Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Секвенирование ракового генома - это секвенирование всего генома одной, гомогенной или гетерогенной группы раковых клеток. Это биохимический лабораторный метод для характеристики и идентификации последовательностей ДНК или РНК раковых клеток.

В отличие от целого генома (WG) последовательности , которые , как правило , из клеток крови, таких как Дж Крэйг Вентер «s [1] и Джеймс Д. Уотсон РГ секвенирования проектов«ы, [2] слюна, эпителиальные клетки или кости - геном рака включает секвенирование прямое секвенирование ткани первичной опухоли, прилегающей или дистальной нормальной ткани, микросреды опухоли, такой как фибробластные / стромальные клетки, или участков метастатической опухоли.

Подобно полному секвенированию генома, информация, полученная с помощью этого метода, включает: идентификацию нуклеотидных оснований (ДНК или РНК), количество копий и варианты последовательности, статус мутации и структурные изменения, такие как хромосомные транслокации и слитые гены .

Секвенирование ракового генома не ограничивается секвенированием WG и может также включать экзом , транскриптом , секвенирование микронома и профилирование концевой последовательности . Эти методы можно использовать для количественной оценки экспрессии генов , экспрессии miRNA и идентификации альтернативных событий сплайсинга в дополнение к данным о последовательности.

Первый отчет о секвенировании генома рака появился в 2006 году. В этом исследовании было секвенировано 13 023 гена в 11 опухолях молочной железы и 11 опухолях прямой кишки. [3] Последующее наблюдение было опубликовано в 2007 году, когда та же группа добавила чуть более 5000 дополнительных генов и почти 8000 видов транскриптов, чтобы завершить экзомы 11 опухолей молочной железы и колоректальной опухоли. [4] Первый полный геном рака, который был секвенирован, был получен из цитогенетически нормального острого миелоидного лейкоза Ley et al. в ноябре 2008 года. [5] Первая опухоль рака груди была секвенирована Shah et al. в октябре 2009 г. [6] были получены первые опухоли легких и кожи Pleasance et al. в январе 2010 г. [7] [8]и первые опухоли простаты Berger et al. в феврале 2011 года. [9]

История [ править ]

Исторически сложилось так, что усилия по секвенированию генома рака были разделены между проектами секвенирования на основе транскриптомов и усилиями, сосредоточенными на ДНК.

Проект анатомии генома рака (CGAP) был впервые профинансирован в 1997 г. [10] с целью документирования последовательностей транскриптов РНК в опухолевых клетках. [11] По мере совершенствования технологий CGAP расширил свои задачи, включив определение профилей экспрессии генов в раковых, предраковых и нормальных тканях. [12]

В 2003 г. CGAP опубликовала самую крупную общедоступную коллекцию тегов последовательностей, экспрессируемых раком [13].

Проект « Геном рака» Института Сэнгера , впервые профинансированный в 2005 году, сосредоточен на секвенировании ДНК. Он опубликовал перепись генов, причинно влияющих на рак [14], а также ряд скрининговых исследований с пересеквенированием всего генома для генов, вызывающих рак. [15]

Международный консорциум генома рака (ICGC) был основан в 2007 году с целью интеграции имеющихся геномные , транскриптомные и эпигенетические данными из множества различных исследовательских групп. [16] [17] По состоянию на декабрь 2011 года ICGC включает 45 утвержденных проектов и располагает данными по 2 961 геномам рака. [16]

Социальное влияние [ править ]

Сложность и биология рака [ править ]

Процесс онкогенеза, который превращает нормальную клетку в злокачественную, включает в себя ряд сложных генетических и эпигенетических изменений. [18] [19] [20] Идентификация и характеристика всех этих изменений может быть достигнута с помощью различных стратегий секвенирования генома рака.

