定向深度测序技术让致病突变无处可逃
时间:2017-12-07

  定向深度测序技术使致病突变无处可循 - 新闻 - 科技网

  8月份,美国波士顿儿童医院的研究人员对158名脑部畸形患者的DNA进行了深入的研究,这些患者的临床基因检测未能确定其原因,借助高灵敏度测序,该研究小组发现了8个突变,每个突变只发生在一小部分细胞中,对于传统的基因诊断试验来说,它们太小了。

  这些细胞基因突变,也被称为嵌合突变,存在于每个人的体内,并且长期以来都是众所周知的,但现在,基因技术可以捕获少数细胞中存在的特定突变。 10月份,美国国立卫生研究院(NIH)将开始审查旨在发现脑组织遗传变异的基金申请,这可能有助于解释一些神经精神疾病。同时,随着研究人员更多地了解嵌合突变,他们想知道如何即使在最好的临床试验面前,许多与基因有关的原因仍然是不可见的。

  过去,遗传疾病研究的重点是从生殖细胞系遗传的突变,这些突变被认为是由父母或卵子的遗传携带者作为携带者和精子发生遗留的遗传。一旦胚胎开始发育,每次细胞分裂都会发生基因错误。美国国立卫生研究院国家基因组研究所的遗传学家Leslie Biesecker说,随着每个细胞随后增殖并扩展其突变,每个细胞都变成一个微观进化的测试位点。具有特定突变的细胞数量取决于时间和位置这些突变以及它们如何改变细胞功能。这些突变中的许多是良性的,但也有一些可以导致疾病。

  导致疾病的嵌合突变的系统性搜索才刚刚开始。比塞克说,这种现象在某些情况下是明显的。例如,对于多发性骨髓营养不良症,异常细胞通过皮肤上的斑块或形状表现出来,然而任何一种遗传病都可能与嵌合突变有关,研究表明从多发性骨营养不良到血友病和心律失常,嵌合体突变发生在几十个条件。

  在唐氏综合症等疾病中,嵌合突变比影响全身细胞的突变产生较少的症状,脑部发育过度引起一些巨大的脑部畸形综合征,种系突变总是致命的。 ,即使是少量的突变细胞也足以造成危害人体身心健康的症状。

  寻找这些罕见的突变并不容易。为了检测特定基因或完整基因组,研究人员通常从大量细胞中提取DNA,然后多次测序。从这些迭代测定中,测序仪基本上就DNA链上每个碱基可能的同一性达成一致。

  为了检测来自一般基因组的突变,研究人员必须增加测序序列的数目。然而,尽管快速和便宜的DNA测序,在测序范围(基因组中有多少碱基确定)和深度(基因组中每个碱基的确定次数)之间有一个折衷。波士顿儿童医院的神经学家和遗传学家克里斯托弗·沃尔什(Christopher Walsh)说,在全基因组测序中,通常测量50到60次,只有小部分测量序列出现的突变被认为是测序仪固有错误率的一部分而不是取样细胞之间DNA序列的真正差异。

  这正是沃尔什及其同事最近在研究畸形患者时所做的。在标准临床试验中,没有一种导致脑畸形的已知遗传因素出现。然而,对少数候选基因区域进行的平均300个深度测序使得该团队能够鉴别那些误认为测序错误的突变。在八个突变中,五个仅出现在非常少量的细胞中,从而使用传统的Sanger DNA测序完全检测不到,这仍然是用于确认突变的金标准。 8月份,研究小组在“新英格兰医学杂志”上公布了结果。沃尔什说,深度测序可能最终会让科学家发现隐藏在一些慢性神经疾病背后的基因嵌合突变,如智力低下和自闭症。

  其他寻找嵌合突变的研究人员正在寻求一种基于聚合酶链式反应(PCR)技术的更灵敏和有针对性的方法,该技术能够检测到存在于细胞中的突变不到1%。这种类型的测试只显示在设计时指向的单个突变,而不是特定基因的所有变异。然而,在最近一项有遗传疾病儿童健康父母的研究中,一种类似的PCR方法显示出许多突变。

  最初,这些父母的基因突变检测为阴性,而在所有儿童的细胞中都检测到突变。然而,领导该研究的贝勒医学院遗传学家帕维尔·斯坦基维茨(Pawel Stankiewicz)说,在4%的病例中,美国人类遗传学杂志(American Journal of Human Genetics)在7月份在线发表了相关的结果,然而当基因实验室检测这些亲本时,看它们是否是基因载体Stankiewicz说,精子测序是不切实际的,获取卵子涉及侵入性活检,为了给家属提供更多指导,实验室需要更复杂的检测。

  然而,沃尔什(Walsh)和贝勒医学院(Baylor College of Medicine)使用的高灵敏度测序方法在高校实验室和研究医院以外并不常见。 Walsh解释说,部分原因是由于需要确认DNA样本中罕见的序列是真正的致病突变而不是测序错误,因此可能相当复杂和耗时。与此同时,由于目前的深度测序基因组缩小了对一系列已知候选基因或特定突变的关注,因此研究人员不得不将这些遗传因素所了解的疾病限制在更多的范围内。沃尔什预测DNA测试技术的进步将最终导致对嵌合突变的更广泛搜索。 (严杰)

  中国科学通报(2014-10-08第3版国际)

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