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全基因組測(cè)序在血液惡性腫瘤中的應(yīng)用：基因組時(shí)代髓系和淋系腫瘤分析

瀏覽次數(shù)：141　發(fā)布日期：2024-12-23　來(lái)源：Illumina因美納

研究人員針對(duì)急性髓系白血病、骨髓增生異常綜合征、骨髓瘤和慢性淋巴細(xì)胞白血病等癌癥的研究大大改善了個(gè)性化治療。
傳統(tǒng)的檢測(cè)方法包括核型、FISH（熒光原位雜交）、染色體微陣列芯片和基因panel。
全基因組測(cè)序只需一個(gè)工作流程就能檢測(cè)出與這些疾病相關(guān)的所有關(guān)鍵異常和變異類型。

簡(jiǎn) 介
1973年，芝加哥大學(xué)的Janet Rowley發(fā)現(xiàn)了慢性髓系白血病（CML）的細(xì)胞遺傳學(xué)基礎(chǔ)——在她研究的幾乎每一個(gè)細(xì)胞中，都發(fā)現(xiàn)了9號(hào)染色體和22號(hào)染色體之間的易位。這一發(fā)現(xiàn)建立在1959年P(guān)eter Nowell和David Hungerford對(duì)CML患者費(fèi)城染色體的鑒定之上，這標(biāo)志著首次發(fā)現(xiàn)與癌癥的直接遺傳聯(lián)系。20世紀(jì)90年代，分子表征發(fā)現(xiàn)，這種相互易位事件會(huì)產(chǎn)生一個(gè)融合基因——BCR-ABL1，它來(lái)自B細(xì)胞受體BCR和ABL1的激酶結(jié)構(gòu)域。BCR-ABL1融合基因的鑒定為靶向治療鋪平了道路。伊馬替尼是首個(gè)針對(duì)CML中BCR-ABL1蛋白開發(fā)的酪氨酸激酶抑制劑。該藥物于2001年獲得美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)，標(biāo)志著癌癥治療進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元，在CML患者中取得了前所未見的成功，五年生存率高達(dá)89%。

大多數(shù)CML病例（超過(guò)95%）都具有典型的t（9;22）易位特征。其他髓系惡性腫瘤，如急性髓系白血�。ˋML）和骨髓增生異常綜合征（MDS），以及淋巴系惡性腫瘤，如多發(fā)性骨髓瘤（MM）和慢性淋巴細(xì)胞白血�。–LL），都具有遺傳異質(zhì)性的特點(diǎn)，變異種類繁多。例如，在AML中，主要的遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)包括反復(fù)的染色體易位，如t（8;21）、inv（16）和t（15;17），以及FLT3、NPM1、CEBPA、IDH1/2和DNMT3A等基因的突變，這些發(fā)現(xiàn)定義了具有不同預(yù)后影響的特定AML亞型。這些基因改變會(huì)影響疾病行為、治療反應(yīng)和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)。這種遺傳結(jié)果的多樣性是其他髓系腫瘤和淋巴細(xì)胞白血病的典型特征。

白血病治療的一般工作流程包括通過(guò)血細(xì)胞計(jì)數(shù)和骨髓活檢進(jìn)行初步診斷、分類、使用基因組工具進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，以及通過(guò)化療、干細(xì)胞移植和維持療法進(jìn)行治療。適當(dāng)?shù)姆诸惡惋L(fēng)險(xiǎn)分級(jí)對(duì)患者管理至關(guān)重要，對(duì)干細(xì)胞移植和其他干預(yù)措施的關(guān)鍵臨床決策也是必不可少的。

