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测序周报 · 科研篇:首个基于长读长基因组测序的临床诊断案例,历经20年得以确诊

Euan Ashley及其同事使用长读长基因组测序诊断出一种罕见疾病。这是该技术首次被应用于临床诊断

日前,斯坦福大学科学家基于长读长测序技术(三代测序),成功诊断出一种此前一直无法诊断的罕见遗传病。下面就请跟随小编一探究竟吧!

Ricky Ramon在七岁时的一项常规检查中,在其左心房发现了一个良性肿瘤。然而,这对Ramon而言,只是个开始,他完全没有想到未来两年接踵而至的一系列麻烦和手术。

在这期间,Ramon的心脏和全身其他部位再次出现了良性肿瘤,包括脑下垂体、肾上腺和甲状腺结节。

但问题是,医生们始终诊断不出他究竟患了何种疾病。

在Ramon 18岁的时候,医生们认为他所患疾病可能是Carney综合症,一种由PRKAR1A基因突变引起的遗传病,但DNA检测并没有发现这个基因中的致病变异。

如今,八年之后,斯坦福大学医学院研究人员利用长读长测序技术对Ramon又进行了一次系统的诊断,病情最终得到了确诊。这也是首次在临床中使用长读长全基因组测序技术进行诊断,该研究成果于6月22日发表在Genetics in Medicine期刊。

照亮黑暗的角落

文章的主要作者,心血管医学、遗传学和生物医学数据科学教授Euan Ashley博士表示,当前的二代测序技术是将DNA打断成上百个碱基的小片段。而长读长测序则可以将DNA打断成几十kb的长片段。

这让我们首次照亮了基因组的黑暗区域。” Ashley说,“科技的发展对于医学领域是一股强大的力量,我们能够对病人的基因组进行常规测序,这在十几年前是想都不敢想的。”

据悉,该研究是与PacBio公司共同进行,PacBio公司负责了测序的费用,文章的第一作者为斯坦福临床基因组学系病理学助理教授Jason Merker博士和PacBio公司的Aaron Wenger博士。

基于长读长测序确诊病症

随着科技进步和效率的提升,长读长测序的费用急剧下降。Ashley评估了该研究中测序的费用,每个基因组约为5000至6000美元。

Ashley表示,虽然短读长测序(二代测序)的费用已经低于1000美元,但是当DNA被打断成小片段时,会有一部分基因组序列无法读取到。整个基因组中,一系列的重复序列,例如GGCGGCGGC,可以重复到几百个碱基对。当片段只有100bp时,我们无法知道这些序列到底有多长,而且这些序列的长度还决定着某些人对疾病的易感程度。

此外,人类基因组中还存在着一些冗余的部分,也就是说,大部分100bp的片段可以比对到多个区域,使得我们在基因组组装时,无法判断这些片段应该如何排列。但是在长读长片段的情况下,这个情况发生的几率就小很多。

研究人员指出,如果考虑这个问题,那么基因组中5%的区域都无法唯一比对。任何超过50bp的缺失或插入都太长,导致无法检测到。

Ashley说,对于未确诊的患者,约三分之一的病例,短读长测序可以帮助医生提供诊断,但是Ramon的病例并不属于其中。

二代测序技术最初用于分析Ramon的基因时,并没有鉴定出与Carney综合症相关基因的突变,因此文章共同作者Tam Sneddon博士手动浏览了Ramon的基因组测序数据,他注意到了一些错误。最终,研究人员利用长读长测序对Roman的基因组进行测序,鉴定出了一段2.2kb片段的缺失,并确定为Carney综合症。

这项研究是斯坦福医学院专注于精准医疗的一个很好案例,精准医疗的目的是在健康领域预防疾病、精准诊断并对疾病进行精准治疗。

关于Carney综合症

Carney综合症来源于PRKAR1A基因的突变,而且在某些类型的肿瘤中还存在风险增高的特点,尤其是在心脏和激素生成腺体,例如卵巢、睾丸、肾上腺、脑下垂体和甲状腺。根据美国国立卫生研究院的数据,被鉴定出患有这类疾病的患者数不超过750个。

该疾病最常见的症状是良性心脏肿瘤或黏液瘤。在心内直视手术中,需要移除心脏黏液瘤,当Ramon 18岁时,他已经接受了3次这种手术。他正在考虑心脏移植,因此,对其病情进行正确诊断对于移植至关重要。除了典型的移植手术,Ashley表示,研究人员还需要确认没有其他健康问题会受到免疫抑制剂影响而加剧病情。免疫抑制剂是心脏移植患者必须服用的,用于避免对捐赠器官的排异反应。

