ОСНАЩЕНИЕ И УСЛУГИ ДЛЯ НАУЧНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ
Преимущества и особенности использования полноэкзомного секвенирования в онкологии
Что такое полноэкзомное секвенирование?
Геномика способствует быстрому прогрессу в области исследований рака, особенно в том, что касается диагностики и терапии. Полноэкзомное секвенирование (WES, whole exome sequencing) — метод генетического анализа, который подразумевает захват и обогащение ДНК экзонов для последующего высокопроизводительного секвенирования. Такой подход облегчает поиск клинически значимых вариантов последовательностей.
Экзом — область последовательности ДНК, кодирующая белок.Она составляет менее 2% генома. WES обеспечивает покрытие более 95 % экзонов, которые содержат большинство вариантов генов, связанных с фенотипами заболеваний человека. Такой процент покрытия делает WES экономически эффективной альтернативой полногеномному секвенированию.
Мутации в экзонах часто связаны с развитием опухолей. Обнаружение однонуклеотидных мутаций и инделов (вставок, делеций) при помощи WES позволяет выявлять варианты генов, связанные с предрасположенностью к раку и другие патогенные варианты последовательности ДНК. Также, WES используют при сравнении опухолевых и нормальных образцов. Увеличение общей величины покрытия при WES позволяет получить данные высокого качества о генах-драйверах и мутациях.
Геномика способствует быстрому прогрессу в области исследований рака, особенно в том, что касается диагностики и терапии. Полноэкзомное секвенирование (WES, whole exome sequencing) — метод генетического анализа, который подразумевает захват и обогащение ДНК экзонов для последующего высокопроизводительного секвенирования. Такой подход облегчает поиск клинически значимых вариантов последовательностей.
Экзом — область последовательности ДНК, кодирующая белок.Она составляет менее 2% генома. WES обеспечивает покрытие более 95 % экзонов, которые содержат большинство вариантов генов, связанных с фенотипами заболеваний человека. Такой процент покрытия делает WES экономически эффективной альтернативой полногеномному секвенированию.
Мутации в экзонах часто связаны с развитием опухолей. Обнаружение однонуклеотидных мутаций и инделов (вставок, делеций) при помощи WES позволяет выявлять варианты генов, связанные с предрасположенностью к раку и другие патогенные варианты последовательности ДНК. Также, WES используют при сравнении опухолевых и нормальных образцов. Увеличение общей величины покрытия при WES позволяет получить данные высокого качества о генах-драйверах и мутациях.
Особенности применения метода в онкологии
WES используют для определения опухолевой мутационной нагрузки — количества соматических мутаций на определенную длину последовательности транскрипта. Этот показатель очень важен при подборе иммунотерапии и, в целом, отслеживания ее терапевтического потенциала. При анализе взаимосвязи между результатами WES и опухолевой мутационной нагрузкой для 32 типов рака, исследователи обнаружили, что некоторые типы рака, например рак матки, мочевого пузыря и толстой кишки, демонстрируют большую вариабельность последовательностей по сравнению с раком легких и опухолями головного мозга [1].
Другая область применения метода — анализ гомологичной рекомбинации — высококонсервативного процесса, который играет важную роль в репарации и репликации ДНК, а также мейотической сегрегации хромосом и поддержании длины теломер. В целом, гомологичная рекомбинация может быть вызвана многими факторами, такими, как мутации зародышевой линии, соматические мутации в генах или эпигенетическая инактивация. Наиболее известным примером можно назвать соматические мутации в генах BRAC1 и BRCA2 из-за их вовлеченности в наследственный рак молочной железы и яичников.
Уровень гомологичной рекомбинации раковых клеток, измеренный при помощи секвенирования экзомов, можно использовать в качестве нового биомаркера, играющего важную роль в персонализированной медицине. Из-за чувствительности клеток к ингибиторам PARP — лекарственным средствам, направленным на прекращение деления раковых клеток, — анализ генетической рекомбинации имеет решающее значение для назначения лекарств и мониторинга динамики пациентов с раком. При помощи WES ученые изучили терапевтический эффект гомологичной рекомбинации, как онкомаркера колоректального рака. Всего в данном исследовании ученые провели анализ данных 9321 пациента с раком. Для 13,6% образцов определялся высокий уровень гомологичной рекомбинации [2].
Многочисленные исследования показали, что микросателлиты тесно связаны с онкогенезом, и их следует использовать в качестве важного молекулярного маркера для прогноза и разработки планов лечения солидных опухолей, таких как колоректальный рак. Используя WES, исследователи могут проводить скрининг и определять микросателлитный статус образцов опухоли на основе анализа микросателлитных локусов на уровне соматических клеток [3]. Микросателлиты — это короткие тандемные повторы (STR) или повторы простых последовательностей (SSR), состоящие из 1-6 п.н., равномерно распределенных в эукариотических геномах, включая кодирующие и некодирующие области.