目前，血液腫瘤的基因和分子檢測(cè)采用多模式方法，這些實(shí)驗(yàn)室結(jié)果被用于根據(jù)世界衛(wèi)生組織和其他臨床指南對(duì)疾病進(jìn)行分類和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)。傳統(tǒng)的細(xì)胞遺傳學(xué)（核型分析）用于檢測(cè)染色體變異，而熒光原位雜交（FISH）則有助于確定特定的重排和隱匿性易位。聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）和逆轉(zhuǎn)錄PCR可檢測(cè)特定基因突變（如FLT3、NPM1）和融合轉(zhuǎn)錄本，有助于診斷和監(jiān)測(cè)微小殘留�。∕RD）。新一代測(cè)序（包括靶向panel）為風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)提供了全面的突變分析。染色體陣列和光學(xué)基因組圖譜方法可在特定情況下使用。

事實(shí)證明，全基因組測(cè)序（WGS）是一種高效的替代方法，它能提供全面的基因組圖譜，檢測(cè)所有相關(guān)的基因異常，包括染色體變化、結(jié)構(gòu)變異以及細(xì)胞遺傳學(xué)和FISH等傳統(tǒng)方法可能遺漏的隱性突變。由此實(shí)現(xiàn)了更有效的分類和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，一項(xiàng)針對(duì)AML/MDS的研究表明，與目前的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法相比，使用WGS時(shí)，近25%的患者獲得額外的診斷結(jié)果，約17%的患者獲得不同的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)¹。WGS還能幫助新興領(lǐng)域（如基于血漿樣本的MRD檢測(cè)）擺脫使用骨髓穿刺液進(jìn)行檢測(cè)的做法。WGS通過(guò)統(tǒng)一的工作流程，將多項(xiàng)檢測(cè)合并為一項(xiàng)檢測(cè)，簡(jiǎn)化了診斷流程，周轉(zhuǎn)時(shí)間更短，僅需五天左右。雖然WGS在歷史上一直被認(rèn)為是一種昂貴的檢測(cè)方法，但測(cè)序成本的降低使其變得更加經(jīng)濟(jì)可行。此外，該方法已被納入美國(guó)國(guó)立綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)AML/MDS管理指南，并享受醫(yī)療保險(xiǎn)報(bào)銷。

血液腫瘤WGS概覽
對(duì)血液惡性腫瘤進(jìn)行全面的基因組分析需要評(píng)估多種變異類型，包括小變異（單核苷酸變異和插入缺失小于50 bp）、拷貝數(shù)改變（CNA）、結(jié)構(gòu)變異（SV）（如易位）和雜合性缺失（LoH）計(jì)算。這些海量信息的分析離不開強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力。DRAGEN(Dynamic Read Analysis for GENomics) 是由Illumina因美納開發(fā)的高性能生物信息分析平臺(tái)，依托全基因組、全外顯子組、轉(zhuǎn)錄組、甲基化、單細(xì)胞等分析模塊，支持精準(zhǔn)高效的基因組數(shù)據(jù)分析。

針對(duì)血液腫瘤，DRAGEN Somatic WGS Heme Tumor Only方案結(jié)合使用變異檢出、覆蓋深度分析、斷裂端檢測(cè)和其他算法，可為血液惡性腫瘤相關(guān)變異提供準(zhǔn)確而全面的結(jié)果。

圖1：適用于DRAGEN Somatic的DRAGEN Somatic WGS Heme Tumor Only方案

體細(xì)胞變異的檢測(cè)能力在很大程度上取決于樣本的測(cè)序深度。在圖1中，我們對(duì)從癌癥參考細(xì)胞系（Seraseq Myeloid Mutation DNA Mix、NOMO-1、Kasumi-1和HCC1187）中提取的DNA進(jìn)行了滴定實(shí)驗(yàn)，以計(jì)算不同覆蓋深度下變異的檢測(cè)限（LoD）。140×的覆蓋度可實(shí)現(xiàn)等位基因頻率大于或等于5%的小變異檢測(cè)限。為保持一致性，表1進(jìn)一步詳細(xì)列出了在140×覆蓋度下評(píng)估時(shí)其他變異類型的LoD。如圖2所示，根據(jù)特定研究應(yīng)用的需要，可以通過(guò)增加或減少測(cè)序覆蓋度來(lái)改變LoD。

