Whole-Exome测序黎明的个性化医疗

破译第一个完成的人类基因组序列在2003年需要科学家的共同努力20个机构和30亿美元的资金。在过去的十年里,whole-exome测序(韦斯)确立了自己作为一个方法,成功地平衡成本和有用数据的输出诊断或研究应用。在这里,我们看看韦斯在实验室和临床使用,以及为什么它是首选方法的选择等方面。

韦斯的核心技术

下一代测序(门店)的基因组DNA有两种主要形式:全基因组测序(WGS)和韦斯。“在其核心,WGS和韦斯依靠相同的技术:大规模并行测序数百万到数十亿破碎产生的短链DNA长站的基因组DNA,“说马可·Magistri博士、癌症研究西尔维斯特综合癌症中心迈阿密大学。然而,WGS旨在整个基因组序列,而韦斯包括一个额外的步骤,选择的DNA片段其实区域的基因组。

只有百分之二的人类基因组编码基因。其余的基因主要是未知的,虽然由于最近的研究越来越多的“暗物质”DNA被映射到监管元素,如增强剂¹和绝缘体²。在医学上,WGS提供了识别潜在的致病能力变化不仅在基因,而且在监管元素。

然而,这个特性的WGS来了,实际上,在一个价格:测序成本与WGS相关联韦斯的三四倍³。此外,致病基因变异往往集中在基因编码及周边地区常见的障碍等自闭症⁴和癌症⁵。因此,韦斯的常见的方法是选择当患者样本群体的需要进行分析。

数据分析的瓶颈

测序仪的输出包含数以百万计的字符串是一个非常大的文本文件读取,四个DNA碱基序列,t、g和C。

一个典型的WGS或者韦斯实验要求每个地区的基因组被测序50 - 100倍(确切数字被称为“覆盖”);否则,不可能分辨错误DNA碱基引入的PCR扩增(或误读的测序仪)真正的病人的DNA序列的改变。韦斯和WGS,完整的数据分析过程是计算要求,通常需要专门的高性能计算系统的磁盘空间、内存和并行处理能力。即使在这样的系统,分析一个韦斯实验需要几个小时的计算时间。“既然WGS实验产生~ 50倍比韦斯实验原始数据在同一保险,更要求在计算能力和数据分析,“评论Yonatan佩雷斯加州大学的博士后研究员,旧金山。

韦斯是如何应用于现代生物医学研究

相对较低的价格和覆盖所有(注释)基因的基因组使得韦斯现代生物医学研究的一个“马”工作,提供一个相对便宜和压缩分析个体的DNA。最近的一项研究分析35584年整个自闭症患者的外显⁶风险和确定99高信任度与疾病相关的基因。这项研究是目前最大的装备whole-exome自闭症患者群,扩大与小说的高信任度的风险基因的目录候选人,如DEAF1,KCNQ3和SCN1A。

越来越多的基因组DNA分析,包括韦斯,不仅是作为一个独立的技术,而是结合技术,如RNA序列;允许DNA序列的识别效果差异基因的表达水平。最近正在进行的研究结合韦斯单细胞RNA序列⁷(scRNA-seq)技术,识别特定细胞类型的基因表达变化复杂的组织。”对于我们的目的,韦斯很多意义使用因为我们的重点是应用scRNA-seq方法研究精神疾病的特定的细胞类型改变”,佩雷斯说,他是研究团队的一部分韦斯结合单细胞RNA序列病人死后大脑组织样本。

因为大部分监管基因间区域,如增强剂、目标基因的身份是未知的,可能发生变化根据细胞类型的不同,韦斯数据往往是容易与特定的RNA和蛋白质的表达。“我们选择韦斯因为我们的目标是是否基于单细胞基因特异表达病人脑组织RNA-seq分析与潜在的致病性变异有关,”佩雷斯的评论。

韦斯作为诊断工具的选择

直到最近,DNA测试的障碍包括遗传因素进行只使用目标检测单个基因或一组基因(通常被称为基因面板)。这些包括测试已知的预测基因的突变与肿瘤的亚型,以及基因定义的神经退行性疾病,如亚型的额颞叶痴呆和早发性老年痴呆症。例如,突变乳腺癌易感基因1或BRCA2乳腺癌的危险因素,女性携带这些突变被发现55 - 85的一生中患乳腺癌的风险和受益于预防性乳房切除术⁸。然而,当疾病的遗传原因尚不清楚,但病人的临床情况表明孟德尔疾病,韦斯推荐自己诱发基因发现的理想工具⁹。此外,最常见的类型的癌症和神经系统疾病的基因异源的由单个基因测试,甚至一组基因。

“在我们的一个项目在实验室里,我们正在研究一个以前无特征类型的淋巴瘤,“Magistri说。”,因为我们不知道的体细胞突变的癌症亚型,我们使用韦斯收购一个公正和全面的读出这些肿瘤的遗传变异。”

在一个相对较新的领域的精密肿瘤学,韦斯结合其他的技术全面的分子诊断的首选方法。例如,迂腐的体细胞突变被韦斯实体肿瘤是有用的40%的患者的诊断和治疗¹⁰。重要的是,大部分的这些突变被传统的目标检测错过。因此,韦斯是一个经济和全面的选择几个诊断应用程序。

韦斯在个性化医疗时代的未来

WGS提出了在韦斯提供许多优势,包括检测非编码致病变种和提供诊断产量增加¹¹。“WGS则是一个行之有效的方法,但比韦斯更加昂贵。当我们了解更多关于监管元素和基因组测序成本下降,使用WGS将变得更加有吸引力,”佩雷斯说。

“然而,对于研究涉及大病人军团和医疗、韦斯仍将是一个有价值的工具由于其降价和简化分析。“上天技术最近才开始竞争,在医疗、补充目标基因测试,直到测序成本降至允许常规WGS测试,韦斯罢工的完美的平衡价格和诊断价值。

引用:

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