癌癥是由遺傳因素、環(huán)境因素等多因素導(dǎo)致的復(fù)雜疾病。因其個(gè)性化的特點(diǎn)-每個(gè)人/甚至不同細(xì)胞都具有獨(dú)特的遺傳突變，從而加大了癌癥治療及監(jiān)測(cè)的難度。而高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展為我們帶來(lái)了契機(jī)，不僅可以加速揭開癌癥的病因及機(jī)制，更進(jìn)一步使個(gè)性化醫(yī)療成為現(xiàn)實(shí)。
2014年之前由于全基因組重測(cè)序價(jià)格仍然高昂，科研人員不得不舍棄部分遺傳信息(如基因融合、染色體重排等)，而選擇外顯子組測(cè)序——僅針對(duì)編碼區(qū)的SNP/InDel進(jìn)行檢測(cè)。隨著全基因組測(cè)序成本不斷下降，尤其是諾禾致源公司引進(jìn)的X-Ten平臺(tái)，率先推出“萬(wàn)元基因組”測(cè)序活動(dòng)，使得國(guó)內(nèi)的全基因組測(cè)序變得更便宜更快捷，因此，全基因組重測(cè)序已成為癌癥研究的最佳選擇。
全基因組重測(cè)序的必要性
2011年，Chapman等人在Nature上利用多發(fā)性骨髓瘤樣本對(duì)全基因組與全外顯子組測(cè)序進(jìn)行了比較，結(jié)果表明多發(fā)性骨髓瘤中一半的蛋白質(zhì)編碼突變都是通過(guò)染色體畸變(如易位)發(fā)生的，故大部分突變都無(wú)法通過(guò)外顯子組測(cè)序發(fā)現(xiàn)。相對(duì)于全外顯子組測(cè)序，人類基因組重測(cè)序已在檢測(cè)基因融合，基因組突變，染色體碎裂和染色體重排等研究中屢建奇功。
癌癥研究中重要的遺傳信息
基因組突變
所有癌癥在發(fā)展過(guò)程中都會(huì)積累大量體細(xì)胞突變，其中司機(jī)突變(Driver mutations)是對(duì)癌癥發(fā)展很關(guān)鍵的體細(xì)胞突變，而剩下的就被稱為乘客突變(Passenger mutations)。2011年Berger等人在Nature上發(fā)表了原發(fā)性人類前列腺癌及其配對(duì)正常組織的完整基因組序列研究。一些腫瘤包含復(fù)雜的平衡重排鏈(拷貝數(shù)中性)，它們通常發(fā)生在已知癌癥基因中或附近。而一些斷裂點(diǎn)發(fā)生在基因間區(qū)域，可能會(huì)因外顯子組測(cè)序錯(cuò)過(guò)，因此，這篇文章例證了有些突變(如文章中類似于基因間區(qū)域的非編碼區(qū))只有也只能通過(guò)全基因組測(cè)序才能檢測(cè)出來(lái)。
基因融合
基因融合在基因組中非常普遍，也是一些類型癌癥的標(biāo)志。基因融合是由兩個(gè)不相關(guān)的基因發(fā)生融合形成的一種基因產(chǎn)物，該產(chǎn)物具有全新的功能或與兩個(gè)融合基因不同的功能。配合末端配對(duì)(Paired end, PE)測(cè)序技術(shù)使用的全基因組測(cè)序是目前檢測(cè)所有基因融合的最準(zhǔn)確、最全面的工具，對(duì)這些基因融合的檢測(cè)包括了重復(fù)、倒位、覆蓋和單堿基插入缺失各種類型。2014年，癌癥基因組圖譜(TCGA)聯(lián)盟采用全基因組重測(cè)序和全外顯子組測(cè)序結(jié)合的方式對(duì)131例膀胱泌尿上皮癌進(jìn)行了研究，研究者發(fā)現(xiàn)了FGFR3與TACC3的融合現(xiàn)象，7例腫瘤樣本中檢測(cè)到病毒整合位點(diǎn)，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Nature上。而類似這樣的基因融合和病毒整合位點(diǎn)是全外顯子組測(cè)序做不到的，仍然只能通過(guò)全基因組測(cè)序的方式進(jìn)行研究。
染色體碎裂
該現(xiàn)象是一個(gè)一次性的細(xì)胞危機(jī)，該過(guò)程中成百上千個(gè)基因組重排在單次事件中發(fā)生。這種災(zāi)難性事件的后果是復(fù)雜的局部重排和拷貝數(shù)變異，其范圍限制在0-2個(gè)拷貝。據(jù)估計(jì)，染色體碎裂發(fā)生在2-3%的癌癥的多個(gè)亞型中，以及約25%的骨髓中。染色體重排需借助DNA雙鏈斷裂和一定方式的排列連接，這種重排破壞了基因組的完整性，繼而參與形成白血病、淋巴瘤和肉瘤。它的復(fù)雜性和隨機(jī)性使得它成為一種很難研究的現(xiàn)象，目前的解決策略是使用末端配對(duì)和長(zhǎng)距離末端配對(duì)(mate-pair)技術(shù)建庫(kù)的全基因組深度測(cè)序方法進(jìn)行研究。
基因組改變和拷貝數(shù)變異(CNV)
目前的研究結(jié)果告訴我們，若分析中只關(guān)注SNP勢(shì)必將錯(cuò)過(guò)大部分重要的基因組重排。據(jù)估計(jì)，每個(gè)人類基因組中“非SNP變異”總共約有50Mb。Morrison等人選用膀胱移行細(xì)胞癌(TCC-UB)的5例樣本進(jìn)行全基因組重測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其中3例樣本具有較多SNP和SV變異，并且都具有P53基因的突變;在另外2例腫瘤樣本中，研究者發(fā)現(xiàn)谷氨酸受體N-methyl-D-aspertate receptor基因發(fā)生易位和擴(kuò)增，該研究結(jié)果對(duì)后期的腫瘤藥物靶點(diǎn)鑒定與疾病治療具有重要作用。由于覆蓋深度變化太大，導(dǎo)致對(duì)原拷貝數(shù)的變異不敏感，全外顯子組測(cè)序不容易檢測(cè)到CNV，對(duì)于大片段的基因組改變更是無(wú)能為力。
全基因組測(cè)序與全外顯子組測(cè)序比較
正是基于以上的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)采用全基因組重測(cè)序作為研究手段發(fā)表的高水平文章越來(lái)越多，這也會(huì)是將來(lái)人類基因組學(xué)研究的趨勢(shì)，預(yù)測(cè)相關(guān)科研成果將呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)。
