Pēdējā nolasītā secība maina reto slimību diagnostiku

Pēdējā nolasītā secība maina reto slimību diagnostiku

Katru desmito cilvēku visā pasaulē ir skārusi reta ģenētiska slimība, taču aptuveni 50% no viņiem joprojām netiek diagnosticēti, neskatoties uz straujo ģenētisko tehnoloģiju un testēšanas pieaugumu. Pat ja personai ir pieejama pārbaude, diagnozes noteikšanas process var ilgt apmēram piecus gadus vai ilgāk, kas dažkārt ir par vēlu, lai pacienti, kas bieži vien ir bērni, sāktu pareizu ārstēšanu.

Daļēji tas ir tāpēc, ka pašreizējā klīniskajā pārbaudē tiek izmantota metode, ko sauc par īsas nolasīšanas sekvencēšanu, kas nevar piekļūt informācijai noteiktos genoma reģionos un tāpēc nevar veikt svarīgus pierādījumus diagnozei. Tomēr UC Santa Cruz pētnieki virzās uz visprogresīvāko alternatīvo metodi, ko sauc par Lonad sekvencēšanu, kas var nodrošināt plašāku datu kopu variāciju identificēšanai, novērst vajadzību pēc vairākiem specializētiem testiem un optimizēt reto slimību diagnostiku.

Jauns pētījums parāda, ka ilgstošai sekvencēšanai ir potenciāls uzlabot diagnozes rādītājus, vienlaikus samazinot laiku līdz diagnozei no gadiem līdz dienām - vienā pārbaudē un par daudz zemākām izmaksām. Pētījums tika publicētsAmerican Journal of Human Geneticsun to vadīja UCSC Genomikas institūta galvenie locekļi Biomolekulārās inženierijas (BME) profesors Benedikts Patens un BME asociētais profesors Karen Miga, kā arī bijušais UCSC pēcdoktorantūras zinātnieks Jean Monlong.

Retās slimības ir kaut kas, ar ko cilvēki ir cīnījušies tik daudzus gadus, un, ja mums ir sekvencēšanas tehnoloģija, kas optimizē diagnostikas testēšanu, tas būs milzīgs ieguldījums — un to mēs pārbaudījām šajā dokumentā. "

Shloka Negi, UC Santa Cruz Bme Ph.D. students, darba pirmais autors

"Mūsdienās ģenētiskās sekvencēšanas diagnostikas rezultāts ir satraucoši zems," sacīja Patens. "Iespējamais iemesls ir nepilnīgās sekvencēšanas metodes, varianti un epiģenētiskie signāli mūsu grupā.

Atrodiet retas slimības

Šis pētījums koncentrējās uz retām monogēnām slimībām, ko izraisa viena gēna traucējumi.

Zinātnieki diagnosticē ģenētiskās slimības, pārmeklējot to ģenētisko materiālu, lai atrastu variantus – atšķirības gēnā, kas var traucēt tam pareizi darboties. Tipiskā pieeja šo variantu atrašanai izmanto paņēmienu, ko sauc par īsas nolasīšanas sekvencēšanu, kas kartē ģenētiskos bāzu pārus — adenīna (A), citozīna (C), guanīna (G) un timīna (T) kombinācijas — secībās, kas katrā ir aptuveni 150–250.

Tomēr īsas nolasīšanas sekvencēšanas ierobežojums ir tāds, ka tā var palaist garām būtisku informāciju noteiktos genoma reģionos, piemēram, bāzes pāru modeļus, kas ir daudz garāki par tikai 250 bāzes pāriem. Tā arī nevar veikt “fāzēšanu”, procesu, lai noteiktu, kuri varianti ir mantoti no mātes un kuri nāk no tēva. Tas var palīdzēt klīnicistiem atklāt, kuri varianti ir iedzimti. Piemēram, ja divi varianti ir mantoti no viena vecāka, viens no katra vecāka vai nav mantoti vispār. Tā var būt ļoti noderīga informācija ģenētiskajām diagnozēm, īpaši, ja vecāku dati nav pieejami.

Turpretim ilgstoša sekvencēšana var vienlaikus nolasīt garus DNS posmus, novēršot nepilnības, kuru dēļ zinātnieki un klīnicisti var palaist garām svarīgu informāciju par gēnu variācijām. Ilgi lasīta sekvencēšana nodrošina arī tiešus fāzes datus, kā arī informāciju par metilēšanu, ķīmisko procesu DNS, kas izraisa gēnu "ieslēgšanu vai izslēgšanu" un var veicināt slimības.

"Atsevišķos gadījumos ilgstošā secība būs daudz labāka, un mēs veicam pasākumus, lai to pierādītu," sacīja Negi.

Svins metodēs

UC Santa Cruz Genomikas institūta pētniekiem ir plaša inovāciju vēsture un pieredze ilgstošas ​​​​sekvencēšanas jomā, un viņi aktīvi izstrādā metodes, lai optimizētu sekvencēšanu un analīzi plašam veselības pētījumu lietojumu klāstam. Daudzas no metodēm, ko pētnieki izstrādāja, lai sasniegtu sasniegumus, piemēram, pirmais patiesi pilnīgais “telomēra-telomēra” atsauces genoms, tagad tiek izmantotas, lai uzlabotu pacientu rezultātus.