Сила секвенирования генома рака заключается в неоднородности рака и пациентов. Большинство видов рака имеет множество подтипов, и в сочетании с этими «вариантами рака» есть различия между подтипом рака у одного человека и у другого человека. Секвенирование генома рака позволяет клиницистам и онкологам идентифицировать специфические и уникальные изменения, которые претерпел пациент, чтобы развить свой рак. На основе этих изменений можно разработать индивидуальную терапевтическую стратегию. [21] [22]

Клиническая значимость [ править ]

Большой вклад в смерть от рака и неудачное лечение рака вносит клональная эволюция на цитогенетическом уровне, например, как это наблюдается при остром миелоидном лейкозе (AML). [23] [24] В исследовании Nature, опубликованном в 2011 году, Ding et al. идентифицировали клеточные фракции, характеризующиеся общими мутационными изменениями, чтобы проиллюстрировать гетерогенность конкретной опухоли до и после лечения по сравнению с нормальной кровью у одного человека. [25]

Эти клеточные фракции могли быть идентифицированы только путем секвенирования генома рака, показывающего информацию, которую может дать секвенирование, а также сложность и гетерогенность опухоли у одного человека.

Комплексные геномные проекты рака [ править ]

Два основных проекта, сфокусированных на полной характеристике рака у людей, в значительной степени включающих секвенирование, включают Проект генома рака , основанный в Wellcome Trust Sanger Institute, и Атлас генома рака, финансируемый Национальным институтом рака (NCI) и Национальным институтом исследования генома человека ( NHGRI). В сочетании с этими усилиями Международный консорциум по геному рака (более крупная организация) представляет собой добровольную научную организацию, которая обеспечивает форум для сотрудничества между ведущими мировыми исследователями рака и геномики.

Проект генома рака (CGP) [ править ]

Цель проектов по геному рака - выявить варианты последовательностей и мутации, критические для развития рака у человека. Проект включает систематический скрининг кодирующих генов и фланкирующих сплайсинговых соединений всех генов в геноме человека на предмет приобретенных мутаций при раке человека. Чтобы исследовать эти события, набор образцов для открытия будет включать ДНК из первичной опухоли, нормальной ткани (от тех же людей) и линий раковых клеток. Все результаты этого проекта объединяются и хранятся в базе данных рака COSMIC . COSMIC также включает данные о мутациях, опубликованные в научной литературе.

Атлас генома рака (TCGA) [ править ]

TCGA - это мульти-институциональная попытка понять молекулярную основу рака с помощью технологий анализа генома, включая методы крупномасштабного секвенирования генома. Сотни образцов собираются, секвенируются и анализируются. В настоящее время собираются раковые ткани: центральной нервной системы, груди, желудочно-кишечного тракта, гинекологии, головы и шеи, гематологии, грудной клетки и урологии.

Компоненты исследовательской сети TCGA включают: основные ресурсы биологических образцов, центры характеристики генома, центры секвенирования генома, центры характеристики протеома, центр координации данных и центры анализа данных генома. Каждый тип рака будет подвергнут комплексной геномной характеристике и анализу. Созданные данные и информация находятся в свободном доступе через портал данных TCGA проектов.

Международный консорциум генома рака (ICGC) [ править ]

Цель ICGC - «получить всестороннее описание геномных, транскриптомных и эпигеномных изменений в 50 различных типах и / или подтипах опухолей, которые имеют клиническое и социальное значение во всем мире». [16]

Технологии и платформы [ править ]

Секвенирование 2-го поколения
Секвенирование 3-го поколения

При секвенировании генома рака используется та же технология, что и при секвенировании всего генома. История секвенирования прошла долгий путь, зародившись в 1977 году двумя независимыми группами - техникой ферментативного секвенирования дидокси-ДНК Фредерика Сэнгера [26] и техникой химической деградации Аллена Максама и Уолтера Гилберта. [27] Вслед за этими знаковыми статьями, более 20 лет спустя появилось высокопроизводительное секвенирование следующего поколения «второго поколения» (HT-NGS), за которым в 2010 г. последовала «технология HT-NGS третьего поколения». [28] Цифры справа иллюстрируют общий биологический конвейер и компании, участвующие во втором и третьем поколении секвенирования HT-NGS.

