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NPJ GENOM MED | 4.3万人大型临床诊断队列研究揭示,DNA和RNA配对检测能更准确地诊断遗传性癌症

导语

目前,几乎所有临床可用的多基因panel检测(MGPT)都侧重于分析编码蛋白质的DNA外显子,对内含子的分析较少。内含子内具有临床意义的变异影响mRNA的剪接事件,对转录组测序(RNA-seq)数据进行分析可以提高剪接相关病原变异的检出能力,同时也为准确解释假定的剪接变异提供了数据支持。

根据美国国家医学图书馆的数据,截至2017年8月,市场上约有75,000种基因检测panel。尽管这些检测panel在诊断肿瘤方面发挥着重要的作用,但仅检测DNA信息可能会导致不精确的结果,进而影响患者的预防或治疗护理方案。
近日,美国Ambry Genetics公司在npj Genomic Medicine杂志上发布了一项大规模队列研究的结果,文章题为“Mutational and splicing landscape in a cohort of 43,000 patients tested for hereditary cancer”。研究团队通过将DNA和RNA测序配对来解决剪接变体识别和解释的难题,并描述了由43,524名接受遗传性癌症易感基因检测的个体组成的临床队列中的突变和剪接情况

文章发表在npj Genomic Medicine

主要研究内容

从2019年3月至2020年4月期间,研究团队对临床研究队列中43,524名参与者进行了连续的配对DNA-RNA基因检测,共得到43,599次符合后续分析条件的检测结果(图1)。在12,859例病例、18个RNA覆盖基因中共报告了15,288个变异,包括致病性(P)(n=4565)、可能致病性(LP)(n=565)和意义不明的变异(VUS)(n=10,158)。研究团队观察到,错义变异出现的次数最多(69.2%),剪接变异(6.2%)的发生频率是总缺失/重复等拷贝数变异(2.8%)的两倍多
研究团队依据外显子的位置对独特剪接变异体进行了分类。少数外显子变异被归类为 P/LP(22.7%),大多数被归类为 VUS(77.3%);位于外显子最后一个核苷酸的外显子变异更常见于 P/LP(62.7%)。

图1. 变异类型分布和剪接变异的分类。来源:npj Genomic Medicine

在所研究的18个基因中,有263个与DNA变异相关的独特剪接事件。由于一些转录本可以与多个DNA变异相关联,因此,这些转录本相当于516个独特的DNA变异与相关剪接事件的总组合。
研究团队对变异的分布情况进行了分析。结果显示,与对照组相比,无论核苷酸位置如何,有害的DNA剪接变异都会导致异常转录物的PSI水平升高。在205个个体中观察到,大多数与DNA变异相关的剪接事件会导致部分或全部外显子跳跃。值得注意的是,导致隐外显子包含(Inclusion of cryptic exons)的变异位于DNA-MGPT的标准临床报道范围之外,如果没有RNA-seq数据,这些变异也就无法检测到。上述结果表明,RNA-seq可以表征不同的剪接事件,提高了人们对与异常剪接相关的各种致病机制的理解

图2. 剪接变异的详细信息。来源:npj Genomic Medicine

从RNA-seq中获取的信息影响了549个具有潜在剪接变体的个体的变异分类,图3a、b显示了RNA对基于核苷酸位置的潜在剪接变异分类的影响。剪接变异被定义为具有有害影响的变异,包括那些外显子5个核苷酸内的任何内含子变异以及检测到RNA转录异常的变异

RNA-seq为内含子+3或+5位置的DNA、外显子超10个核苷酸的内含子变异以及外显子最后一个核苷酸的变体的升级提供了具有参考意义的信息。除了剪接变体之外,RNA-seq还通过确定重复是否与原始序列同时发生为总重复的解释了提供辅助信息

图3. 根据剪接变异的核苷酸位置进行分类。来源:npj Genomic Medicine

研究团队利用RNA-seq在无需对整个内含子进行DNA测序的情况下鉴定出了新的深度内含子P/LP变异。只有当检测到异常RNA时,才会在该区域报告DNA变异,这样就可以增加临床相关变异的检测,而不会产生大量的VUS负担。研究团队发现,12.3%携带内含子P/LP变异的个体在外显子大于10个核苷酸处发现了变异,7.7%在外显子处发现的变异位于外显子第20个核苷酸

图4. 具有临床意义剪接变异的鉴定。来源:npj Genomic Medicine

结 语

综上所述,该研究在一个大型的临床诊断队列中证明了DNA和RNA-seq配对检测的效用,其可以检测到影响剪接的致病变异,包括深内含子变异,从而能够鉴定出额外的具有临床可操作结果的个体。该研究结果强调了RNA-seq在提高仅采用DNA诊断方法可能会漏检的高危人群识别方面的重要性
Ambry Genetics首席执行官Tom Schoenherr表示:“借助RNA检测,我们成为第一家提供预先配对DNA和RNA测序的公司,为临床医生及患者提供有关其癌症风险的最准确、最全面的信息。”
肿瘤学高级临床研究专家、文章第一作者Carrie Horton说道:“这是同类研究中规模最大的一项,表明RNA检测在预测癌症风险方面的重要性。很明显,RNA分析有可能成为基因检测的标准做法,以改善遗传性癌症的治疗。”
Ambry Genetics的“+RNAinsight”产品是第一个为RNA分析提供全面基因覆盖的检测,以帮助分类和检测与各种癌症相关的DNA变异,包括乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、结肠癌、胰腺癌和子宫癌。该公司表示,+RNAinsight”能够更准确地识别癌症遗传风险增加的患者,找到可能被遗漏的可操作结果,并减少不确定结果的频率。

参考文献

1. Horton, C., Cass, A., Conner, B.R. et al. Mutational and splicing landscape in a cohort of 43,000 patients tested for hereditary cancer. npj Genom. Med. 7, 49 (2022).

2. Samadder, N. J. et al. Comparison of universal genetic testing vs guideline-directed targeted testing for patients with hereditary cancer syndrome. JAMA Oncol. 7, 230–237 (2021).

3. Jaganathan, K. et al. Predicting splicing from primary sequence with deep learning. Cell 176, 535–548.e24 (2019).

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本文由 SEQ.CN 作者:白云 发表,转载请注明来源!

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