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(yīng)用于臨床診斷
日前，斯坦福大學(xué)科學(xué)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(rèn)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(xué)醫(yī)學(xué)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(xué)、遺傳學(xué)和生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)教授Euan Ashley博士表示，當(dāng)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(xué)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(fù)責(zé)了測序的費用，文章的第一作者為斯坦福臨床基因組學(xué)系病理學(xué)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(dāng)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(fù)序列，例如GGCGGCGGC，可以重復(fù)到幾百個堿基對。當(dāng)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(yīng)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(dǎo)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(xué)院專注于精準(zhǔn)醫(yī)療的一個很好案例，精準(zhǔn)醫(yī)療的目的是在健康領(lǐng)域預(yù)防疾病、精準(zhǔn)診斷并對疾病進行精準(zhǔn)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(fēng)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(dāng)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(rèn)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(yīng)。
雖然研究小組最終確認(rèn)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(dāng)下吧！糟糕的日子是短暫的風(fēng)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(xué)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(rèn)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(xué)科學(xué)家在《美國醫(yī)學(xué)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(fēng)險，旨在預(yù)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(fēng)險。
3. 日前，埃默里大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)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(xué)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(dǎo)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(dǎo)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(yán)重程度。
5. 日前，西奈山伊坎醫(yī)學(xué)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(fēng)險，但是此前，兩者間的神經(jīng)生物學(xué)聯(lián)系仍然難以捉摸。
6. 上海交大醫(yī)學(xué)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(xì)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(xué)期刊《自然-醫(yī)學(xué)》雜志。
7. 根據(jù)英國Coventry大學(xué)和荷蘭Radboud大學(xué)的研究分析結(jié)果：如冥想、瑜伽、太極這樣的身心干預(yù)措施不只是讓我們放松；他們可以扭轉(zhuǎn)在我們DNA中導(dǎo)致疾病和抑郁的分子反應(yīng)。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(xué)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(zhǔn)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(yīng)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(xué)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