Три основных платформ второго поколения включают Рош / 454 пиро-секвенирование , ABI / сплошна последовательности путем лигирования и амплификации моста Illumina по технологии секвенирования. Три основных платформы третьих поколений включают Pacific Biosciences Single Molecule Real Time (SMRT) последовательность , Oxford нанопористого секвенирование и ионные полупроводниковые последовательности .

Анализ данных [ править ]

Рабочий процесс секвенирования опухоли от биопсии до рекомендаций по лечению.

Как и в любом проекте секвенирования генома, чтения должны быть собраны, чтобы сформировать представление секвенируемых хромосом. В случае раковых геномов это обычно делается путем сопоставления считываний с эталонным геномом человека .

Поскольку даже в незлокачественных клетках накапливаются соматические мутации, необходимо сравнить последовательность опухоли с подобранной нормальной тканью, чтобы определить, какие мутации уникальны для рака. При некоторых раковых заболеваниях, таких как лейкемия, нецелесообразно сравнивать образец рака с нормальной тканью, поэтому необходимо использовать другую незлокачественную ткань. [25]

Было подсчитано, что обнаружение всех соматических мутаций в опухоли потребует 30-кратного секвенирования генома опухоли и соответствующей нормальной ткани. [29] Для сравнения: первоначальный вариант генома человека имел примерно 65-кратный охват. [30]

Основная цель секвенирования генома рака - выявить драйверные мутации: генетические изменения, которые увеличивают скорость мутаций в клетке, что приводит к более быстрой эволюции опухоли и метастазированию. [31] Трудно определить мутации драйвера только по последовательности ДНК; но движущими силами обычно являются мутации, наиболее часто встречающиеся в опухолях, они группируются вокруг известных онкогенов и, как правило, не молчат. [29] Пассажирские мутации, которые не важны для прогрессирования заболевания, случайным образом распределяются по геному. Было подсчитано, что в среднем опухоль несет около 80 соматических мутаций, менее 15 из которых, как ожидается, являются движущими факторами. [32]

Анализ личностной геномики требует дальнейшей функциональной характеристики обнаруженных мутантных генов и разработки базовой модели происхождения и прогрессирования опухоли. Этот анализ может быть использован для составления рекомендаций по фармакологическому лечению. [21] [22] По состоянию на февраль 2012 года это было сделано только для клинических испытаний пациентов, предназначенных для оценки индивидуального геномного подхода к лечению рака. [22]

Ограничения [ править ]

Масштабный скрининг соматических мутаций в опухолях молочной железы и колоректальной опухоли показал, что многие низкочастотные мутации вносят небольшой вклад в выживаемость клеток. [32] Если выживаемость клеток определяется множеством мутаций с небольшим эффектом, маловероятно, что секвенирование генома позволит выявить единственную мишень «ахиллесова пята» для противораковых препаратов. Однако соматические мутации имеют тенденцию группироваться в ограниченном количестве сигнальных путей [29] [32] [33], которые являются потенциальными мишенями для лечения.

Раки - это гетерогенные популяции клеток. Когда данные о последовательности получены из всей опухоли, информация о различиях в последовательности и характере экспрессии между клетками теряется. [34] Эту трудность можно решить с помощью анализа отдельных клеток.

Клинически значимые свойства опухолей, включая лекарственную устойчивость, иногда обусловлены крупномасштабными перестройками генома, а не отдельными мутациями. [35] В этом случае информация об однонуклеотидных вариантах будет иметь ограниченную полезность. [34]

Секвенирование ракового генома можно использовать для получения клинически значимой информации у пациентов с редкими или новыми типами опухолей. Перевод информации о последовательности в план клинического лечения очень сложен, требует специалистов в самых разных областях, и не гарантирует, что он приведет к эффективному плану лечения. [21] [22]

Инциденталом [ править ]

Incidentalome есть множество обнаруженных геномных вариантов , не связанных с раком при исследовании. [36] (Этот термин является игрой названия инциденталома , которое обозначает опухоли и новообразования, обнаруженные при визуализации всего тела случайно). [37] Обнаружение таких вариантов может привести к дополнительным мерам, таким как дальнейшее тестирование или управление образом жизни. [36]

См. Также [ править ]

