Войти
Секвенирование генома рака - это секвенирование всего генома одной, гомогенной или гетерогенной группы рака клетки. Это биохимический лабораторный метод для характеристики и идентификации последовательностей ДНК или РНК раковых клеток.
В отличие от полногеномного (WG) секвенирования, которое обычно происходит из клеток крови, такого как J. Проекты по секвенированию РГ Крейга Вентера и Джеймса Д. Уотсона, секвенирование слюны, эпителиальных клеток или генома рака кости включает прямое секвенирование первичной опухолевой ткани, прилегающей или дистальной нормальной ткани, опухоли микросреда, такая как фибробластные / стромальные клетки или участки метастатической опухоли.
Подобно секвенированию всего 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 транслокации хромосом и слитые гены.
Секвенирование ракового генома не ограничивается секвенированием WG и может также включать экзом, транскриптом, секвенирование микронома и концевую последовательность профилирование. Эти методы можно использовать для количественной оценки экспрессии гена, экспрессии миРНК и идентификации событий альтернативного 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. 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. Первым был секвенирован полный геном рака цитогенетически нормального острого миелоидного лейкоза Ley et al. в ноябре 2008 г. Первая опухоль рака груди была секвенирована Shah et al. в октябре 2009 г. были получены первые опухоли легких и кожи Pleasance et al. в январе 2010 г. и первые опухоли простаты Berger et al. в феврале 2011 г.
Исторически 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 году с целью документирования последовательностей транскриптов РНК в опухолевых клетках. По мере совершенствования технологий CGAP расширил свои задачи, включив определение профилей экспрессии генов в раковых, предраковых и нормальных тканях.
CGAP опубликовал самую большую общедоступную коллекцию раковых тегов экспрессируемых последовательностей в 2003 году.
Проект Института Сэнгера Геном рака, впервые профинансированный в 2005 году, фокусируется на секвенировании ДНК. Он опубликовал перечень генов, причинно влияющих на рак, и ряд полногеномных скрининговых тестов для определения генов, вызывающих рак.
Международный консорциум генома рака (ICGC) был основан в 2007 с целью объединения имеющихся геномных, транскриптомных и эпигенетических данных, полученных от многих различных исследовательских групп. По состоянию на декабрь 2011 года ICGC включает 45 утвержденных проектов и имеет данные по 2961 доступному раку.
Процесс онкогенеза которая превращает нормальную клетку в злокачественную, включает ряд сложных генетических и эпигенетических изменений. Идентификация и характеристика всех этих изменений может быть достигнута с помощью различных стратегий секвенирования генома рака.
Сила секвенирования генома рака заключается в неоднородности раковых заболеваний 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 может быть реализована индивидуальная терапевтическая стратегия.
Большой вклад в смерть от рака и неудачное лечение рака вносит клональная эволюция на цитогенетическом уровне, например, как показано на острый миелоидный лейкоз (ОМЛ). 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.
Эти клеточные фракции могли быть идентифицированы только с помощью секвенирования генома рака, что показало информацию, которую может дать секвенирование, а также сложность и неоднородность опухоли у одного человека.
Два основных проекта, сфокусированных на полной характеристике рака у людей, в том числе с секвенированием, 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 генома рака (более крупная организация) представляет собой добровольную научную организацию, которая обеспечивает форум для сотрудничества между ведущими мировыми исследователями рака и геномики.
Цель проекта генома рака - выявить варианты последовательностей и мутации, имеющие решающее значение для развития рака человека. Проект включает систематический скрининг кодирующих генов и фланкирующих сплайсинговых соединений всех генов в геноме человека на предмет приобретенных мутаций при раке человека. Для исследования этих событий набор образцов для открытия будет включать ДНК первичной опухоли, нормальной ткани (от тех же людей) и линий раковых клеток. Все результаты этого проекта объединены и сохранены в базе данных рака COSMIC. COSMIC также включает данные о мутациях, опубликованные в научной литературе.
TCGA - это мультиинституциональная попытка понять молекулярные основы 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, гематологической, грудной и урологической.
Компоненты исследовательской сети TCGA включают в себя: основные ресурсы биопрепаратов, 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. Полученные данные и информация находятся в свободном доступе через портал данных TCGA проектов.
