NanoSeq新技术:检测新的非分裂细胞突变

【字体: 时间:2021年05月01日 来源:

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  维康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的科学家开发了一种纳米级测序(NanoSeq)方法,该方法将允许研究人员研究任何人体组织的突变。新的NanoSeq方法花了4年的时间来开发,并对目前使用的双工测序技术进行了仔细的改进。该团队认为,能够更准确地检测单个DNA分子的突变,可以改变对体细胞突变的理解,并允许大规模的非侵入性研究。

  

由于维康桑格研究所的一个科学家团队在测序方面取得了新的突破,研究人员现在应该能够研究任何人体组织的突变。这种新方法使人们能够更准确地研究人类组织中的基因变化是如何发生的。

纳米级测序非常精确,可以检测非分裂细胞中的新突变,这是以前的技术很难做到的。测序方法,也被称为NanoSeq,使用双工测序。这涉及双链DNA的随机分子标记,以提高准确性,并允许更好地检测突变。

双基因测序并不是什么新技术,但早期的技术迭代使得检测仅存在于单细胞或非分裂组织的小部分的突变非常困难。突变会随着时间的推移在我们的非生殖细胞中发生(每年15 C40),而且通常只发生在单个或小群细胞中。虽然许多这样的变异是无害的,但一些可能会导致癌症或其他疾病。

这种新的NanoSeq技术花了四年的时间来开发,并对目前使用的双工测序技术进行了仔细的改进。例如,使用更特定的酶来更准确地切割DNA,也更好地对测序数据进行生物信息学分析。在细胞群中的单个DNA分子中,它的错误率为每十亿碱基对不到5个。它也不需要侵入性组织活检,可以使用皮肤或组织拭子采集样本。

罗伯特·奥斯本(Robert Osborne)博士,之前在桑格研究所工作,以及Inigo Martincorena博士,桑格研究所的一个小组领导,领导了“单分子分辨率的体细胞突变景观”的研究,该研究发表在《自然》杂志上。

“体细胞突变推动癌症的发展,并可能导致衰老和其他疾病。尽管它们很重要,但检测仅存在于单个细胞或小克隆中的突变的困难,限制了我们对体细胞突变的了解,仅限于少数组织。在这里,为了克服这些限制,我们开发了纳米测序(NanoSeq),一种双工测序协议,在细胞群中的单个DNA分子中,错误率低于每十亿碱基对5个。这一比率比典型的体细胞突变负荷低两个数量级,使任何组织中体细胞突变的研究能够独立于克隆性,”研究者写道。

“我们利用这种单分子敏感性来研究几种组织中非分裂细胞的体细胞突变,比较干细胞和分化细胞,研究无细胞分裂时的突变。尽管成熟的血细胞经历了相当多的分裂,但血液和结肠中分化的细胞显示出与相应干细胞显著相似的突变负荷和特征。

“然后,我们确定了有丝分裂后神经元和多克隆平滑肌突变的特征,证实了在没有细胞分裂的整个生命过程中,神经元以恒定的速率积累体细胞突变,与有丝分裂活性组织的速率相似。

“总之,我们的结果表明,独立于细胞分裂的突变过程是体细胞突变的重要贡献者。”

在技术上具有挑战性的

奥斯本在一份新闻声明中说:“检测只存在于一个或几个细胞中的体细胞突变在技术上具有极大的挑战性。”“你必须在数千万个DNA字母中找到一个字母的变化,而以前的测序方法根本不够准确。因为NanoSeq每10亿个DNA字母中只有几个错误,我们现在能够准确地研究任何组织中的体细胞突变。”

研究小组测试了他们的方法,以评估血液、神经元和结肠中的干细胞和非分裂细胞的突变水平。他们在成人、分化的血液和结肠细胞中发现了与干细胞在相同组织中相似的突变水平。这对血细胞来说是令人惊讶的,因为它们经历频繁的细胞分裂。相比之下,神经元细胞似乎会随着时间的推移逐渐积累突变。

“人们通常认为细胞分裂是发生体细胞突变的主要因素,细胞分裂越多,突变就越多。”但我们的分析发现,分裂数倍于其他血细胞的血细胞具有相同的变异率和模式。这改变了我们对诱变的看法,并表明除细胞分裂外的其他生物机制是关键。”

研究人员目前正计划在更多类型的组织和细胞样本中进一步开发和完善这项技术。

Martincorena说:“NanoSeq在这项研究中的小规模应用已经让我们重新考虑我们对诱变的认识,这是令人兴奋的。”“NanoSeq还将使更大规模的体细胞突变研究变得更容易、更便宜、侵入性更小。现在我们可以研究数百名患者的样本,观察任何组织的体细胞突变,而不是只分析少数患者的活组织切片,只能观察干细胞或肿瘤组织。”

该团队认为,能够更准确地检测单个DNA分子的突变,可以改变对体细胞突变的理解,并允许大规模的非侵入性研究。

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