  • 454 Пиросеквенирование наук о жизни
  • ABI Solid Sequencing
  • Проект генома рака
  • Атлас генома рака
  • Карис Науки о жизни
  • Секвенирование наношаров ДНК
  • Международный консорциум генома рака
  • Ионно-полупроводниковое секвенирование
  • Секвенирование нанопор
  • Секвенирование нового поколения
  • Онкогеномика
  • Секвенирование полонии
  • Точная медицина
  • Пиросеквенирование
  • Секвенирование отдельной молекулы в реальном времени
  • Центр индивидуальной терапии рака

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Самуэль Леви; и другие. (Октябрь 2007 г.). «Диплоидная последовательность генома отдельного человека» . PLoS Биология . 5 (10): e254. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0050254 . PMC  1964779 . PMID  17803354 .
  2. ↑ Дэвид А. Уиллер; и другие. (Апрель 2008 г.). «Полный геном человека путем массового параллельного секвенирования ДНК» . Природа . 452 (7189): 872–6. DOI : 10,1038 / природа06884 . PMID 18421352 . 
  3. ^ Сджоблом, Т .; Jones, S .; Дерево, LD; Парсонс, DW; Lin, J .; Парикмахер, Т. Д.; Mandelker, D .; Лири, Р.Дж.; Ptak, J .; Silliman, N .; Szabo, S .; Buckhaults, P .; Farrell, C .; Meeh, P .; Марковиц, SD; Уиллис, Дж .; Dawson, D .; Willson, JKV; Газдар, АФ; Hartigan, J .; Wu, L .; Liu, C .; Parmigiani, G .; Парк, BH; Бахман, KE; Papadopoulos, N .; Фогельштейн, Б .; Кинзлер, кВт; Велкулеску, В.Е. (2006). «Консенсусные кодирующие последовательности рака груди и толстой кишки человека». Наука . 314 (5797): 268–274. DOI : 10.1126 / science.1133427 . ISSN 0036-8075 . PMID 16959974 .  
  4. ^ Вуд, LD; Парсонс, DW; Jones, S .; Lin, J .; Сджоблом, Т .; Лири, Р.Дж.; Шен, Д .; Boca, SM; Barber, T .; Ptak, J .; Silliman, N .; Szabo, S .; Dezso, Z .; Устянкский, В .; Никольская, Т .; Никольский, Ю .; Карчин, Р .; Уилсон, Пенсильвания; Kaminker, JS; Zhang, Z .; Croshaw, R .; Уиллис, Дж .; Dawson, D .; Шипицин, М .; Willson, JKV; Sukumar, S .; Поляк, К .; Парк, BH; Петиягода, CL; Брюки, ПВХ; Ballinger, DG; Sparks, AB; Hartigan, J .; Смит, Д.Р .; Suh, E .; Papadopoulos, N .; Buckhaults, P .; Марковиц, SD; Parmigiani, G .; Кинзлер, кВт; Велкулеску, В.Е .; Фогельштейн, Б. (2007). "Геномные пейзажи человеческого рака груди и колоректального рака". Наука . 318 (5853): 1108–1113. CiteSeerX 10.1.1.218.5477 . Дои : 10.1126 / science.1145720 . ISSN  0036-8075 . PMID  17932254 .
  5. ^ Тимоти Лей; и другие. (Ноябрь 2008 г.). «Секвенирование ДНК цитогенетически нормального генома острого миелоидного лейкоза» . Природа . 456 (7218): 66–72. DOI : 10,1038 / природа07485 . PMC 2603574 . PMID 18987736 .  
  6. ^ Сохраб П. Шах; и другие. (Октябрь 2009 г.). «Мутационная эволюция в дольковой опухоли молочной железы, профилированная при разрешении одного нуклеотида» . Природа . 461 (7265): 809–13. DOI : 10,1038 / природа08489 . PMID 19812674 . 
  7. ^ Эрин Д. Удовольствие; и другие. (Декабрь 2009 г.). «Геном мелкоклеточного рака легких со сложными признаками воздействия табака» . Природа . 463 (7278): 184–90. DOI : 10,1038 / природа08629 . PMC 2880489 . PMID 20016488 .  
