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文献解读 | 全外显子组测序在肿瘤基因突变研究领域的应用

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浏览:- 发布日期:2018-09-27 10:38:43【

前 言

全外显子组测序主要用于识别和研究与疾病、种群进化相关的基因编码区变异,结合大量公共数据库提供的外显子组数据,有利于更好地解释基因变异和疾病之间的关联及致病机理。特别适合大样本量进行高深度测序,可发现低深度难以发现的基因变异,非常适合肿瘤研究,同时在其他疾病研究领域也应用广泛。

这次,小编整理了全外显子组测序在肿瘤基因突变研究中的4篇文章,希望能为科研老师们拓宽思路。

 

案例1

浆细胞样膀胱癌中体细胞突变研究

研究背景

膀胱癌是世界范围内的第九大常见癌症,同时也是男性中第四大常见癌症。虽然TCGA数据库中包含了丰富的膀胱癌的资料,但其形态学与预后异质性的分子机理还不是很明确。

 

研究内容与结果

该研究采用全外显子组测序并结合TCGA数据库,对6例浆细胞样膀胱癌组织样本进行序列分析,发现均存在CDH1基因(该基因编码产物为E-cadherin)的无义突变,而在TCGA数据库中的其他127例膀胱癌患者中均不存在CDH1基因的truncating 突变。另取19例浆细胞样膀胱癌组织样本进行全外显子组测序,14例患者中存在CDH1突变;选择62名患者进行序列及组织学分析,6名组织学上鉴定表现为浆细胞性癌症的病人中均检测出CDH1突变,而在剩余的56名非浆细胞性癌症的患者中均没有检测到CDH1突变。利用免疫组化验证浆细胞性癌症中CDH1的基因突变可造成E-cadherin蛋白的表达缺失。最后利用CRISPR-Cas9技术敲除尿路上皮肿瘤细胞中的CDH1,细胞的迁移能力显著增强。

图 | 膀胱癌中CDH1的突变频率与分布比较

 

参考文献

Al-Ahmadie H A, et al. Frequent somatic CDH1 loss-of-function mutations in plasmacytoid variant bladder cancer. Nature genetics. 2016, 48: 356-358.

 

案例2

肺癌新突变基因研究

研究背景

高频的基因突变可能产生新的抗原决定簇,寻找肺癌新的突变基因对于研究致癌作用的分子机制和免疫治疗的适用性意义重大。

研究内容与结果

该研究通过对660名肺腺癌患者和484名肺鳞状细胞癌患者进行了肿瘤样本和正常样本外显子组测序,使用统计方法检测潜在的癌症驱动突变(driver mutations),并通过比对正常样本数据和近3000名正常外显子组来过滤“乘客”突变(passenger mutations)。结果表明两个肺癌亚型之间的显著突变基因谱不同,每种亚型都含有与吸烟有关的突变标记(mutation signatures)。发现38个 肺癌高突变基因 ,包括PPP3CA、DOT1L和FTSJD1等新突变基因。在肺鳞状细胞癌中发现了20种显著突变基因,首次发现RASA1与这种亚型间的联系。这两种类型肿瘤只有6个突变基因共同存在,并在47%的肺腺癌和53%的鳞状细胞癌中发现了五个抗原决定簇。

图 |肺腺癌中的新突变基因

图 | 肺癌中新的抗原决定簇

参考文献

Campbell JD, et al. Distinct patterns of somatic genome alterations in lung adenocarcinomas and squamous cell carcinomas. Nature genetics.2016, 48(6): 607–616.

 

案例3

皮肤基底细胞癌的新驱动基因研究

研究背景

皮肤基底细胞癌(BCC)是较常见的一种癌症,老年人和紫外线照射过多的人群发病风险高,但其驱动基因有待挖掘。

研究内容与结果

该研究通过对236名患者的293个BCC组织样本进行全外显子组测序,并将测序结果与患者健康细胞的遗传学图谱进行比较,发现了MYCN、PTPN14和LATS1都是BCC的驱动基因。进一步研究表明,这些癌症驱动子也存在于Gorlin综合征中,这可能就是Gorlin综合征患者更容易患BCC的原因。

图 | BCC突变基因频率和分布

 

参考文献

Bonilla X, et al. Genomic analysis identifies new drivers and progression pathways in skin basal cell carcinoma. Nature genetics. 2016, 48(4): 398-406.

 

案例4

结缔组织增生性黑色素瘤的驱动突变基因研究

研究背景

结缔组织增生性黑色素瘤(DMs)占所有原发性黑色素瘤的4%,常见于长期暴露于阳光下的老年人皮肤。 作为一类致死率高、常被误诊的黑色素瘤,尚未发现其明确的遗传驱动因素。

研究内容与结果

该研究利用20例新鲜冷冻肿瘤和配对的正常血液样本,通过低覆盖度全基因组测序与高覆盖度外显子组测序筛选出了癌症突变基因,然后采用靶向捕获测序(293个癌症相关基因,均在20例样本中显著表达)在42例配对的肿瘤和非肿瘤组织的原发性FFPE样本中进一步发现和验证相关突变基因,最后从测序的62例样本中挑选44例进行高通量aCGH芯片检测,确定肿瘤的点突变和拷贝数变化等变异,UV辐射可诱导DMs,其点突变频次高。DMs中检测到频发的NFKBIE突变和MAPK通路基因的激活性突变,并结合RNA-seq、ChIP-seq、序列保守型等信息和分析,发现频发的NFKBIE突变作用于该基因启动子上高度保守的区域,可能影响转录因子的结合。

图| DMs突变基因图谱

图| DMs频发性驱动突变和潜在癌症抑制因子检测

参考文献

Shain AH, et al. Exome sequencing of desmoplastic melanoma identi?es recurrent NFKBIEpromoter mutations and diverse activating mutations in the MAPK pathway. Nature genetics. 2015, 47(10): 1194-1199.

研究方案参考路线图

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本文系欧易生物原创

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