癌症研究概览4：全基因组测序

全基因组测序

肿瘤细胞和正常细胞配对进行全基因组测序可以完整得到关于肿瘤中存在的所有独特突变的信息。目前，全基因组测序正变得越来越便宜和快捷，它已成为无预定假设的研究发现的极佳选择。

Zhang, J., Ding L., Holmfeldt L., Wu G., Heatley S. L., et al. (2012) The genetic basis of early T- Cellprecusor acute lymphoblastic leukaemia. Nature 481: 157 - 163

早期前体T细胞的急性淋巴细胞白血病（ETP-ALL）是一种罕见且侵袭性强的恶性肿瘤，其遗传基础未知。作者对12个ETP-ALL病例的正常和白细胞样品配对进行了全基因组测序，并在另一个独立的包括52个ETP病例和42个非ETP T-ALL儿童病例的人群中确定了体细胞突变的频率。测序得到的ETP-ALL突变谱与髓系肿瘤相似，其基因组转录图谱也与正常和髓系白血病的造血干细胞相似。这些发现说明以骨髓为目标的定向治疗方法，比如能够抑制细胞因子受体和JAK信号作用的高剂量“阿糖胞苷”定向疗法，对于治疗ETP-ALL也许会有效。在诸如此类的研究中，大多样品很少且遗传变异未知，全基因组测序是发现遗传变异的很好工具。

Illumina测序技术: GAIIx for 101 bp paired end reads

Welch, J. S., Westervelt P., Ding L., Larson D. E., Klco J. M., et al. (2011) Use of whole- genome sequencing to diagnose a cryptic fusion oncogene. JAMA 305: 1 577 - 1584

在这篇文章中，作者报道了末端配对读取全基因组测序在实时肿瘤诊断方面的应用。在25天内，他们完成了文库制备、测序和数据分析。新型插入融合的正交验证又花了27天，此融合产生了一个经典的PML-RARA bcr3变异。

患者复杂的细胞遗传学预示着不利的预后，因此有必要确定患者是否有公认的PML-RARA融合基因，但传统的基于FISH和PCR的诊断方法不能明确地诊断该患者。最终，测序结果改变了该患者的医疗方案，她接受了全反式维甲酸巩固治疗，而不是异体造血干细胞移植。15个月后患者的症状首次缓解。

尽管其他的实验室方法也被用于潜在致病性RARA重排的检测，但这些技术往往费时费力，且需要大量起始材料、个性化设计和反复的问题排查。相比之下，使用末端配对文库的全基因组测序可利用低至10 ng起始DNA来完成，适合自动化的“流水线”策略，能够始终如一地发现单核苷酸变异（SNVs）、小的插入缺失、结构变异和克隆拷贝。此外，这种方法不需要定制试剂和对基因组区域的预先了解，而这是准确诊断所必需的。

Illumina 测序技术: HiSeq® 2000 系统

Chapman, M. A., Lawrence M. S., Keats J. J., Cibulskis K., Sougnez C., et al. (2011) Initial genome sequencing and analysis of multiple myeloma. Nature 471: 467 - 472

这篇文章是一个有趣的癌症突变发现实验案例。作者对23名患者进行全基因组测序，对16名患者进行全外显子组测序（164,687个外显子），其中一名患者被两种方法同时分析。每个肿瘤序列都与其对应的正常组织序列相比较。此方法实现了新突变和基因组重排的无假设筛查。分析多个基因组序列就能够区分直接导致肿瘤发生的“司机突变”和与疾病发生无直接关系的“乘客突变”。作者注意到，全外显子组测序揭示了大部分明显突变的基因；然而，一半的蛋白编码突变通过染色体畸变（如易位）而发生，其中大部分都不能单独通过外显子组测序找到。

Illumina 测序技术：GAIIx，101bp paired-end reads （全基因组测序），76bp paired-end reads（全外显子组测序），30x coverage

成功应用全基因组测序的研究案例：

Bass, A. J., Lawrence M. S., Brace L. E., Ramos A. H., Drier Y., et al. (2011) Genomic sequencing of colorectal adenocarcinomas identifies a recurrent VTI1A-TCF7L2 fusion. Nat Genet 43: 964–968

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