanced translocations)、點突變 (point mutations)，以及經染色體重組與 LOH 產生的拷貝數中性重排 (copy number neutral rearrangements)。
- 較新方法以寡核苷酸偵測單核苷酸多型性 (SNPs)，可在未固定組織同步評估全基因組拷貝數與 LOH；但因敏感度不足，未常規用於臨床診斷。
圖 2-27：在中期染色體展開（上排）與微陣列（下排）上進行的 CGH：染色體呈紅色的區域受缺失影響，呈綠色者受增益或擴增影響（亮綠色），黃色表示正常 DNA 含量（無增益亦無遺失）。右下為含約 2500 個目標、以三重複斑點印製的 DNA 微陣列；陣列目標不按基因組位置排序以控制技術性變異。
Fig. 2.27 Comparative genomic hybridization (CGH) on a metaphase chromosome spread (upper panels) and a microarray (lower panels): the regions of the chromosomes (upper panel) that appear red are affected by deletions, whereas the regions that appear green are affected by gains or amplifications (bright green). Yellow indicates an area with normal DNA complement–no gain or loss. The lower panel on the right shows a DNA microarray with approximately 2500 targets printed as triplicates spots.
圖 2-28：以陣列 CGH 偵測一例 acral melanoma 的 DNA 拷貝數變化：縱軸為腫瘤對參考 DNA 螢光強度比的 log2 值，依基因組位置繪於 x 軸；log2 比值為零對應正常拷貝數。多個相連染色體區域顯示遺失與增益，箭頭對應第 11 號染色體 11q13 區間的擴增，該區含編碼 cyclin D1 的基因。
Fig. 2.28 DNA copy number changes as detected by array comparative genomic hybridization of an acral melanoma: the graph shows the log2 of the ratio of the fluorescence intensity ratios of tumor to reference DNA plotted according to their genomic position on the x-axis. A log2 ratio of zero corresponds to normal copy number. The arrow corresponds to an amplification of chromosome 11q13 interval containing the gene that encodes cyclin D1.