"Ja iepriekšējie atklājumi tika pastiprināti, mēs atklājām, ka ieguvumi no ilgstošas ​​​​sekvences izmantošanas tika ievērojami palielināti, izmantojot pilnīgu, tā saukto" telomēru-telomēru" atsauces genomu esošās nepilnīgās, bet plaši izmantotās genoma atsauces vietā," sacīja MIGA. "Mēs paredzam, ka pangenomi - atsauces, kas atspoguļo dažādas cilvēka variācijas - gūs vēl lielāku labumu no jaunām ilgmūžīgām sekvencēšanas tehnoloģijām."

Patena un Migas laboratorijas sadarbojās ar klīnicistiem, lai strādātu pie 42 pacientiem ar retām slimībām, no kuriem daži tika diagnosticēti, izmantojot īsas nolasīšanas metodes vai citus specializētus testus, no kuriem daži vēl nebija diagnosticēti. Dažos gadījumos pētniekiem bija piekļuve vecāku ģenētiskajai informācijai, bet citos viņiem nebija.

Ilgstošu pacientu sekvencēšanu veica MIGA laboratorija, izmantojot Nanopore sekvencēšanu, ilgstošas ​​​​sekvencēšanas metodi UCSC, lai sasniegtu ļoti precīzus pacientu genomu nolasījumus no gala līdz galam par aptuveni 1000 USD par paraugu.

Genomiska dati tika analizēti, izmantojot skaitļošanas metodes, kas izstrādātas Paten laboratorijā, lai atrastu mazus un lielus variantus, fāzes datus un metilēšanas datus, izmantojot cauruļvadu, ko sauc par NAPU cauruļvadu. Analīzes process aizņem apmēram dienu vai mazāk, atkarībā no datora apstrādes ātruma, un maksā 100 USD.

risināt lietas

Pēc pacientu datu secības noteikšanas un analīzes pētnieki atklāja, ka ilgi lasītie rādījumi sniedza plašāku datu kopu, salīdzinot ar to, ko var iegūt, izmantojot īsas nolasīšanas secību.

Ilgi nolasītā secība nodrošināja pārliecinošu diagnozi 11 no 42 pacientiem kohortā, sniedzot visu, sākot no īsi nolasītiem datiem, kā arī papildu informāciju, tostarp papildu retus kandidātu variantus, liela attāluma fāzi un metilēšanu - tas viss vienā, lētā un ātrā protokolā.

11 diagnosticētie gadījumi ietvēra četras iedzimtas virsnieru hipoplāzijas (rets stāvoklis, kad virsnieru dziedzeri ir palielināti un nedarbojas pareizi). Par šo slimību atbildīgais gēns atrodas īpaši sarežģītā genoma reģionā – to nevar raksturot, izmantojot īsas nolasīšanas sekvencēšanas tehnoloģiju, un pašreizējā klīniskā pārbaude ir apgrūtinoša un nepilnīga.

"Lai atrisinātu šos gadījumus, mēs esam izstrādājuši jaunu pan-genoma rīku, kas integrē jaunus augstas kvalitātes komplektus, piemēram, atsauces genoma "telomēri-telomēri" pašreizējo stāvokli INSERM Francijā. "Mēs bijām priecīgi redzēt cilvēka genomu, kuru vēsturiski ir bijis grūti izpētīt. Mūsu rezultāti mudina mūs paplašināt savu pieeju vairākām slimībām, kas jau sen ir apstājušās."

Turklāt divi gadījumi bija saistīti ar seksuālās attīstības traucējumiem, savukārt rets Leidiga šūnu hipoplāzijas gadījums, ko izraisīja nepietiekami attīstītas Leidiga šūnas sēkliniekos, ietekmēja vīriešu seksuālo attīstību. Turklāt beidzot ir atrisināti četri neiroloģiskās attīstības traucējumu gadījumi, katrs no kuriem ir garas un izaicinošas diagnostikas odisejas.

"Ilgas lasīšanas sekvencēšana, iespējams, ir nākamais labākais tests neatrisinātiem gadījumiem ar pārliecinošiem variantiem vienā gēnā vai skaidru fenotipu," sacīja Negi. "Tas var kalpot kā viens diagnostikas tests, samazinot vajadzību pēc vairākām klīniskām vizītēm un pārvēršot vairākus gadus ilgu diagnostikas braucienu dažās stundās."

Vidēji katram pacientam bija 280 gēni (tostarp daži Mendeļa slimības gēni, kas saistīti ar iedzimtām slimībām, ko izraisīja viena gēna mutācijas) ar nozīmīgiem proteīnu kodējošiem reģioniem, kurus skaidri nosedz ilgi lasījumi un kurus neatklāj īsi.

"Ir tik daudz vairāk genoma, ka ilgi nolasījumi var atbloķēt," sacīja Negi. "Bet paies laiks, līdz mēs varēsim pilnībā interpretēt šo jauno informāciju, kas atklāta, veicot garus nolasījumus. Šie dati nebija pieejami mūsu klīniskajās datubāzēs. Nolasījumi atklāj apmēram 5,8% vairāk genoma no telomēra uz telomēru, kam īsi nolasot vienkārši nevarēja piekļūt."

Citi šajā pētījumā iesaistītie UC Santa Cruz pētnieki ir Brendijs Maknultijs, Ivo Violihs, Džošua Gārdners, Tods Hilakers un Sāra O'Rurka.

Šo pētījumu daļēji finansēja Chan Zuckerberg iniciatīva.

Avoti: