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作者:解螺旋·科研大V团队
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高通量测序技术和普通基因测序最大的不同在于,高通量测序能一次并行对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定,也就是基因测序里的“批处理”。
solexa测序技术(即大家耳熟能详的illumina测序平台);
454测序技术(读长长,但是准确度较低,成本较高,即焦磷酸测序技术,少量市场占有);
solid测序技术(双色编码技术,目前基本在市场上见不到了)
动植物基因组分析流程(引用自诺禾致源)
通过RNA-seq,还可以发现新的转录物。长链非编码RNA(lncRNA)是当前研究的热点,其功能广泛,涉及到个体发育、干细胞分化、细胞代谢、肿瘤发生发展等众多方面。最早的大规模发掘lncRNA的工作是通过芯片完成的,但是后来人们发现,高通量测序特别适合用于发掘新的lncRNA。
RNA-seq分析标准流程(引用自诺禾致源)
MeDIP-Seq技术(methylation DNA immunoprecipitationsequencing,甲基化DNA免疫共沉淀),是研究甲基化的一种有效的手段。由于在哺乳动物中甲基化一般发生在CpG的胞嘧啶5位碳原子上,所以可通过特异性结合甲基化DNA的蛋白MBD2b或5’-甲基胞嘧啶抗体富集高甲基化的DNA片段,并结合第二代高通量测序,对富集到的DNA片段进行测序,从而检测全基因组范围内的甲基化位点。
ChIP-seq,染色质免疫共沉淀技术,研究体内蛋白与DNA相互作用的一种方法先通过ChIP 特异性地富集与目的蛋白相结合的DNA片段, 而后对所得DNA片段进行高通量测序。
下面是两个在CNS研究中运用高通量的实例。
案例1:FPR1突变与蒽环类药物肿瘤治疗
Chemotherapy-induced antitumor immunity requiresformyl peptide receptor 1
作为精准治疗的一部分,尤其是高通量测序在基础研究和临床治疗中的应用,本文算是一篇典范文章了。从它临床样本的测序结果入手,分析得到了靶向基因,不但为该药物的个性化治疗提供了依据和检测指标,也为深入挖掘药物的治疗机制提供了切入点,值得大家学习。
这篇文章中,研究人员通过遗传测序方法,试图发现与蒽环类药物引起的抗肿瘤免疫相关的基因。这里主要集中在测序结果的单核苷酸多态性(SNPs)分析,发现有一个SNP相关的基因,FPR1功能缺失性突变可以显著降低蒽环类药物的作用。
之后通过进一步分析发现FPR1作用于宿主的免疫细胞,而非肿瘤细胞本身。既然免疫细胞表达受体蛋白FPR1起抗肿瘤作用,那么肿瘤细胞必然需要表达该受体的配体蛋白参与进来。对FPR1已知的四个配体排查,发现其中annexin A1配体,在介导免疫细胞和肿瘤细胞之间的相互接触中起关键性作用。
作为精准治疗的一部分,尤其是高通量测序在基础研究和临床治疗中的应用,本文也算是一篇典范文章了。从临床样本的测序结果入手,分析得到了靶向基因,不但为该药物的个性化治疗提供了依据和检测指标,也为深入挖掘药物的治疗机制提供了切入点。
案例2:高通量测序与结直肠癌
ErikaVacchelli, et al. Chemotherapy-induced antitumor immunity requiresformyl peptide receptor 1, Science, aad0779.
该文通过对KRAS正常的结直肠癌病人的样本进行了高通量测序分析,检测单抗治疗(包括帕尼单抗和西妥昔单抗)后肿瘤细胞的遗传学突变。该文作为高通量测序在精准治疗应用中的实例,实在是不可多得的一篇好文。研究结果对于指导临床治疗也是具有非常重要的意义,尤其是抗体治疗增敏突变的发现,应该也算首次报道。
首先实验流程主要包括以下三部分:一是临床病人的肿瘤标本,包括原位结直肠癌和肝转移;二是利用临床肿瘤建立小鼠的移植瘤模型;三是针对移植瘤模型的抗体治疗反应设计联合靶向治疗策略。整体如下:
第二步,根据上述实验设计建立移植瘤模型,对116个标本进行全基因组测序,分别发现了针对抗体治疗具有抗性和增敏作用的基因突变。
第三步,对测序得到的几种基因突变分别在原位瘤和转移瘤中进行了比较,验证抗体治疗抗性突变的作用。
最后,利用移植瘤模型,分析抗体治疗抗性突变和增敏突变后重新设计联合靶向治疗,达到个性化治疗目的。
总体来说,高通量测序技术的诞生可以说是基因组学研究领域一个具有里程碑意义的事件。该技术使得核酸测序的单碱基成本与第一代测序技术相比急剧下降。但是同时由于数据量的大幅度上升,全基因组测序临床应用的瓶颈在于信息的分析和解读能力不足。
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