科研

液体活检新方向?NIPT技术奠基人Stephen Quake新作上线

9月20日,bioRxiv上线了美国科学院院士Stephen Quake的一篇关于利用二代测序技术检测胰腺癌的新文章[1]。很多小伙伴也许对于bioRxiv还不熟悉,bioRxiv是Cold Spring Harbor Laboratory运行的一个线上免费预印本服务,也就是说文章作者可以第一时间在线上提交自己的论文,而文章并没有接受同行评议与编辑。这种形式在数学、物理等领域已经成为了主流,就是著名的arXiv。

Stephen Quake教授

Stephen Quake教授名声鹊起于微流控技术,发明了许多生物学测量工具,包括新的DNA测序技术,其对于技术的有效转化使其成为了硅谷著名的发明家、创业家。最为著名的,Quake教授发明了针对唐氏综合症和其他非整倍体的非侵入性产前检查技术(NIPT检测技术)。现在,每年有数百万妇女从这种非侵入性检查方法中受益(2013年其创始的NIPT检测公司Verinata Health以3.5亿美元被Illumina收购),至今仍是NGS领域的产品巅峰。Quake教授现任投资规模达到6亿美金的Chan Zuckerberg Biohub(陈-扎克伯格Biohub)Director,小编特意查询了一下Stephen Quake教授最近的文章都是在bioRxiv率先提交的,也不知道是不是社交狂魔小扎要求哒。而在这篇文章中,编者注意到在署名中显示Stephen Quake教授已经为他的新方向成立了一家新的液体活检公司Bluestar Genomics(https://www.bluestargenomics.com/),而且团队实力雄厚,看来蓄谋已久,就让我们来关注一下这篇文章说了什么:

首先,当头一声棒喝,Quake教授在研究一个非主流的液体活检标志物——cfDNA中的5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)。我们知道ctDNA的概念已经深入人心,近两年DNA甲基化的概念又获得极大的发展与认可,而对于这个新物种,编者只能说城里人就是花样多呀。打击一个接着一个,Quake教授使用的测序方法也是非主流的,不同于编者熟悉的NGS平台技术中标配的内切酶、连接酶、聚合酶,探针杂交,甲基化测序中的硫化处理,这篇文章中使用了一种化学标记的测序方法(编者发现这个技术居然是RNA甲基化大牛何川教授首创的,其化学系的功底就是不一样[2]),直接对DNA修饰进行全基因组范围测序,可以说相当暴力。

在此工具下,文章直接瞄准了有“癌症之王”之称的胰腺导管腺癌(PDAC),胰腺肿瘤的危害因苹果乔帮主的遭遇而让人熟知(编者科普:乔帮主患的其实是恶性程度低很多的胰岛细胞癌),在晚期发现时,5年生存率非常渺茫,所以PDAC的早期检测毫无疑问是癌症检测中的重大问题。没有其他的组织层面的差异性探索探索,作者单刀赴会,直接对于收集样品的血液cfDNA中的5hmC进行了测序,并首先对测绘图谱的生物学特征进行了研究。欣喜的是,这种特殊的方式竟然直接给出了胰脏与癌症相关的基因变化(图1),对于常见的液体活检技术,在没有组织对照的条件下直接求解与这些相关基因的关系无疑是有相当难度的。

图1. 变化的5hmC信号与相关基因的关系

最后,作者直接利用这些变化基因进行了线性回归的建模。给出了非常不错的诊断效果(图2),作者进一步对比了之前的技术方法文章中的数据,显示出了很好的一致性。虽然就医学统计而言,本文的样品例数明显有待加强,但是对于久未有突破的胰腺癌来说,已经是非常好的成绩了。

图2 5hmC信号在癌症及非癌症病人中的诊断能力

总之,全文从血浆游离DNA(cfDNA)的全基因组范围5hmC测序开始,直接得到了关于胰腺癌的诊断模型。无论从实验的设计(没有从组织样品选取或者过滤标志物)还是建模方式(最朴素的线性回归)都堪称是极简风格。

在这个纷繁复杂的液体活检热潮中,吓得小编赶忙做了些功课,果然发现了Solexa技术发明人(即Illumina现行测序技术)Shankar Balasubramanian爵士的身影,其与美国科学院院士Anjana Rao 授一起建立的Cambridge Epigenetix公司,已得到了Google与Sequoia Capital共同投资,同样的利用5hmC全基因组测序进行液活检的应用。看来大佬们已经潜伏良久,但是对于5hmC本身与癌症的关系,5hmC作为标志物的研究基础,特别是这种别致的测序方法体系相信对于小编及读者来说仍然非常陌生。究竟是大牛们奇异的狂想还是高屋建瓴的伟大构想,仍然拭目以待。

参考文献:

[1] Detection of early stage pancreatic cancer using 5-hydroxymethylcytosine signatures in circulating cell free DNA doi: https://doi.org/10.1101/422675

[2] Song CX, Szulwach KE, Fu Y, Dai Q, Yi CQ, Li XK, Li YJ, Chen CH, Zhang W, Jian X, Wang J, Zhang L, Looney TJ, Zhang BC, Godley LA, Hicks LM, Lahn BT, Jin P, He C. Selective chemical labeling reveals the genome-wide distribution of 5-hydroxymethylcytosine. Nat. Biotechnol., 2011, 29, 68.

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本文由 测序中国 作者:戴胜 发表,转载请注明来源!

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