Euan Ashley及其同事使用長讀長基因組測序診斷出一種罕見疾病。這是該技術(shù)首次被應用于臨床診斷
日前，斯坦福大學科學家基于長讀長測序技術(shù)（三代測序），成功診斷出一種此前一直無法診斷的罕見遺傳病。下面就請跟隨小編一探究竟吧！
Ricky Ramon在七歲時的一項常規(guī)檢查中，在其左心房發(fā)現(xiàn)了一個良性腫瘤。然而，這對Ramon而言，只是個開始，他完全沒有想到未來兩年接踵而至的一系列麻煩和手術(shù)。
在這期間，Ramon的心臟和全身其他部位再次出現(xiàn)了良性腫瘤，包括腦下垂體、腎上腺和甲狀腺結(jié)節(jié)。
但問題是，醫(yī)生們始終診斷不出他究竟患了何種疾病。
在Ramon 18歲的時候，醫(yī)生們認為他所患疾病可能是Carney綜合癥，一種由PRKAR1A基因突變引起的遺傳病，但DNA檢測并沒有發(fā)現(xiàn)這個基因中的致病變異。
如今，八年之后，斯坦福大學醫(yī)學院研究人員利用長讀長測序技術(shù)對Ramon又進行了一次系統(tǒng)的診斷，病情最終得到了確診。這也是首次在臨床中使用長讀長全基因組測序技術(shù)進行診斷，該研究成果于6月22日發(fā)表在Genetics in Medicine期刊。
照亮黑暗的角落
文章的主要作者，心血管醫(yī)學、遺傳學和生物醫(yī)學數(shù)據(jù)科學教授Euan Ashley博士表示，當前的二代測序技術(shù)是將DNA打斷成上百個堿基的小片段。而長讀長測序則可以將DNA打斷成幾十kb的長片段。
“這讓我們首次照亮了基因組的黑暗區(qū)域。” Ashley說，“科技的發(fā)展對于醫(yī)學領(lǐng)域是一股強大的力量，我們能夠?qū)Σ∪说幕蚪M進行常規(guī)測序，這在十幾年前是想都不敢想的。”
據(jù)悉，該研究是與PacBio公司共同進行，PacBio公司負責了測序的費用，文章的第一作者為斯坦福臨床基因組學系病理學助理教授Jason Merker博士和PacBio公司的Aaron Wenger博士。
基于長讀長測序確診病癥
隨著科技進步和效率的提升，長讀長測序的費用急劇下降。Ashley評估了該研究中測序的費用，每個基因組約為5000至6000美元。
Ashley表示，雖然短讀長測序（二代測序）的費用已經(jīng)低于1000美元，但是當DNA被打斷成小片段時，會有一部分基因組序列無法讀取到。整個基因組中，一系列的重復序列，例如GGCGGCGGC，可以重復到幾百個堿基對。當片段只有100bp時，我們無法知道這些序列到底有多長，而且這些序列的長度還決定著某些人對疾病的易感程度。
此外，人類基因組中還存在著一些冗余的部分，也就是說，大部分100bp的片段可以比對到多個區(qū)域，使得我們在基因組組裝時，無法判斷這些片段應該如何排列。但是在長讀長片段的情況下，這個情況發(fā)生的幾率就小很多。
研究人員指出，如果考慮這個問題，那么基因組中5%的區(qū)域都無法唯一比對。任何超過50bp的缺失或插入都太長，導致無法檢測到。
Ashley說，對于未確診的患者，約三分之一的病例，短讀長測序可以幫助醫(yī)生提供診斷，但是Ramon的病例并不屬于其中。
二代測序技術(shù)最初用于分析Ramon的基因時，并沒有鑒定出與Carney綜合癥相關(guān)基因的突變，因此文章共同作者Tam Sneddon博士手動瀏覽了Ramon的基因組測序數(shù)據(jù)，他注意到了一些錯誤。最終，研究人員利用長讀長測序?qū)oman的基因組進行測序，鑒定出了一段2.2kb片段的缺失，并確定為Carney綜合癥。
這項研究是斯坦福醫(yī)學院專注于精準醫(yī)療的一個很好案例，精準醫(yī)療的目的是在健康領(lǐng)域預防疾病、精準診斷并對疾病進行精準治療。
關(guān)于Carney綜合癥
Carney綜合癥來源于PRKAR1A基因的突變，而且在某些類型的腫瘤中還存在風險增高的特點，尤其是在心臟和激素生成腺體，例如卵巢、睪丸、腎上腺、腦下垂體和甲狀腺。根據(jù)美國國立衛(wèi)生研究院的數(shù)據(jù)，被鑒定出患有這類疾病的患者數(shù)不超過750個。
該疾病最常見的癥狀是良性心臟腫瘤或黏液瘤。在心內(nèi)直視手術(shù)中，需要移除心臟黏液瘤，當Ramon 18歲時，他已經(jīng)接受了3次這種手術(shù)。他正在考慮心臟移植，因此，對其病情進行正確診斷對于移植至關(guān)重要。除了典型的移植手術(shù)，Ashley表示，研究人員還需要確認沒有其他健康問題會受到免疫抑制劑影響而加劇病情。免疫抑制劑是心臟移植患者必須服用的，用于避免對捐贈器官的排異反應。
雖然研究小組最終確認了Ramon的確患有Carney綜合癥，但這意味著Ramon無法脫離他的疾病。“我非常沮喪。”他說，“我花費了很長時間來接受這個事實，這種疾病會伴隨我一輩子。還是活在當下吧！糟糕的日子是短暫的風暴，它們會過去的。”
