سیاری از اختلالات ژنتیکی انسان ناشی از ناهنجاری های کروموزومی نامتعادل است که در آنها دوبرابر شدگی یا از بین رفتن خالص محتوای ژنتیکی وجود دارد. به طور سنتی، سیتولوژیست ها چنین ناهنجاری هایی را با ایجاد کاریوتیپ از کروموزوم های یک فرد و تجزیه و تحلیل الگوهای نواری در آن تشخیص می دهند. در واقع، از زمان توسعه آن در دهه 1970، آنالیز سیتوژنتیکی الگوهای باندینگ ابزار اولیه برای ارزیابی بالینی بیماران با انواع ناهنجاری های مادرزادی بوده است. تحت شرایط ایده آل، انحرافات به کوچکی تقریباً 5 مگاباز (Mb) را می توان با تجزیه و تحلیل نواری تشخیص داد. چنین بازآرایی های کروموزومی “میکروسکوپی” نامیده می شوند.
با این حال، در سال های اخیر، محققان به طور فزاینده ای به تکنیک های سیتوژنتیک جدیدتر روی آورده اند. یکی از این روش‌ها، هیبریداسیون درجا فلورسانس ( FISH ) است، تکنیکی که از پروب‌های برچسب‌دار فلورسنت برای تعیین موقعیت توالی‌های DNA خاص روی کروموزوم‌ها استفاده می‌کند. با این حال، یکی دیگر از روش های محبوب، هیبریداسیون ژنومی مقایسه ای (CGH) است که روش جایگزینی برای غربالگری ژنومی برای تغییرات تعداد کپی فراهم می کند. CGH برای اولین بار برای تشخیص تغییرات تعداد کپی در تومورهای جامد ساخته شد که از دو ژنوم، یکی آزمایش و دیگری کنترل استفاده می کند که به طور متفاوت برچسب گذاری شده و به صورت رقابتی به کرومزوم های متافاز هیبرید می شوند. سپس شدت سیگنال فلورسنت DNA نشاندار شده نسبت به DNA مرجع را می توان به صورت خطی در سراسر هر کروموزوم ترسیم کرد و امکان شناسایی تغییرات تعداد کپی را فراهم می کند.
برخلاف تکنیک‌های سنتی که برای تشخیص کم یا زیاد شدن تعداد کپی‌ها استفاده می‌شود، که به بررسی یک هدف واحد و دانش قبلی از منطقه تحت بررسی متکی است، CGH می‌تواند برای اسکن سریع کل ژنوم برای عدم تعادل ژنی استفاده شود. علاوه بر این، CGH به سلول هایی که در حال تقسیم هستند نیاز ندارد. با این حال، مانند روش های سیتوژنتیک قبلی، وضوح CGH برای اکثر کاربردهای بالینی به تغییرات تقریباً 5-10 Mb محدود شده است.
در تلاش برای غلبه بر برخی از محدودیت‌های ذکر شده مرتبط با CGH سنتی، محققین روش جدیدی را توسعه داده‌اند که اصول CGH را با استفاده از microarray ترکیب می‌کند .به جای استفاده از کروموزوم های متافاز، این روش که به عنوان Array CGH یا به طور مختصر aCGH شناخته می شود، از قطعه های Array شده با بخش های کوچک DNA به عنوان هدف برای تجزیه و تحلیل استفاده می کند. این ریزآرایه ها با رسوب و تثبیت مقادیر کمی از DNA (معروف به پروب) بر روی یک تکیه گاه جامد، مانند یک لام شیشه ای، به صورت منظم ایجاد می شوند. اندازه پروب ها از الیگونوکلئوتیدهای تولید شده برای نشان دادن مناطق مورد هدف (25-85 جفت باز) تا کلون های ژنومی مانند کروموزوم های مصنوعی باکتریایی (80000-200000 جفت باز) متفاوت است. از آنجایی که پروب ها چندین مرتبه کوچکتر از کروموزوم های متافاز هستند، وضوح نظری aCGH نسبتاً بالاتر از CGH سنتی است. سطح وضوح با در نظر گرفتن اندازه پروب و فاصله ژنومی بین پروب های DNA تعیین می شود. به عنوان مثال، یک microarray با پروب‌هایی که از مناطقی در سراسر ژنوم انتخاب شده‌اند که 1مگابایت از هم فاصله دارند، قادر به تشخیص تغییرات تعداد کپی توالی میانی نیستند.
