轉自：藥明康德
癌癥基因組中包含大量的染色體結構變異（SV），這些變異對于驅動腫瘤的發生、發展起著重要作用。在大多數常見癌癥中，染色體結構變異的數量甚至超過了點突變（單個堿基發生變化）。然而，當前的短讀長測序技術只能部分解析腫瘤DNA的序列結構，難以分析復雜的SV（如染色體結構重排）。
近期，歐洲分子生物學實驗室（EMBL）、德國癌癥研究中心（DKFZ）和歐洲生物信息研究所（EMBL-EBI）的合作團隊在Cell Genomics雜志上發表了一項研究，表明長讀長基因組測序技術可以揭示染色體結構重排的關鍵模式，而這些基因組變異通過短讀長測序技術是很難被發現的。
長期以來，科學家們主要使用短讀長基因組測序技術來研究癌癥的基因突變狀況。短讀長基因組測序技術具有高通量的優點，其技術特點是先產生許多短片段的DNA，然后研究人員再利用計算工具將這些片段拼接起來，在此基礎上識別出基因組中的突變。然而，這種方法很可能遺漏了一些全新的、尚未被發現的突變模式，比如染色體結構變異。為此，研究人員開始尋求更好的方法來分析體細胞染色體結構變異（SSV）對細胞功能的影響。SSV包括大型DNA片段的重排（例如缺失、復制等），并且這些DNA片段與大多數致癌突變有關。
新一代的長讀長測序方法（如本研究中使用的納米孔測序技術）有望提供一種更好地檢測癌癥基因組突變的方法。納米孔測序允許研究人員對長DNA或RNA片段進行實時測序。它通過監測核苷酸分子通過蛋白質納米孔時電流的變化，并根據生成的信號進行計算解碼，由此得出特定的DNA或RNA序列。
與短讀長測序相比，長讀長測序的設備更小、更快，可以讀取更長的DNA鏈。由于長讀長測序所解碼的DNA片段更長、待拼裝的片段數量更少，因此大大降低了最終的序列組裝難度。此外，長讀長測序技術還可以讓研究人員了解癌癥表觀基因組的變化。
在本項研究中，研究人員采集了一名髓母細胞瘤患者在診斷和治療后的腫瘤樣本來測試這項技術。這是一種原發性兒童腦瘤，研究人員通過新一代的長讀長測序方法來識別一種新的突變模式——“模板化插入（templated insertion，TI）”，其特點是插入片段較短（大多數<1 kbp），并且可以自行連接成高度擴增的結構，DNA片段大小可達50 kbp。TI突變發生在3%的癌癥中，在脂肪肉瘤中的普遍程度甚至高達74％，并且經常與染色體斷裂共定位。
此外，研究人員還利用長讀長測序技術開展了甲基化組分析，發現癌細胞中存在著等位基因特異性甲基化（ASM）效應、具有差異性甲基化水平的復雜基因重排、以及癌癥驅動基因中的差異性啟動子甲基化水平等表觀遺傳特征。
最后，通過整合基因組和表觀基因組的讀數，研究人員對CpG甲基化進行了單倍體型的全基因組分析。通過將體細胞DNA重排（包括TI變異）的子集與功能相關聯，并整合基因組和表觀遺傳組的長讀長測序數據，研究人員成功展示了長讀長測序技術在解讀異常基因表達模式（如等位基因特異性表達和基因融合等）方面的能力。
對于長讀長測序的出色表現，研究的通訊作者Jan Korbel博士評價說：“在基因組測序中看到變異模式并不奇怪，但僅憑一個樣本就能看到這種以前未見過的模式，這實在令人驚嘆。正是因為短讀測序無法將其組合在一起，我們在以往的研究中把它遺漏了，現在，我們可以觀察這種復雜的重排并查看它們的內部結構?！?/p>
雖然研究人員成功發現了一種新突變模式，但這項研究只基于一個樣本，所以研究人員計劃針對更大的隊列進行后續研究，以更好地了解這種全新的突變模式，并確定它是否具有臨床意義。此外，研究人員透露，他們還打算嘗試將這種長讀長測序技術應用于臨床環境中，讓這種測序技術能夠幫助患者獲得更高的生存率。
參考資料：
[1] Rausch T., et al.，“Long-read sequencing of diagnosis and post-therapy medulloblastoma reveals complex rearrangement patterns and epigenetic signatures” Cell Genomics. 2023, https://doi.org/10.1016/j.xgen.2023.100281
[2] The ‘long read’ for cancer，Retrieved March 28, 2023, from https://www.embl.org/news/science/the-long-read-for-cancer/
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