  8. ^ Эрин Д. Удовольствие; и другие. (Декабрь 2009 г.). «Полный каталог соматических мутаций из генома рака человека» . Природа . 463 (7278): 191–6. DOI : 10,1038 / природа08658 . PMC 3145108 . PMID 20016485 .  
  9. ^ Майкл Ф. Бергер; и другие. (Февраль 2011 г.). «Геномная сложность первичного рака простаты человека» . Природа . 470 (7333): 214–20. DOI : 10,1038 / природа09744 . PMC 3075885 . PMID 21307934 .  
  10. ^ E Pinnisi (май 1997). «Каталог генов рака одним щелчком мыши». Наука . 267 (5315): 1023–4. DOI : 10.1126 / science.276.5315.1023 . PMID 9173535 . 
  11. ^ B Kuska (декабрь 1996). "Проект анатомии генома рака готов к взлету" . Журнал Национального института рака . 88 (24): 1801–1803. DOI : 10.1093 / JNCI / 88.24.1801 . PMID 8961968 . 
  12. ^ «Проект анатомии генома рака (CGAP) | Инициатива по характеристике генома рака (CGCI)» . Cgap.nci.nih.gov . Проверено 14 сентября 2013 .
  13. ^ [1] Архивировано 3 мая 2011 года в Wayback Machine.
  14. ^ «КОСМИЧЕСКАЯ: Перепись гена рака» . Sanger.ac.uk. Архивировано из оригинального 2 -го июля 2013 года . Проверено 14 сентября 2013 .
  15. ^ www-core (веб-команда) (30.01.2013). «Проект генома рака (CGP) - Wellcome Trust Sanger Institute» . Sanger.ac.uk. Архивировано из оригинального 2 -го июля 2013 года . Проверено 14 сентября 2013 .
  16. ^ a b c «Международный консорциум генома рака» . Icgc.org . Проверено 14 сентября 2013 .
  17. ^ Международный консорциум генома рака (апрель 2010 г.). «Международная сеть проектов генома рака» . Природа . 464 (7291): 993–8. DOI : 10,1038 / природа08987 . PMC 2902243 . PMID 20393554 .  
  18. ^ Кеннет В. Кинзлер; и другие. (Октябрь 1996 г.). «Уроки наследственного колоректального рака». Cell . 87 (2): 159–70. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81333-1 . PMID 8861899 . 
  19. ^ Питер А. Джонс; и другие. (Февраль 2007 г.). «Эпигеномика рака» . Cell . 128 (4): 683–92. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.01.029 . PMC 3894624 . PMID 17320506 .  
  20. ↑ Анджела Х. Тинг; и другие. (Декабрь 2006 г.). «Эпигеном рака - компоненты и функциональные корреляты» . Гены и развитие . 20 (23): 3215–31. DOI : 10,1101 / gad.1464906 . PMID 17158741 . 
  21. ^ а б в Джоун, SJ; и другие. (2010). «Эволюция аденокарциномы в ответ на выбор целенаправленных ингибиторов киназ» . Геномная биология . 11 (8): R82. DOI : 10.1186 / ГБ-2010-11-8-r82 . PMC 2945784 . PMID 20696054 .  
  22. ^ a b c d Roychowdhury, S .; и другие. (Ноябрь 2011 г.). «Персонализированная онкология посредством интегративного высокопроизводительного секвенирования: пилотное исследование» . Трансляционная медицина науки . 3 (111): 111ra121. DOI : 10.1126 / scitranslmed.3003161 . PMC 3476478 . PMID 22133722 .  
  23. ^ Джозеф Р. Теста; и другие. (Сентябрь 1979 г.). «Эволюция кариотипов при остром нелимфоцитарном лейкозе». Исследования рака . 39 (9): 3619–27. PMID 476688 . 
  24. ^ Гарсон OM; и другие. (Июль 1989 г.). «Цитогенетические исследования 103 больных острым миелолейкозом в стадии рецидива». Генетика и цитогенетика рака . 40 (2): 187–202. DOI : 10.1016 / 0165-4608 (89) 90024-1 . PMID 2766243 . 