Ramon最近進行了他的第四次手術(shù)，以移除心臟中的三個腫瘤。心胸外科主席Joseph Woo在斯坦福醫(yī)院完成了這次手術(shù)，Ashley談道：“心臟中有腫瘤是非常罕見的。這是一次非常勇敢的手術(shù)。”雖然Ramon仍然在考慮器官移植，但是需求已經(jīng)沒有那么急迫了。
極具臨床價值的長讀長測序技術(shù)
Ashley表示，他和其他很多醫(yī)生都相信長讀長測序技術(shù)是未來基因組學的重要一部分。
“如今我們需要考慮的是如何做的更好。” Ashley說，“如果我們能夠?qū)㈤L讀長測序的費用降低到每個人都能使用，那么我認為這個技術(shù)會非常有用。”
參考資料：
[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
本周科研進展
2. 6月21日，劍橋大學科學家在《美國醫(yī)學會雜志》（JAMA）上發(fā)表了一項大樣本隊列研究報告，分析包括了近1萬名BRCA1或 BRCA2 基因突變的婦女，評估了突變攜帶者發(fā)生乳腺癌、卵巢癌、對側(cè)乳腺癌的年齡相關(guān)風險，旨在預估有這些基因突變的女性罹患乳腺癌或卵巢癌的年齡特異性風險。
3. 日前，埃默里大學科學家領(lǐng)導的一組研究人員公布了最新研究成果，為神經(jīng)退行性疾病的研究開辟了一條全新道路，并希望能夠盡開展人體試驗。研究小組表明，在作為亨廷頓舞蹈癥疾病模型的9個月小鼠中，CRISPR / Cas9系統(tǒng)可以對小鼠腦中產(chǎn)生毒性蛋白質(zhì)聚集體的部分基因進行剪切?？茖W家觀察到，幾周后，聚集的毒性蛋白質(zhì)幾乎消失了，但小鼠的運動能力的確有所改善。
4. 最近，研究者們鑒定出了一類導致特異性皮炎發(fā)生的關(guān)鍵基因突變：CARD11。來自美國NIH的研究者們通過對四個沒有血緣關(guān)系的患病家庭進行分析，發(fā)現(xiàn)了這一導致疾病產(chǎn)生的基因、相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《Nature Genetics》雜志上。此外，研究者們還發(fā)現(xiàn)通過補充谷氨酰胺能夠緩解該疾病的嚴重程度。
5. 日前，西奈山伊坎醫(yī)學院的一項研究表明，在涉及情緒和抑郁的大腦區(qū)域，早期的生活壓力會通過長期的轉(zhuǎn)錄程序編碼終身的壓力敏感性。相關(guān)研究于6月15日發(fā)表于Science雜志。此前對人類和動物的研究表明，早期的生活壓力會增加抑郁癥和其他精神疾病的風險，但是此前，兩者間的神經(jīng)生物學聯(lián)系仍然難以捉摸。
6. 上海交大醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院寧光院士團隊一項最新研究首次揭示中國人肥胖的腸道菌群組成，發(fā)現(xiàn)一系列豐度顯著異于正常人群的腸道共生菌，多形擬桿菌（BT菌）口服可降低小鼠血清谷氨酸濃度，增加脂肪細胞的脂肪分解和脂肪酸氧化過程，從而降低脂肪堆積，達到減重效果。6月19日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于國際著名醫(yī)學期刊《自然-醫(yī)學》雜志。
7. 根據(jù)英國Coventry大學和荷蘭Radboud大學的研究分析結(jié)果：如冥想、瑜伽、太極這樣的身心干預措施不只是讓我們放松；他們可以扭轉(zhuǎn)在我們DNA中導致疾病和抑郁的分子反應。他們這篇綜述文章于6月16日發(fā)表在Frontiers in Immunology上，回顧了十多年來的研究——分析我們基因的行為是否受冥想和瑜伽影響。
8. 貓作為與人類最親近的動物，其形象廣泛的存在于社會中的各個角落。但事實上，科學家們對這類動物在全世界范圍內(nèi)的演化過程是不甚了解的，直到最近發(fā)表于《自然-生態(tài)和演化》（Nature Ecology & Evolution）上的一份分析報告強調(diào)了古埃及和近東地區(qū)在家貓馴化之路上的重要地位，使得這一脈絡(luò)清晰起來。
9. 日前，倫敦癌癥研究所和皇家馬斯登癌癥中心的一組調(diào)查人員開發(fā)了一項“一箭三雕”的血液檢測方法，用于晚期前列腺癌的治療，調(diào)整針對BRCA基因突變的精準藥物治療方案。研究人員表示，這項方法能夠在患者的血液中分離出腫瘤DNA，并確定哪些晚期前列腺癌患者可能受益于PARP抑制劑治療；利用這一檢測可以分析治療開始后血液中的腫瘤DNA含量，可以在4~8周內(nèi)識別出沒有治療反應的患者，并進行替代治療；檢測還能在整個治療過程中監(jiān)測患者血液中DNA組分，并及時發(fā)現(xiàn)癌癥的遺傳學變化，進而發(fā)現(xiàn)藥物耐藥性。
新發(fā)表文章
【新技術(shù)】
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
【腫瘤】
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
