次世代シーケンシングによる葉緑体の稀な遺伝子変異の検出
Summary
本稿では葉緑体 ER 以下の低頻度の変異を検出するための手法を説明しますこのメソッドは、2 方向エラー訂正、特別なバック グラウンド フィルター、および分子の効率的な獲得の独自の使用によって区別されます。
Abstract
次世代シーケンス (NGS) を用いた腫瘍 DNA (葉緑体) の循環の解析臨床腫瘍学の発展のための貴重なツールとなっています。ただし、このメソッドのアプリケーションは葉緑体血液中のトレース量の分析で低感度のために挑戦。さらに、メソッドは、この順序付けとその後の分析から偽の肯定的な否定的な結果を生成する可能性があります。実現可能性とクリニックで葉緑体検出の信頼性を向上させるため、ここで紹介豊かにまれな変異配列 (ER Seq) 配列のためまれな突然変異を豊かにする手法。ER Seq 1 x 107野生型ヌクレオチドから超低周波の遺伝子変異を検出する有望なツールになりますし、したがって病 heterogenicity の勉強に非常に役に立つでしょう単一の突然変異を識別できます。ユニークなシーケンス アダプターの ligation のおかげでは、このメソッドは、双方向のエラー (センスおよびアンチセンス) を同じ時間補正が葉緑体分子の効率的な回復をできます。1021 kb プローブの我々 の選択を豊かにそのカバーの上ターゲット領域の測定 12 腫瘍における腫瘍関連ドライバー変異の 95%。この費用対効果および普遍的な方法は一意に成功した遺伝的データ蓄積をできます。グラウンドでエラーを効率的にフィルター処理後 ER seq はまれな突然変異を正確に検出できます。事例を使用して、データ解析のワークフローも、プローブの設計、図書館の建設や、ターゲット DNA キャプチャ方法論を示す詳細なプロトコルを提案する.通常このメソッドを実行するプロセスは、1-2 日かかります。
Introduction
次世代シーケンス (NGS) ゲノムの謎を調査するための強力なツールは、大量の情報は、遺伝子変異を明らかにする可能性を提供できます。クリニックで NGS 解析のアプリケーションより一般的な特に個人化された薬のためになりました。NGS の最大の制限の 1 つは、高いエラー率です。勉強の受継がれた突然変異に最適と判断されるがまれな突然変異の解析は大幅に制限された1,2, 特に「液体生検」から得られた DNA を分析です。
DNA (葉緑体) 腫瘍を循環腫瘍細胞から流された血の DNA (cfDNA) では。ほとんどの場合、葉緑体の量は極めて低いを作るその検出と分析非常に挑戦的です。ただし、緯度は多くの魅力的な機能: その分離は低侵襲、それが腫瘍の成長の初期の段階で検出できる、葉緑体レベルは、治療効果を反映、葉緑体を含むプライマリおよび転移性の病変は、DNA の変異3,4,5します。 したがって、NGS の手法と分析の急速な発展を考えると、葉緑体の検出アプリケーションがより魅力的になります。
大量並列シーケンスの異なるアプローチは、葉緑体の検出のため利用されているが、これらの方法のどれも彼らの制限のための診療所で日常的に受け入れられている: 低感度、汎用性の欠如、コストが比較的高い6 ,7,8。たとえば、両面印刷順序は、一意の識別子 (UID)、タグに基づいて繰り返しほとんどのシーケンス エラーの是正、コンセンサスの双方向でのエラーを修正します。ただし、この手法の有効性は、その高コストと低データ利用9,10のため失われます。同様に、CAPP Seq およびその改良型反復、CAPP IDE11,12、大きい実用性にある cfDNA 検出精度とこれらの方法の普遍性改善が必要、
正確な緯度の検出と解析のための現在の必要性を満たすためには、我々 は豊かにまれな変異配列 (ER Seq)、新しい戦略を開発しました。このアプローチを組み合わせた次: 緯度分子、双方向エラー訂正とのうち単一の突然変異を区別する能力を効率的に回復するユニークなシーケンス アダプター > 1 × 107野生型ヌクレオチド;豊かにそのカバーの上ターゲット領域の測定プローブは 1021 kb 12 腫瘍、肺癌、大腸癌、胃癌、乳癌、腎臓癌、膵臓癌、肝臓癌、甲状腺癌などの腫瘍関連遺伝子変異の 95%子宮頸癌、食道癌、子宮体癌 (表 1)。ベースライン データベースが効率的かつ正確に葉緑体のまれな突然変異を検出する簡単なことをスクリーニングします。
ベースライン データベースを構築するには、サンプル (冒頭 ~ 1000) のタイプの同じ数から ER Seq によってすべての遺伝子変異を見つけます。これらの実際の突然変異は、いくつかの他の信頼性の高い検出方法および分析によって確認されなければなりません。次に、偽の突然変異のパターンを要約し、クラスターの最初のベースライン データベースを構築するすべての偽の突然変異。このデータベースにそれに続くシーケンス実験から発見された偽の変異を追加していきます。したがって、このベースライン データベース配列決定精度が大幅に向上、動的拡張のデータベースとなります。