虽然研究小组最终确认了Ramon的确患有Carney综合症,但这意味着Ramon无法脱离他的疾病。“我非常沮丧。”他说,“我花费了很长时间来接受这个事实,这种疾病会伴随我一辈子。还是活在当下吧!糟糕的日子是短暂的风暴,它们会过去的。”

Ramon最近进行了他的第四次手术,以移除心脏中的三个肿瘤。心胸外科主席Joseph Woo在斯坦福医院完成了这次手术,Ashley谈道:“心脏中有肿瘤是非常罕见的。这是一次非常勇敢的手术。”虽然Ramon仍然在考虑器官移植,但是需求已经没有那么急迫了。

极具临床价值的长读长测序技术

Ashley表示,他和其他很多医生都相信长读长测序技术是未来基因组学的重要一部分。

“如今我们需要考虑的是如何做的更好。” Ashley说,“如果我们能够将长读长测序的费用降低到每个人都能使用,那么我认为这个技术会非常有用。

参考资料:

[1] Long-read genome sequencing identifies causal structural variation in a Mendelian disease

[2] Researchers use long-read genome sequencing for first time in a patient

本周科研进展

1. 日前,斯坦福大学研究人员发现,细胞内的基因活动形成了一个广泛的网络,实际上每个基因都可以影响疾病发生。因此,大部分疾病的遗传性并不是因为一些核心基因,而且来自于大量作用于疾病通路之外的次要基因的微小作用。似乎任何指定的性状都不仅仅只受到一小部分基因调控。相反,几乎基因组中的每个基因都影响着我们的一切,这些作用可能很微小,但是却是叠加的。

2. 6月21日,剑桥大学科学家在《美国医学会杂志》(JAMA)上发表了一项大样本队列研究报告,分析包括了近1万名BRCA1或 BRCA2 基因突变的妇女,评估了突变携带者发生乳腺癌、卵巢癌、对侧乳腺癌的年龄相关风险,旨在预估有这些基因突变的女性罹患乳腺癌或卵巢癌的年龄特异性风险。

3. 日前,埃默里大学科学家领导的一组研究人员公布了最新研究成果,为神经退行性疾病的研究开辟了一条全新道路,并希望能够尽开展人体试验。研究小组表明,在作为亨廷顿舞蹈症疾病模型的9个月小鼠中,CRISPR / Cas9系统可以对小鼠脑中产生毒性蛋白质聚集体的部分基因进行剪切。科学家观察到,几周后,聚集的毒性蛋白质几乎消失了,但小鼠的运动能力的确有所改善。

4. 最近,研究者们鉴定出了一类导致特异性皮炎发生的关键基因突变:CARD11。来自美国NIH的研究者们通过对四个没有血缘关系的患病家庭进行分析,发现了这一导致疾病产生的基因、相关结果发表在《Nature Genetics》杂志上。此外,研究者们还发现通过补充谷氨酰胺能够缓解该疾病的严重程度。

5. 日前,西奈山伊坎医学院的一项研究表明,在涉及情绪和抑郁的大脑区域,早期的生活压力会通过长期的转录程序编码终身的压力敏感性。相关研究于6月15日发表于Science杂志。此前对人类和动物的研究表明,早期的生活压力会增加抑郁症和其他精神疾病的风险,但是此前,两者间的神经生物学联系仍然难以捉摸。

6. 上海交大医学院附属瑞金医院宁光院士团队一项最新研究首次揭示中国人肥胖的肠道菌群组成,发现一系列丰度显著异于正常人群的肠道共生菌,多形拟杆菌(BT菌)口服可降低小鼠血清谷氨酸浓度,增加脂肪细胞的脂肪分解和脂肪酸氧化过程,从而降低脂肪堆积,达到减重效果。6月19日,相关研究成果在线发表于国际著名医学期刊《自然-医学》杂志。

7. 根据英国Coventry大学和荷兰Radboud大学的研究分析结果:如冥想、瑜伽、太极这样的身心干预措施不只是让我们放松;他们可以扭转在我们DNA中导致疾病和抑郁的分子反应。他们这篇综述文章于6月16日发表在Frontiers in Immunology上,回顾了十多年来的研究——分析我们基因的行为是否受冥想和瑜伽影响。

