转自：药明康德

癌症基因组中包含大量的染色体结构变异（SV），这些变异对于驱动肿瘤的发生、发展起着重要作用。在大多数常见癌症中，染色体结构变异的数量甚至超过了点突变（单个碱基发生变化）。然而，当前的短读长测序技术只能部分解析肿瘤DNA的序列结构，难以分析复杂的SV（如染色体结构重排）。

近期，欧洲分子生物学实验室（EMBL）、德国癌症研究中心（DKFZ）和欧洲生物信息研究所（EMBL-EBI）的合作团队在Cell Genomics杂志上发表了一项研究，表明长读长基因组测序技术可以揭示染色体结构重排的关键模式，而这些基因组变异通过短读长测序技术是很难被发现的。

长期以来，科学家们主要使用短读长基因组测序技术来研究癌症的基因突变状况。短读长基因组测序技术具有高通量的优点，其技术特点是先产生许多短片段的DNA，然后研究人员再利用计算工具将这些片段拼接起来，在此基础上识别出基因组中的突变。然而，这种方法很可能遗漏了一些全新的、尚未被发现的突变模式，比如染色体结构变异。为此，研究人员开始寻求更好的方法来分析体细胞染色体结构变异（SSV）对细胞功能的影响。SSV包括大型DNA片段的重排（例如缺失、复制等），并且这些DNA片段与大多数致癌突变有关。

新一代的长读长测序方法（如本研究中使用的纳米孔测序技术）有望提供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。它通过监测核苷酸分子通过蛋白质纳米孔时电流的变化，并根据生成的信号进行计算解码，由此得出特定的DNA或RNA序列。

与短读长测序相比，长读长测序的设备更小、更快，可以读取更长的DNA链。由于长读长测序所解码的DNA片段更长、待拼装的片段数量更少，因此大大降低了最终的序列组装难度。此外，长读长测序技术还可以让研究人员了解癌症表观基因组的变化。

在本项研究中，研究人员采集了一名髓母细胞瘤患者在诊断和治疗后的肿瘤样本来测试这项技术。这是一种原发性儿童脑瘤，研究人员通过新一代的长读长测序方法来识别一种新的突变模式——“模板化插入（templated insertion，TI）”，其特点是插入片段较短（大多数<1 kbp），并且可以自行连接成高度扩增的结构，DNA片段大小可达50 kbp。TI突变发生在3%的癌症中，在脂肪肉瘤中的普遍程度甚至高达74％，并且经常与染色体断裂共定位。

此外，研究人员还利用长读长测序技术开展了甲基化组分析，发现癌细胞中存在着等位基因特异性甲基化（ASM）效应、具有差异性甲基化水平的复杂基因重排、以及癌症驱动基因中的差异性启动子甲基化水平等表观遗传特征。

最后，通过整合基因组和表观基因组的读数，研究人员对CpG甲基化进行了单倍体型的全基因组分析。通过将体细胞DNA重排（包括TI变异）的子集与功能相关联，并整合基因组和表观遗传组的长读长测序数据，研究人员成功展示了长读长测序技术在解读异常基因表达模式（如等位基因特异性表达和基因融合等）方面的能力。

对于长读长测序的出色表现，研究的通讯作者Jan Korbel博士评价说：“在基因组测序中看到变异模式并不奇怪，但仅凭一个样本就能看到这种以前未见过的模式，这实在令人惊叹。正是因为短读测序无法将其组合在一起，我们在以往的研究中把它遗漏了，现在，我们可以观察这种复杂的重排并查看它们的内部结构。”

虽然研究人员成功发现了一种新突变模式，但这项研究只基于一个样本，所以研究人员计划针对更大的队列进行后续研究，以更好地了解这种全新的突变模式，并确定它是否具有临床意义。此外，研究人员透露，他们还打算尝试将这种长读长测序技术应用于临床环境中，让这种测序技术能够帮助患者获得更高的生存率。

参考资料：

[1] Rausch T., et al.，“Long-read sequencing of diagnosis and post-therapy medulloblastoma reveals complex rearrangement patterns and epigenetic signatures” Cell Genomics. 2023, https://doi.org/10.1016/j.xgen.2023.100281

[2] The ‘long read’ for cancer，Retrieved March 28, 2023, from https://www.embl.org/news/science/the-long-read-for-cancer/

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