圖2：不同覆蓋深度小變異的檢測(cè)限分析靈敏度（檢測(cè)限）

表1：140×覆蓋度下確定的小變異、結(jié)構(gòu)變異、CNA和LoH的分析靈敏度（檢測(cè)限）

圖3：WGS對(duì)血液臨床樣本的變異檢測(cè)性能——DRAGEN在一組23個(gè)血液惡性腫瘤患者的臨床樣本中準(zhǔn)確檢測(cè)出73個(gè)小變異（31個(gè)基因）、10個(gè)結(jié)構(gòu)變異（SV，7個(gè)基因）以及29個(gè)拷貝數(shù)變異（CNA）中的28個(gè)。

我們與研究人員合作，對(duì)23個(gè)患有血液惡性腫瘤的臨床樣本進(jìn)行了PCR-Free WGS，平均覆蓋度約為220×（見圖3）。我們的團(tuán)隊(duì)在這組樣本中正確檢測(cè)出所有臨床相關(guān)的小變異（n=73，包括4個(gè)FLT3-ITD）、結(jié)構(gòu)變異以及超過(guò)96%的CNA。具體來(lái)說(shuō)，共評(píng)估了兩個(gè)長(zhǎng)度分別約為45 Mb和56 Mb的倒位、8個(gè)易位、22個(gè)從4.5 Mb到100 Mb的CNA和7個(gè)全染色體事件。

為了進(jìn)一步評(píng)估WGS的性能，我們?cè)u(píng)估了另外30份AML研究參與者的外周血或骨髓穿刺液標(biāo)本，并將WGS的變異檢出結(jié)果與腫瘤全景變異分析（“NGS大panel”）TruSight Oncology 500的結(jié)果進(jìn)行了比較。表2匯總了此項(xiàng)研究的結(jié)果，并顯示了相關(guān)變異類型的高性能。

表2：研究隊(duì)列中約200×覆蓋度的WGS檢測(cè)性能

基因組時(shí)代
發(fā)表在《血液》（Blood）雜志上的一篇論文指出：“在髓系腫瘤患者中，全基因組測(cè)序有可能取代傳統(tǒng)的細(xì)胞遺傳學(xué)和測(cè)序方法，提供快速、準(zhǔn)確的全景變異分析”2。

與傳統(tǒng)方法相比，因美納針對(duì)血液惡性腫瘤的全面全基因組測(cè)序和信息學(xué)解決方案可在單一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的工作流程，從而提高實(shí)驗(yàn)室效率和臨床療效。從大型染色體重排到單核苷酸變異，每一個(gè)細(xì)節(jié)都可以通過(guò)這一新技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。

如何開展？
現(xiàn)有的因美納產(chǎn)品和工作流程可用于從血液惡性腫瘤患者的標(biāo)本中生成全面、高質(zhì)量的基因組。根據(jù)研究情況，從外周血和/或骨髓穿刺樣本中提取的DNA適合作為起始材料。對(duì)于體細(xì)胞變異的檢測(cè)，建議采用更深的平均覆蓋度，因?yàn)殛P(guān)鍵事件可能只出現(xiàn)在部分細(xì)胞中。為了達(dá)到更高的測(cè)序深度，通常使用相對(duì)較少的文庫(kù)進(jìn)行混合。

表3：可優(yōu)化血液惡性腫瘤WGS研究的現(xiàn)有因美納產(chǎn)品

參考文獻(xiàn)
1.Duncavage EJ, Schroeder MC, O’Laughlin M, et al.Genome Sequencing as an Alternative to Cytogenetic Analysis in Myeloid Cancers.N Engl J Med.2021;384(10):924-935. doi:10.1056/NEJMoa2024534
2.Duncavage EJ, Bagg A, Hasserjian RP, et al.Genomic profiling for clinical decision making in myeloid neoplasms and acute leukemia.Blood.2022;140(21):2228-2247. doi:10.1182/blood.2022015853

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