WES используют для определения опухолевой мутационной нагрузки — количества соматических мутаций на определенную длину последовательности транскрипта. Этот показатель очень важен при подборе иммунотерапии и, в целом, отслеживания ее терапевтического потенциала. При анализе взаимосвязи между результатами WES и опухолевой мутационной нагрузкой для 32 типов рака, исследователи обнаружили, что некоторые типы рака, например рак матки, мочевого пузыря и толстой кишки, демонстрируют большую вариабельность последовательностей по сравнению с раком легких и опухолями головного мозга [1].
Другая область применения метода — анализ гомологичной рекомбинации — высококонсервативного процесса, который играет важную роль в репарации и репликации ДНК, а также мейотической сегрегации хромосом и поддержании длины теломер. В целом, гомологичная рекомбинация может быть вызвана многими факторами, такими, как мутации зародышевой линии, соматические мутации в генах или эпигенетическая инактивация. Наиболее известным примером можно назвать соматические мутации в генах BRAC1 и BRCA2 из-за их вовлеченности в наследственный рак молочной железы и яичников.
Уровень гомологичной рекомбинации раковых клеток, измеренный при помощи секвенирования экзомов, можно использовать в качестве нового биомаркера, играющего важную роль в персонализированной медицине. Из-за чувствительности клеток к ингибиторам PARP — лекарственным средствам, направленным на прекращение деления раковых клеток, — анализ генетической рекомбинации имеет решающее значение для назначения лекарств и мониторинга динамики пациентов с раком. При помощи WES ученые изучили терапевтический эффект гомологичной рекомбинации, как онкомаркера колоректального рака. Всего в данном исследовании ученые провели анализ данных 9321 пациента с раком. Для 13,6% образцов определялся высокий уровень гомологичной рекомбинации [2].
Многочисленные исследования показали, что микросателлиты тесно связаны с онкогенезом, и их следует использовать в качестве важного молекулярного маркера для прогноза и разработки планов лечения солидных опухолей, таких как колоректальный рак. Используя WES, исследователи могут проводить скрининг и определять микросателлитный статус образцов опухоли на основе анализа микросателлитных локусов на уровне соматических клеток [3]. Микросателлиты — это короткие тандемные повторы (STR) или повторы простых последовательностей (SSR), состоящие из 1-6 п.н., равномерно распределенных в эукариотических геномах, включая кодирующие и некодирующие области.
Заключение
Применение WES в области онкологии позволит развивать и вводить в практику новые методы диагностики. Также развитие последует в сфере лечения, мониторинга и повсеместного введения в практику персонализированной медицины, которая наиболее актуальна для пациентов с раком. Помимо этого, исследования с использованием WES направлены на выявление биомаркеров и потенциальных терапевтических мишеней. К преимуществам подхода также относится более низкая стоимость по сравнению с полногеномным секвенированием, а также эффективность и точность, что особенно важно в клинической практике. Похожие задачи можно решать при помощи секвенаторов Genolab M и FastaSeq 300, представленных на сайте компании Sesana.
Применение WES в области онкологии позволит развивать и вводить в практику новые методы диагностики. Также развитие последует в сфере лечения, мониторинга и повсеместного введения в практику персонализированной медицины, которая наиболее актуальна для пациентов с раком. Помимо этого, исследования с использованием WES направлены на выявление биомаркеров и потенциальных терапевтических мишеней. К преимуществам подхода также относится более низкая стоимость по сравнению с полногеномным секвенированием, а также эффективность и точность, что особенно важно в клинической практике. Похожие задачи можно решать при помощи секвенаторов Genolab M и FastaSeq 300, представленных на сайте компании Sesana.
Источники:
- Merino D. M. et al. Establishing guidelines to harmonize tumor mutational burden (TMB): in silico assessment of variation in TMB quantification across diagnostic platforms: phase I of the Friends of Cancer Research TMB Harmonization Project //Journal for immunotherapy of cancer. – 2020. – Т. 8. – №. 1.
- Moretto R. et al. Homologous recombination deficiency alterations in colorectal cancer: clinical, molecular, and prognostic implications //JNCI: Journal of the National Cancer Institute. – 2022. – Т. 114. – №. 2. – С. 271-279.
- Chung J. et al. DNA polymerase and mismatch repair exert distinct microsatellite instability signatures in normal and malignant human cells //Cancer discovery. – 2021. – Т. 11. – №. 5. – С. 1176-1191.