腫瘍診断および監視の進歩を促進するため、ER-Seq、普遍的なデータの取得のため低コストかつ実現可能な手法を提案する.クリニックでまれな突然変異との使用のための可能性を検出するための精度を示す ER Seq 解析を施行した症例の検討を提案します。
Protocol
Representative Results
Discussion
しかし葉緑体解析法の応用はまだ臨床ルーチンではない循環腫瘍 DNA (葉緑体) の存在は 30 年以上も前を発見されました。葉緑体メソッドの実用的なアプリケーションに興味は、葉緑体の検出・解析技術の開発と増加しています。腫瘍監視緯度微小残存病変、療法および腫瘍の進化と腫瘍内の不均一性の13、背景の下で腫瘍分子プロファイルへの応答の評価のための低侵襲…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、Geneplus-北京研究所によってサポートされます。
Materials
| QIAamp Circulating Nucleic Acid Kit | Qiagen | 55114 | DNA Extraction from Peripheral Blood for cfDNA |
| QIAamp DNA Blood Mini Kit | Qiagen | 51105 | DNA Extraction from Peripheral Blood for gDNA |
| Quant-iT dsDNA HS Assay Kit | Invitrogen | Q32854 | Measure cfDNA concentration |
| Quant-iT dsDNA BR Assay Kit | Invitrogen | Q32853 | Measure library concentration |
| Agilent DNA 1000 Reagents | Agilent | 5067-1504 | Measure cfDNA and library fragments |
| The NEBNext UltraII DNA Library Prep Kit for Illumina | NEB | E7645L | Library Preparation |
| Agencourt SPRIselect Reagent | Beckman | B23317 | DNA fragment screening and purification |
| Tris-HCl (10 mM, pH 8.0)-100ML | Sigma | 93283 | Dissolution |
| xGen Lockdown Probes | IDT | —— | xGen Custom Probe |
| Human Cot-1 DNA | Life | 15279-011 | Targeted DNA capture |
| Dynabeads M-270 Streptavidin | Life | 65305 | Targeted DNA capture |
| xGen Lockdown Reagents | IDT | 1072281 | Targeted DNA capture |
| KAPA HiFi HotStart ReadyMix | KAPA | KK2602 | post-capture PCR enrichment libraries |
| KAPA Library Quantification Kit | KAPA | KK4602 | Measure library concentration |
| NextSeq 500 High Output Kit v2((150 cycles) | illumina | FC-404-2002 | Sequence |
| Centrifuge5810 | eppendorf | 5810 | |
| Nanodrop8000 | Thermo Scientific | 8000 | Measure gDNA concentration |
| Qubit 2.0 | Invitrogen | Quantify | |
| Agilent 2100 Bioanalyzer | Agilent | ||
| ThermoMixer C | eppendorf | Incubation | |
| 16-tube DynaMagTM-2 Magnet | Life | 12321D | |
| Concentrator plus | eppendorf | ||
| PCR | AB | simplyamp | |
| QPCR | AB | 7500Dx | |
| NextSeq 500 | illumina |
Riferimenti
- Kennedy, S. R., et al. Detecting ultralow-frequency mutations by Duplex Sequencing. Nat. Protoc. 9, 2586-2606 (2014).