Цель ICGC - «получить полное описание геномных, транскриптомных и эпигеномных изменений в 50 различных типах и / или подтипах опухолей, которые являются клиническими и социальное значение во всем мире ».
Секвенирование второго поколения 
Секвенирование третьего поколения В секвенировании ракового генома используется та же технология, что и при секвенировании всего генома. История секвенирования прошла долгий путь, зародившись в 1977 году двумя независимыми группами - техникой ферментативного дидокси-ДНК секвенирования Фредериком Сенгером и методом химической деградации Аллена Максама и Уолтера Гилберта. Вслед за этими знаковыми статьями, более 20 лет спустя появилось высокопроизводительное секвенирование следующего поколения (HT-NGS) второго поколения, за которым в 2010 году последовала технология HT-NGS третьего поколения. Рисунки справа иллюстрируют общий биологический конвейер и компании, занимающиеся секвенированием HT-NGS второго и третьего поколения.
Три основных платформы второго поколения включают пиро-секвенирование Roche / 454, ABI / SOLiD-секвенирование лигированием и мостовую амплификацию от Illumina.. Три основных платформы третьего поколения включают в себя Pacific Biosciences секвенирование одиночной молекулы в реальном времени (SMRT), Oxford секвенирование нанопор и секвенирование ионных полупроводников.
Работа - последовательность операций секвенирования опухоли от биопсии к рекомендациям по лечению. Как и в любом проекте секвенирования генома, считывания должны быть собраны для формирования представления секвенируемых хромосом. В случае раковых геномов это обычно делается путем сопоставления считываний с эталонным геномом человека .
Поскольку даже незлокачественные клетки накапливают соматические мутации, необходимо сравнить последовательность опухоли с соответствующей нормальной тканью, чтобы узнайте, 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.
Было подсчитано, что обнаружение всех соматических мутаций в опухоль потребует 30-кратного секвенирования генома опухоли и соответствующей нормальной ткани. Для сравнения: первоначальный вариант генома человека имел примерно 65-кратный охват.
Основная цель секвенирования генома рака - выявить драйверные мутации: генетические изменения, которые увеличивают скорость мутаций в клетке, приводя к большему количеству быстрое развитие опухоли и метастазирование. Трудно определить мутации драйвера только по последовательности ДНК; но движущими силами, как правило, являются наиболее часто встречающиеся мутации среди опухолей, кластеры вокруг известных онкогенов и, как правило, не молчащие. Мутации-переносчики, которые не важны для прогрессирования заболевания, случайным образом распределяются по геному. Было подсчитано, что в среднем опухоль несет c.a. 80 соматических мутаций, менее 15 из которых, как ожидается, станут драйверами.
Анализ персональной геномики требует дальнейшей функциональной характеристики обнаруженных мутантных генов и разработки базовой модели происхождения и развития опухоль. Этот анализ может быть использован для составления рекомендаций по фармакологическому лечению. По состоянию на февраль 2012 г. это проводилось только для клинических испытаний пациентов, предназначенных для оценки индивидуального геномного подхода к лечению рака.
Крупномасштабный скрининг соматических мутаций в груди и колоректальном отделе опухоли показали, что многие низкочастотные мутации вносят небольшой вклад в выживаемость клеток. 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, которые являются потенциальными мишенями для лечения.
Рак - это гетерогенные популяции клеток. Когда данные о последовательности получены из всей опухоли, информация о различиях в последовательности и характере экспрессии между клетками теряется. Эту трудность можно уменьшить с помощью анализа отдельных клеток.
Клинически значимые свойства опухолей, в том числе лекарственная устойчивость, иногда обусловлены крупномасштабными перестройками генома, а не отдельными мутациями. В этом случае информация о вариантах с одним нуклеотидом будет иметь ограниченную полезность.
Секвенирование ракового генома может использоваться для получения клинически значимой информации у пациентов с редкими или новыми типами опухолей. Преобразование информации о последовательности в план клинического лечения очень сложно, требует специалистов в самых разных областях и не гарантирует эффективного плана лечения.
Инциденталом - это набор выявлены варианты генома, не связанные с изучаемым раком. (Этот термин является игрой названия инциденталома, которое обозначает опухоли и новообразования, обнаруженные при визуализации всего тела случайно). Обнаружение таких вариантов может привести к дополнительным мерам, таким как дальнейшее тестирование или управление образом жизни.
