外显子组测序技术介绍
外显子测序(Whole exome sequencing,WES)是指利用序列捕获技术将全基因组外显子区域DNA捕获并富集后进行高通量测序的基因组分析方法。外显子是人类基因组的蛋白编码区域,只占人类基因组不到2%的序列,但据估计该区域约85%的突变和疾病性状关联(Majewski, Schwartzentruber et al. 2011)。全外显子组测序(WES)能够快速检测外显子(编码)和剪接位点变异,相比较全基因组测序更简便、经济和高效,其目标区域覆盖度更高,便于检出变异情况。外显子突变被证明是导致大多数单基因疾病的原因,在WES技术出现后的几年里,孟德尔病基因的鉴定大幅增加(Umlai, Bangarusamy et al. 2022)。除了在孟德尔疾病研究中的应用,目前一些复杂性疾病也应用外显子检测技术发现疾病的相关变异,例如癌症(Chiu, Weng et al. 2022)、心血管疾病(Xiao, Wu et al. 2022)、阿兹海默症(Bagaria, Moon et al. 2022)、自身免疫性疾病(Horjus, van Mourik-Banda et al. 2022)等。
外显子组测序技术适用范围
单基因遗传病、复杂疾病的家系样本、癌症易感基因鉴定、癌症体细胞突变等
技术优势
1. 针对不同研究领域提供个性化方案;
2. 采用主流的外显子捕获测序平台,数据可靠,稳定性好;
3. 提供多种变异分析:单核苷酸多态性、插入缺失、无义突变、结构变异、拷贝数变异
4. 后期数据挖掘可提供个性化分析
样本要求
组织≥300mg
DNA≥2µg
全血≥3ml
血浆/血清≥4ml
细胞>107个或30µl干体积
外显子组建库流程图

案例解析
全外显子组测序确定了与人类血浆代谢物相关的罕见遗传变异(Am J Hum Genet.IF=11.043)

该研究使用多种方法在蛋白质编码区选择和聚集罕见的遗传变异,并使用超高效液相色谱-串联质谱检测了它们与血浆中测定的995种代谢物的相关性。鉴定了40个新的涉及罕见编码变异的关联(27个基因和38个代谢物),其中28个(15个基因和28个代谢物)被复制。开发了一种算法来对每个位点上假定的驱动变异进行优先排序,并使用中介和孟德尔随机化分析来测试ACY1位点上代谢物和蛋白质水平的关联的方向性。总的来说,66%的报告关联涉及已批准的药物或生物活性药物样化合物的基因靶点,有助于药物靶点的验证努力。

参考文献:

Whole-exome sequencing identifies rare genetic variants associated with human plasma metabolites

1.Exome-reseq建库流程

2.Exome-reseq分析流程

3.Exome-reseq分析结果展示

Distinct patterns of somatic genome alterations in lung adenocarcinomas and squamous cell carcinomas

1. 肺癌是全球最常见的癌症,死亡数量居首。每年,有超过500万例肺癌登记,其中85%属于非小细胞肺癌。这种类型的肺癌,主要是由两个亚型代表:肺腺癌和肺鳞状细胞癌。它们可能起源于不同的环境因素或生物过程,但吸烟并不总是主要原因。 2. 近来很多组学方法被用于区分诱发肺腺癌和鳞状细胞肺癌的司机突变(driver mutations)和癌症引起的基因组不稳定所造成的乘客突变(passenger mutations),从而鉴定出新的肺癌相关基因。

Systems genetics identifies a convergent gene network for cognition and neurodevelopmental disease

1.通过共表达调控网络的构建,建立了脑组织基因表达的module; 2. 采用多套脑组织相关的数据,其数据类型包括芯片、转录组、GWAS、外显子组,通过多套数据的组合分析,鉴定了2类基因modules(共1298个基因)与脑部认知疾病关联; 3. 同时对这1298个基因在不同脑部组织及脑部不同发育时期的基因表达模式也进行了分析; 4. 为GWAS和外显子数据的整合分析提供了很好的思路;

外显子组测序技术揭示幼年型粒单核细胞白血病的基因变异全貌

外显子组测序技术揭示幼年型粒单核细胞白血病的基因变异全貌

幼年型粒单核细胞白血病,简称JMML,多发于2岁以下的婴幼儿,患儿常表现为骨髓异常增生。目前骨髓移植术是治疗该病的唯一手段,但是该治疗在不同患者之间差异较大,为了更好的了解JMML发病机制的全貌,加州大学的研究者们采用外显子组技术结合转录组和BS-seq多方位全面展示了基因变异的全貌。

全基因组外显子测序揭示增生性黑色素瘤存在多种激活MAPK通路基因的突变

黑色素瘤是一种产生黑色素的恶性肿瘤,好发于皮肤、黏膜等处。纤维增生性黑色素瘤属于黑色素瘤的一种,患者主要为长期接受日光照射的老年人群。早期发病由于缺乏色素沉积,且伴随大量增生组织,因此早期常常误诊,造成患者治疗时机的错失。对于这种容易误诊的疾病,基于高通量测序和海量数据分析获得的分子标志物似乎成为未来医疗的希望。

Whole-exome sequencing of circulating tumor cells provides a window into metastatic prostate cancer.

Whole-exome sequencing of circulating tumor cells provides a window into metastatic prostate cancer.

想要更加精确的对癌症患者进行诊断,就必须对肿瘤组织的基因组特征有更加清晰的了解,而该目的常常由于难以接近或获得肿瘤组织,或者能够得到的样品数过少使得研究者难以达到。收集循环系统中的肿瘤DNA或CTCs(circulating tumor cells)是一种比较有效的解决办法。但是使用CTCs进行测序分析的一个难点在于血液中存在的CTCs的数量非常稀少,因此构建文库的时候很容易出现过度扩增导致扩增偏向性和聚合酶错误。解决这个问题的一个思路是对同一个样本构建多个文库,然后对构建的文库进行统计学分析。研究人员运用该策略对前列腺癌的CTCs进行了测序分析。

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