صرف نظر از نوع پروب، روش اصلی برای تجزیه و تحلیل aCGH ثابت است. ابتدا DNA از نمونه آزمایشی (به عنوان مثال، خون، پوست، سلول های جنینی) استخراج می شود. سپس DNA آزمایشی با یک رنگ فلورسنت برچسب‌گذاری می‌شود (سبز)، در حالی که DNA نمونه کنترل معمولی (مرجع) با رنگی متفاوت (قرمز) برچسب‌گذاری می‌شود. سپس دو DNA ژنومی (آزمایش و مرجع)، با هم مخلوط شده و روی یکmicroarray اعمال می‌شوند. از آنجایی که DNA ها دناتوره شده اند، تک رشته هستند. بنابراین، هنگامی که به لام منتقل می شوند، سعی می کنند با پروب های تک رشته ای array شده هیبرید شوند. در مرحله بعد، از سیستم‌های تصویربرداری دیجیتال برای ضبط و تعیین کمیت شدت فلورسانس نسبی پروب‌های DNA نشاندار شده که با هدف هیبرید شده‌اند، استفاده می‌شود. نسبت فلورسانس سیگنال‌های هیبریداسیون آزمایش و مرجع در موقعیت‌های مختلف در امتداد ژنوم تعیین می‌شود و اطلاعاتی در مورد تعداد کپی نسبی توالی‌ها در ژنوم آزمایشی در مقایسه با ژنوم معمولی ارائه می‌کند. توالی‌یابی اخیر ژنوم انسان و توسعه روش‌های با کارایی بالا برای چیدمان رباتیک مواد ژنتیکی روی یک سطح جامد، تشخیص حذف‌ها و تکرارهای کروموزومی زیر میکروسکوپی را در سطح بی‌سابقه‌ای ممکن کرده است.
مزیت اصلی aCGH توانایی تشخیص همزمان آنئوپلوئیدی، حذف، تکرار، و یا تقویت هر مکان نشان داده شده در یک Array است. در واقع، یک سنجش با استفاده از این تکنیک معادل هزاران آزمایش FISH است که همراه با صرفه جویی در وقت و هزینه می باشد. علاوه بر این، aCGH ثابت کرده است که یک ابزار قدرتمند برای تشخیص ناهنجاری های کروموزومی sub microscopic در افراد مبتلا به عقب ماندگی ذهنی ایدیوپاتیک و نقایص مختلف مادرزادی است. در واقع، چندین مطالعه در مقیاس بزرگ نشان می‌دهد که aCGH دارای نرخ تشخیص 10% تا 20% ناهنجاری‌های کروموزومی در کودکان دارای عقب ماندگی ذهنی/تاخیر رشد با یا بدون ناهنجاری‌های مادرزادی است. تنها 3 تا 5 درصد از این ناهنجاری ها با روش های دیگر قابل تشخیص هستند. به عنوان مثال، در مطالعه ای بر روی 8789 مورد که توسط aCGH آنالیز شد، 1049 مورد (11.9%) دارای ناهنجاری کروموزومی مرتبط بالینی بودند.
از آنجایی که aCGH تشخیص همزمان ناهنجاری های متعدد را تسهیل می کند و وضوح بالاتری را نسبت به روش های سیتوژنتیک سنتی ارائه می دهد، به محققان اجازه داده است تا بر انواع مختلف بازآرایی ها در مناطق خاصی از کروموزوم ها تمرکز کنند. در سال‌های اخیر، aCGH به ویژه در مطالعه بازآرایی‌های ساب تلومری و پری‌سانترومری مفید بوده است.
مطالعات بازآرایی‌های ساب تلومری نشان می‌دهد که چگونه aCGH اطلاعات بی‌سابقه‌ای را در مورد پیچیدگی ژنوم انسان آشکار کرده است. نواحی ساب تلومری به جز بازوهای کوتاه کروموزوم های آکروسنتریک 13، 14، 15، 21 و 22، موضوع مطالعات زیادی بوده است، زیرا این نواحی نسبتاً غنی از ژن هستند و مستعد بازآرایی توسط تعدادی مکانیسم می باشند. علاوه بر این، بازآرایی نواحی ساب تلومری نشان دهنده نسبت بالایی از ناهنجاری ها در افراد با عقب ماندگی ذهنی ایدیوپاتیک است.
aCGH همچنین امکان تشخیص بازآرایی‌ها را در نواحی پری‌سانترومری که مستقیماً در مجاورت مناطق سانتومتری تکراری در همه کروموزوم‌ها قرار دارند، فراهم کرده است. مناطق پری‌سانترومری مستعد بی‌ثباتی هستند زیرا ریزحذف‌های متعدد، از جمله مواردی که باعث سندرم‌های ویلیامز، دی جورج و پرادرویلی می‌شوند، در این مناطق رخ می‌دهند. به دلیل سطوح بالای توالی های تکراری موجود در نواحی پرسانترومری و تنوع در ارائه مرتبط با G-banding سنتی، ارزیابی مجدد در این نواحی ذاتاً توسط تجزیه و تحلیل کروموزوم دشوار است. با این حال، ساخت اخیر microarray های هدف‌گذاری شده برای مناطق پرسانترومری امکان ارزیابی عدم تعادل تعداد کپی را در این مناطق فراهم کرده است.
Array CGH سیتوژنتیک را از میکروسکوپ به کامپیوتر سوق داده است، و CGH را با ریزآرایه‌های با کارایی بالا ترکیب می‌کند تا همزمان صدها یا هزاران ناحیه مجزا از ژنوم را تجزیه و تحلیل کند و کاریوتیپ‌های نامتعادل را شناسایی کند. Array CGH ماهیت مکان خاص FISH را با نمای ژنوم جهانی کروموزوم های با وضوح بالا ترکیب می کند. بنابراین، این روش نشان‌دهنده ادغام تکنیک‌های سیتوژنتیک سنتی و مولکولی است و تشخیص بالینی ناهنجاری‌های کروموزومی را با وضوح بی‌سابقه در سال‌های آینده ادامه خواهد داد.