- Shendure, J., Ji, H. Next-generation DNA sequencing. Nat Biotechnol. 26, 1135-1145 (2008).
- Bettegowda, C., et al. Detection of circulating tumor DNA in early- and late-stage human malignancies. Sci. Transl. Med. 6, (2014).
- Bratman, S. V., Newman, A. M., Alizadeh, A. A., Diehn, M. Potential clinical utility of ultrasensitive circulating tumor DNA detection with CAPP-Seq. Expert Rev. Mol. Diagn. 15, 715-719 (2015).
- Diaz, L. A., Bardelli, A. Liquid biopsies: genotyping circulating tumor DNA. J. Clin. Oncol. 32, 579-586 (2014).
- Crowley, E., Di Nicolantonio, F., Loupakis, F., Bardelli, A. Liquid biopsy: monitoring cancer-genetics in the blood. Nat. Rev. Clin. Oncol. 10, 472-484 (2013).
- Su, Z., et al. A platform for rapid detection of multiple oncogenic mutations with relevance to targeted therapy in non-small-cell lung cancer. J. Mol. Diagn. 13, 74-84 (2011).
- Kukita, Y., et al. High-fidelity target sequencing of individual molecules identified using barcode sequences: de novo detection and absolute quantitation of mutations in plasma cell-free DNA from cancer patients. DNA Res. 22, 269-277 (2015).
- Schmitt, M. W., et al. Sequencing small genomic targets with high efficiency and extreme accuracy. Nat. Methods. 12, 423-425 (2015).
- Schmitt, M. W., et al. Detection of ultra-rare mutations by next-generation sequencing. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 109, 14508-14513 (2012).
- Newman, A. M., et al. An ultrasensitive method for quantitating circulating tumor DNA with broad patient coverage. Nat. Med. 20, 548-554 (2014).
- Newman, A. M., et al. Integrated digital error suppression for improved detection of circulating tumor DNA. Nat Biotechnol. 34 (5), 547-555 (2016).
- Alix-Panabières, C., Schwarzenbach, H., Pantel, K. Circulating tumor cells and circulating tumor DNA. Annu. Rev. Med. 63, 199-215 (2012).
- Dawson, S. J., et al. Analysis of circulating tumor DNA to monitor metastatic breast cancer. N. Engl. J. Med. 368, 1199-1209 (2013).
- Li, H., Durbin, R. Fast and accurate short-read alignment with Burrows- Wheeler transform. Bioinformatics. 25, 1754-1760 (2009).
- Youn, A., Simon, R. Identifying cancer driver genes in tumor genome sequencing studies. Bioinformatics. 27, 175-181 (2011).
- Forshew, T., et al. Noninvasive identification and monitoring of cancer mutations by targeted deep sequencing of plasma DNA. Sci. Transl. Med. 4, (2012).
- Kobayashi, S., et al. EGFR mutation and resistance of non-small-cell lung cancer to gefitinib. N. Engl. J. Med. 352, 786-792 (2005).
- Kuang, Y., Rogers, A., Yeap, Y., Wang, L., Makrigiorgos, M., Vetrand, K., Thiede, S., Distel, R. J., Jänne, P. A. Noninvasive detection of EGFR T790M in gefitinib or erlotinib resistant non-small cell lung cancer. Clin. Cancer Res. 15, 2630-2636 (2009).
- Taniguchi, K., Uchida, J., Nishino, K., Kumagai, T., Okuyama, T., Okami, J., Higashiyama, M., Kodama, K., Imamura, F., Kato, K. Quantitative detection of EGFR mutations in circulating tumor DNA derived from lung adenocarcinomas. Clin. Cancer Res. 17, 7808-7815 (2011).
- Leary, R. J., et al. Development of personalized tumor biomarkers using massively parallel sequencing. Sci. Transl. Med. 2, (2010).
- Forshew, T., et al. Noninvasive identification and monitoring of cancer mutations by targeted deep sequencing of plasma DNA. Sci. Transl. Med. 4, (2012).
- Bratman, S. V., Newman, A. M., Alizadeh, A. A., Diehn, M. Potential clinical utility of ultrasensitive circulating tumor DNA detection with CAPP-Seq. Expert Rev. Mol. Diagn. 15, 715-719 (2015).
