多組學(xué)聯(lián)合分析帶你揭開癌癥的神秘“面紗”

      癌癥的發(fā)生發(fā)展是一個復(fù)雜的過程，DNA、表觀遺傳的變異、基因表達水平的異常等都會影響身體的健康狀態(tài)。單一組學(xué)已很難滿足科研需求，隨著測序技術(shù)的普及和分析方法的完善，多組學(xué)聯(lián)合的方法逐漸成為主流，癌癥研究也呈現(xiàn)出多組學(xué)發(fā)展的趨勢，在研究疾病致病機理、篩選治病靶點、發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)志物與進行疾病早期診斷從而對個體化治療和用藥指導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。整合基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，DNA層面篩選的候選基因在轉(zhuǎn)錄水平的展示，RNA層面顯著差異表達基因在基因組突變的分析，以及關(guān)鍵基因的通路富集分析等，將基因組和轉(zhuǎn)錄組緊密的起來。

● 研究樣本：六類1699例兒童腫瘤病人中收集配對的腫瘤組織和正常組織：
1. B系急性淋巴細(xì)胞性白血病（B-ALL）：689例
2. T系急性淋巴細(xì)胞性白血病 （T-ALL）：267例
3. 急性髓系白血病（AML）：210例
4. 神經(jīng)母細(xì)胞瘤（NBL）：316例
5. Wilms瘤（WT）：128例
6. 骨肉瘤（OS）：89例
●測序策略：全基因組測序、全外顯子測序和轉(zhuǎn)錄組測序聯(lián)合分析、單細(xì)胞測序
●發(fā)表期刊：Nature（IF=40.137）
●發(fā)表單位：美國圣裘德兒童研究醫(yī)院

研 究 背 景
傳統(tǒng)治療兒童癌癥的方法除了手術(shù)，無非就是放療和化療，而這兩種方法無一不是大動干戈，以大范圍殺死自身健康細(xì)胞為代價與癌細(xì)胞“同歸于盡”。盡管如此，還是難保不會有處于休眠期的癌細(xì)胞成為“漏網(wǎng)之魚”，虎視眈眈的等待著卷土重來的機會。致癌位點的不明確以及具有復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的特性，致使癌癥的治療大多數(shù)采用這種“傷敵一千，自損八百”的方式。但是，基于基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的聯(lián)合分析的出現(xiàn)逐漸幫我們明確癌癥的致癌位點，為兒童期癌癥的治療及預(yù)防提供了新的思路。

研 究 結(jié) 果
1. 全基因組測序（WGS）解析兒童體細(xì)胞突變率及特點
作者通過全基因組分析兒童腫瘤中體細(xì)胞突變率，發(fā)現(xiàn)腫瘤中有11種突變類型（T1-T11），其中T10和T11作為新的體細(xì)胞突變，分別在WT和AML中較高富集；在不同的兒童腫瘤體細(xì)胞突變中，T1和T4占比。其他類型突變在39種樣品中也以較高突變率富集在每種組織型中。

2. 全基因組測序（WGS）和外顯子組測序（WES）篩選腫瘤驅(qū)動基因
通過全基因組重測序和外顯子測序技術(shù)，在兒童腫瘤中確定了142個顯著突變的驅(qū)動基因。其中78個（＞50%）驅(qū)動基因是成人泛癌研究未曾發(fā)現(xiàn)的，在白血病和NBL中，40%~50%點突變具有較低的等位基因突變（＜0.3），暗示亞克隆突變促進兒童腫瘤發(fā)生。同一基因突變具有不同類型，如STAG2，有5種不同的體細(xì)胞突變，SNVs、InDels、CNAs、ITDs和SV；且兩個突變基因間是存在共存和互斥關(guān)系的，該研究發(fā)現(xiàn)新的配對基因，如ETV6和IKZF1在AML中共存，而SHANK2和MYCN在NBL中互斥。

3. 通過WGS和WES解析體細(xì)胞突變及相關(guān)的生物學(xué)進程
通過WGS和WES分析體細(xì)胞突變及CNAs或SV，兩者檢測出的點突變是高度一致的，但WGS更能檢測出兒童腫瘤中CNAs和SV；本研究發(fā)現(xiàn)了與兒童腫瘤發(fā)生相關(guān)的21條生物學(xué)通路。并且發(fā)現(xiàn)不同類型兒童腫瘤間存在相同的生物學(xué)通路異常；有些生物學(xué)通路存在組織特異性；不同類型兒童腫瘤間相同生物學(xué)通路突變的基因也是不同的。

4. 通過WGS和RNA-seq對突變等位基因的表達及特點分析
比對WGS和RNA-seq數(shù)據(jù)分析不同類型兒童腫瘤中6959個編碼突變，發(fā)現(xiàn)這些突變中34%是等位基因突變。其中突變等位基因表達與DNA MAF高度相關(guān)；多數(shù)（76%）截斷突變抑制突變等位基因表達，但多數(shù)（87%）熱點突變促進突變等位基因表達；等位基因特異性表達分析不能有效檢測亞克隆雜合性缺失，可采用單細(xì)胞測序技術(shù)解決，如在不同的亞克隆細(xì)胞中分別發(fā)現(xiàn)WT1 D447N和11p LOH。

5. 結(jié)論
該研究聯(lián)合WGS、WES和RNA-seq多組學(xué)對1699例兒童腫瘤進行泛癌分析，這一大數(shù)據(jù)分析為我們提供了一份詳盡的兒童腫瘤基因組圖譜，不僅為臨床研發(fā)兒童腫瘤專用藥物奠定了分子基礎(chǔ)，而且為基礎(chǔ)研究兒童腫瘤的分子機制指明了方向。