  25. ^ a b Ding, L .; и другие. (Январь 2012 г.). «Клональная эволюция при рецидиве острого миелоидного лейкоза, выявленная с помощью полногеномного секвенирования» . Природа . 481 (7382): 506–10. DOI : 10,1038 / природа10738 . PMC 3267864 . PMID 22237025 .  
  26. ^ Фредерик Сэнгер; и другие. (Декабрь 1977 г.). «Секвенирование ДНК с помощью ингибиторов обрыва цепи». PNAS . 74 (12): 104–8. PMID 1422003 . 
  27. ^ Аллан Максам; Уолтер Гилберт (февраль 1977 г.). «Новый метод секвенирования ДНК» . PNAS . 74 (2): 560–4. DOI : 10.1073 / pnas.74.2.560 . PMC 392330 . PMID 265521 .  
  28. ^ Чандра Шекхар Парик; и другие. (Ноябрь 2011 г.). «Технологии секвенирования и секвенирование генома» . Журнал прикладной генетики . 52 (4): 413–35. DOI : 10.1007 / s13353-011-0057-х . PMC 3189340 . PMID 21698376 .  
  29. ^ a b c Стратон, MR; Кэмпбелл, П.Дж.; Футреал, Пенсильвания (апрель 2009 г.). «Геном рака» . Природа . 458 (7239): 719–724. DOI : 10,1038 / природа07943 . PMC 2821689 . PMID 19360079 .  
  30. ^ Лендер, ES; и другие. (Февраль 2001 г.). «Первоначальное секвенирование и анализ генома человека» (PDF) . Природа . 409 (6822): 860–921. DOI : 10.1038 / 35057062 . PMID 11237011 .  
  31. ^ Вонг, км; Хадсон, Т.Дж.; Макферсон, JD (сентябрь 2011 г.). «Раскрытие генетики рака: секвенирование генома и не только». Ежегодный обзор геномики и генетики человека . 12 : 407–30. DOI : 10.1146 / annurev-genom-082509-141532 . PMID 21639794 . 
  32. ^ а б в Дерево, LD; и другие. (Ноябрь 2007 г.). «Геномные пейзажи человеческого рака груди и колоректального рака». Наука . 318 (5853): 8–9. CiteSeerX 10.1.1.218.5477 . DOI : 10.1126 / science.1145720 . PMID 17932254 .  
  33. ^ Джонс, S .; и другие. (Сентябрь 2008 г.). «Основные сигнальные пути при раке поджелудочной железы человека, выявленные глобальным геномным анализом» . Наука . 321 (5897): 1801–6. DOI : 10.1126 / science.1164368 . PMC 2848990 . PMID 18772397 .  
  34. ^ a b Miklos, GL (май 2005 г.). «Проект генома рака человека: еще одна ошибка в войне с раком». Природа Биотехнологии . 23 (5): 535–7. DOI : 10.1038 / nbt0505-535 . PMID 15877064 . 
  35. ^ Duesberg, P .; Расник, Д. (2004). «Анеуплоидия приближается к высшему баллу в прогнозировании и профилактике рака: основные моменты конференции, состоявшейся в Окленде, штат Калифорния, в январе 2004 года» . Клеточный цикл . 3 (6): 823–8. DOI : 10.4161 / cc.3.6.938 . PMID 15197343 . 
  36. ^ a b Кохан, IS; Masys, DR; Альтман, РБ (2006). «Инциденталом: угроза геномной медицине». ДЖАМА . 296 (2): 212–215. DOI : 10,1001 / jama.296.2.212 . PMID 16835427 . 
  37. ^ Секвенирование гена рака поднимает новые проблемы медицинской этики , Дженис К. Келли. 6 сентября 2013 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Проект генома рака
  • CGAP
  • Атлас генома рака
  • Проект генома рака
  • Проект генома рака
  • Международный консорциум генома рака
  • Фрэнсис С. Коллинз и Анна Д. Баркер. «Картирование генома рака». Scientific American, февраль 2007 г.