8. 猫作为与人类最亲近的动物,其形象广泛的存在于社会中的各个角落。但事实上,科学家们对这类动物在全世界范围内的演化过程是不甚了解的,直到最近发表于《自然-生态和演化》(Nature Ecology & Evolution)上的一份分析报告强调了古埃及和近东地区在家猫驯化之路上的重要地位,使得这一脉络清晰起来。

9.  日前,伦敦癌症研究所和皇家马斯登癌症中心的一组调查人员开发了一项“一箭三雕”的血液检测方法,用于晚期前列腺癌的治疗,调整针对BRCA基因突变的精准药物治疗方案。研究人员表示,这项方法能够在患者的血液中分离出肿瘤DNA,并确定哪些晚期前列腺癌患者可能受益于PARP抑制剂治疗;利用这一检测可以分析治疗开始后血液中的肿瘤DNA含量,可以在4~8周内识别出没有治疗反应的患者,并进行替代治疗;检测还能在整个治疗过程中监测患者血液中DNA组分,并及时发现癌症的遗传学变化,进而发现药物耐药性。

新发表文章

【新技术】

1. Novel molecules lncRNAs, tRFs and circRNAs deciphered from next-generation sequencing/RNA sequencing: computational databases and tools.Saleembhasha A et al.Brief Funct Genomics. 2017 Jun 20.

2. BPP: a sequence-based algorithm for branch point prediction.Zhang Q et al.Bioinformatics. 2017 Jun 19.

【植物】

1. Weighted Gene Co-expression Network Analysis of the Dioscin Rich Medicinal Plant Dioscorea nipponica.Sun W et al.Front Plant Sci. 2017 Jun 7

【微生物】

1. Understanding the variation of microbial community in heavy metals contaminated soil using high throughput sequencing.Guo H et al. Ecotoxicol Environ Saf. 2017 Jun 20

2. First complete genome sequences of genogroup V, genotype 3 porcine sapoviruses: common 5'-terminal genomic feature of sapoviruses.Oka T et al.Virus Genes. 2017 Jun 22.

3. Diversity and Composition of Sulfate-Reducing Microbial Communities Based on Genomic DNA and RNA Transcription in Production Water of High Temperature and Corrosive Oil Reservoir.Li XX et al.Front Microbiol. 2017 Jun 7

4. Impact of Ferrous Iron on Microbial Community of the Biofilm in Microbial Fuel Cells. Liu Q et al. Front Microbiol. 2017 Jun 7

5. High Resolution Meta-Transcriptomics Reveals the Ecological Dynamics of Mosquito-Associated RNA Viruses in Western Australia.Shi M et al.J Virol. 2017 Jun 21.

6. The development of lower respiratory tract microbiome in mice.Singh N et al.Microbiome. 2017 Jun 21

【肿瘤】

1. Mutational Signatures Are Critical for Proper Estimation of Purifying Selection Pressures in Cancer Somatic Mutation Data When Using the dN/dS Metric.Van den Eynden J et al. Front Genet. 2017 Jun 8

2. A role for TET2 in parathyroid carcinoma.Barazeghi E et al.Endocr Relat Cancer. 2017 Jul

3. Impact of novel miR-145-3p regulatory networks on survival in patients with castration-resistant prostate cancer.Goto Y et al.Br J Cancer. 2017 Jun 22.

4. RNA sequencing of esophageal adenocarcinomas identifies novel fusion transcripts, including NPC1-MELK, arising from a complex chromosomal rearrangement.Wang Z et al.Cancer. 2017 Jun 22.

5. A competing endogenous RNA network identifies novel mRNA, miRNA and lncRNA markers for the prognosis of diabetic pancreatic cancer.Yao K et al. Tumour Biol. 2017 Jun

6. Integrative analysis of genomic alterations in triple-negative breast cancer in association with homologous recombination deficiency.Kawazu M et al.PLoS Genet. 2017 Jun 21

7. Intestinal cancer progression by mutant p53 through the acquisition of invasiveness associated with complex glandular formation.Nakayama M et al.Oncogene. 2017 Jun 19.

【其他】

1. Enrichment of low-frequency functional variants revealed by whole-genome sequencing of multiple isolated European populations.Xue Y et al.Nat Commun. 2017 Jun 23

2. Somatic mutations in clonally expanded cytotoxic T lymphocytes in patients with newly diagnosed rheumatoid arthritis.Savola P et al.Nat Commun. 2017 Jun 21

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本文由 测序中国 作者:白云 发表,转载请注明来源!

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