癌症的“长读”:一个新的，更广泛的基因组观点

　　EMBL的研究人员使用长读纳米孔测序来获得与癌症基因组相关的DNA突变的更全面的了解，而不仅仅是通过短读基因组测序来拼凑基因组的短片段。

　　

研究人员试图通过基因组测序更深入地了解DNA突变和癌症之间的关系，利用长读方法获得更全面的基因组视图。

• 新的EMBL研究表明，长读基因组测序似乎比短读基因组测序更好地检测一些DNA突变。

• 利用牛津纳米孔长读测序技术，科学家们对一种被称为成神经管细胞瘤的儿童原发性脑肿瘤进行了测序，发现了一种新的突变模式。

• EMBL的生物信息学家、基因组生物学家和来自德国癌症研究中心(DKFZ)的临床医生之间的合作，使他们能够设计出识别和描述数据中的DNA突变和表观遗传模式的方法。

就像在黑暗的道路上，手电筒比最亮的蜡烛照亮的区域更广一样，与短读测序相比，长读基因组测序提供了更清晰、更广泛的DNA突变基因组图谱。

最近发表在《Cell Genomics》杂志上的EMBL的新研究表明，长读基因组测序能够揭示染色体结构重排的重要模式，这些模式以前使用癌症基因组学中常用的更常见的短读测序方法无法检测到。

由海德堡EMBL、德国癌症研究中心(DKFZ)和EMBL-EBI研究人员共同领导的一项合作，应用了新技术来利用长读测序，这种方式可能应用于临床环境。

短读和长读排序

长期以来，科学家们主要使用短读基因组测序来探索癌症的突变格局。短读基因组测序技术具有高通量，但只能生成许多短片段的DNA，然后研究人员将它们拼凑在一起，使用计算工具识别基因组中的突变。然而，研究人员怀疑这种方法没有发现一些突变模式。这就是为什么他们寻求更好的方法来分析体细胞结构变异(SSVs)对细胞功能的影响。这些SSVs是大DNA片段的重排(例如，缺失，重复等)，已知与大多数致癌突变有关。

更新的长读测序方法(如在EMBL研究中使用的牛津纳米孔)可能提供了一种更好地检测癌症基因组突变的方法。纳米孔测序允许研究人员对长DNA或RNA片段进行实时测序。它通过监测核酸(DNA和RNA的组成部分)通过蛋白质纳米孔时电流的变化来工作。由此产生的信号被计算解码，以给出特定的DNA或RNA序列。                

与短读测序相比，用于长读测序的设备更小，更快，并且可以读取更长的DNA链。所以，就像拼图的碎片更少，更大，序列更容易组装。此外，它可以让研究人员了解癌症表观基因组的变化。

如何识别以前未发现的基因组模式

研究人员使用单一成神经管细胞瘤(一种原发性儿童脑肿瘤)的细胞，在诊断和治疗后收集，他们能够使用新的长读序列分析方法来识别一种新的突变模式，导致基因组中较长部分的重排，然后他们能够在其他癌症类型中证实这一点。

然而，除了方法论之外，科学家们还能够识别并命名一种相当复杂的模式，他们认为这种模式与癌症基因组中的一种特定形式的突变有关，尤其是脂肪肉瘤，这是一种罕见的，但有时致命的癌症，因其通常具有高度不稳定的基因组而闻名。在此之前，短读测序没有检测到这种模式。

通过合作获得重要的专业知识                

研究过程的一个重要部分取决于EMBL内部的合作。其中包括来自GeneCore的同事，他们在与合作者协商选择正确的方法后提供了部分实际测序，以及EMBL位于英国Hinxton的欧洲生物信息研究所，他们提供了牛津纳米孔测序方面的专业知识。

对于Korbel小组来说，他们与EMBL-EBI的同事们在这个项目上的合作讨论几乎在五年前就开始了，但只有当技术足够成熟时，他们才能用这种长阅读方法和后续的分析工具来实现他们的科学愿景。

同样，与DKFZ合作不仅有助于获取组织样本，还为这项工作带来了重要的生物学见解。                

这才刚开始

在仅在单个样本中确定了突变模式后，研究人员意识到需要进行更大队列的后续研究，以更好地了解该模式并确定其是否具有临床相关性。目前，用长读基因组测序研究的样本非常少。

“我们知道，使用短读测序，我们并没有得到全面的了解，”海德堡EMBL科贝尔研究组的高级生物信息学家、细胞基因组学论文的主要作者Tobias Rausch说。“现在的技术可以让我们真正使用长读测序，并发现缺失的东西。从一开始，我们就明白开发方法需要成为我们工作的重要组成部分。我们如何在癌症基因组情况下最好地使用长读测序?方法交付是这个项目的重要组成部分，其中产生的许多工具有望对更广泛的社区有用。”

Rausch所在的EMBL研究小组的负责人Jan Korbel说:“在基因组测序中看到突变模式并不太令人惊讶，但只用一个样本就能做到这一点，而且是人们以前从未见过的东西，这是相当惊人的。但这也是因为短读测序无法将其拼凑起来。现在，我们能够观察到这种复杂的重排，并实际观察到它们的内部结构。”

EMBL副总干事、EMBL- EBI联合主任、参与该项目的研究小组负责人之一Ewan Birney说:“长读测序提供了一种查看基因组信息的新方法——包括结构变异和甲基化等DNA修饰。看到这种新技术照亮了这种新的突变过程，真是太棒了。”

Korbel说:“长读测序现在确实有很多令人兴奋的地方。我们已经计划在更大的范围内继续我们的工作，通过这项工作，我们将再次依赖我们已经开始的合作——其中一些合作现在正在试验将这种长读测序应用于临床环境的方法，在临床环境中，通常情况下，当涉及测序时，患者往往有更高的生存率。”

参考文献:

“Long-read sequencing of diagnosis and post-therapy medulloblastoma reveals complex rearrangement patterns and epigenetic signatures” by Tobias Rausch, Rene Snajder, Adrien Leger, Milena Simovic, M?d?lina Giurgiu, Laura Villacorta, Anton G. Henssen, Stefan Fr?hling, Oliver Stegle, Ewan Birney, Marc Jan Bonder, Aurelie Ernst and Jan O. Korbel, 22 March 2023, Cell Genomics.