發(fā)布日期：2017-06-26

Euan Ashley及其同事使用長(zhǎng)讀長(zhǎng)基因組測(cè)序診斷出一種罕見(jiàn)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(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序技術(shù)（三代測(cè)序），成功診斷出一種此前一直無(wú)法診斷的罕見(jiàn)遺傳病。下面就請(qǐng)跟隨小編一探究竟吧！

Ricky Ramon在七歲時(shí)的一項(xiàng)常規(guī)檢查中，在其左心房發(fā)現(xiàn)了一個(gè)良性腫瘤。然而，這對(duì)Ramon而言，只是個(gè)開(kāi)始，他完全沒(méi)有想到未來(lái)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(wèn)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(shí)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(cè)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這個(gè)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(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序技術(shù)對(duì)Ramon又進(jìn)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(zhǎng)讀長(zhǎng)全基因組測(cè)序技術(shù)進(jìn)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(cè)序技術(shù)是將DNA打斷成上百個(gè)堿基的小片段。而長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序則可以將DNA打斷成幾十kb的長(zhǎng)片段。

“這讓我們首次照亮了基因組的黑暗區(qū)域。” Ashley說(shuō)，“科技的發(fā)展對(duì)于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是一股強(qiáng)大的力量，我們能夠?qū)Σ∪说幕蚪M進(jìn)行常規(guī)測(cè)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(jìn)行，PacBio公司負(fù)責(zé)了測(cè)序的費(fèi)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(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序確診病癥

隨著科技進(jìn)步和效率的提升，長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序的費(fèi)用急劇下降。Ashley評(píng)估了該研究中測(cè)序的費(fèi)用，每個(gè)基因組約為5000至6000美元。

Ashley表示，雖然短讀長(zhǎng)測(cè)序（二代測(cè)序）的費(fèi)用已經(jīng)低于1000美元，但是當(dāng)DNA被打斷成小片段時(shí)，會(huì)有一部分基因組序列無(wú)法讀取到。整個(gè)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(gè)堿基對(duì)。當(dāng)片段只有100bp時(shí)，我們無(wú)法知道這些序列到底有多長(zhǎng)，而且這些序列的長(zhǎng)度還決定著某些人對(duì)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(shuō)，大部分100bp的片段可以比對(duì)到多個(gè)區(qū)域，使得我們?cè)诨蚪M組裝時(shí)，無(wú)法判斷這些片段應(yīng)該如何排列。但是在長(zhǎng)讀長(zhǎng)片段的情況下，這個(gè)情況發(fā)生的幾率就小很多。

研究人員指出，如果考慮這個(gè)問(wèn)題，那么基因組中5%的區(qū)域都無(wú)法唯一比對(duì)。任何超過(guò)50bp的缺失或插入都太長(zhǎng)，導(dǎo)致無(wú)法檢測(cè)到。

Ashley說(shuō)，對(duì)于未確診的患者，約三分之一的病例，短讀長(zhǎng)測(cè)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(cè)序技術(shù)最初用于分析Ramon的基因時(shí)，并沒(méi)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(dòng)瀏覽了Ramon的基因組測(cè)序數(shù)據(jù)，他注意到了一些錯(cuò)誤。最終，研究人員利用長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序?qū)oman的基因組進(jìn)行測(cè)序，鑒定出了一段2.2kb片段的缺失，并確定為Carney綜合癥。

這項(xiàng)研究是斯坦福醫(yī)學(xué)院專注于精準(zhǔn)醫(yī)療的一個(gè)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(duì)疾病進(jìn)行精準(zhǔn)治療。

關(guān)于Carney綜合癥

Carney綜合癥來(lái)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(xiǎn)增高的特點(diǎn)，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(guó)國(guó)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(guò)750個(gè)。

該疾病最常見(jiàn)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(shí)，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(duì)其病情進(jìn)行正確診斷對(duì)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(méi)有其他健康問(wèn)題會(huì)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(duì)捐贈(zèng)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(wú)法脫離他的疾病。“我非常沮喪。”他說(shuō)，“我花費(fèi)了很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)接受這個(gè)事實(shí)，這種疾病會(huì)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(huì)過(guò)去的。”

Ramon最近進(jìn)行了他的第四次手術(shù)，以移除心臟中的三個(gè)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(jiàn)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(méi)有那么急迫了。

極具臨床價(jià)值的長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序技術(shù)

Ashley表示，他和其他很多醫(yī)生都相信長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序技術(shù)是未來(lái)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(shuō)，“如果我們能夠?qū)㈤L(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序的費(fèi)用降低到每個(gè)人都能使用，那么我認(rèn)為這個(gè)技術(shù)會(huì)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

來(lái)源：測(cè)序中國(guó)（微信號(hào) seq114）