外显子组测序

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外显子(exon)是真核生物基因的一部分,包含着合成蛋白质所需要的信息。全部外显子,称为“外显子组”(Exome)。外显子组测序(Exome sequencing)是指利用序列捕获技术将全基因组外显子区域DNA捕捉并富集后进行高通量测序的基因组分析方法。由于外显子组测序只需针对外显子区域的DNA即可(例如:人类外显子组只占人类基因组长度的约1%,但是目前由DNA变异引起的疾病估计有85%以上来自于外显子组区域的变异),因此远比进行全基因组序列测序更简便、经济、高效,其目标区域覆盖度也更高,便于变异检测。

目前,外显子测序已经在米勒综合症、歌舞伎综合症、重型颅脑畸形等孟德尔疾病的研究中得到成功应用。还有其它一些癌症和复杂性疾病也应用外显子测序观察到高度相关的突变。

应用案例:

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma)是世界范围内导致死亡的第三大杀手,这种疾病有高死亡率。感染B型肝炎病毒或C型肝炎病毒,以及包括饮酒在内的环境因素,均可导致肝细胞癌。但是这些致病因素是否和导致肝细胞癌的独特分子通路相关,以及如何致病在很大程度都处于未知状态。为了进一步的研究,研究人员首次测序分析了10例丙肝病毒相关的肝细胞癌外显子组,发现了分布于411个基因中的429个体细胞基因突变(体细胞基因突变指基因突变仅存在于肝癌细胞中而不存在于周边的正常肝组织)。进一步对43名携带有丙肝病毒的肝细胞癌患者及96名其他原因导致的肝细胞癌患者进行大样本筛查,发现14%丙肝病毒相关的肝细胞肝癌中存在ARID2的体细胞突变。而所有的ARID2基因突变都直接导致ARID2表达蛋白的失活,有力地证明了ARID2是重要的肝细胞癌抑癌基因(图1)。

外显子测序发现肝细胞癌的关键致病基因

 图1 外显子测序发现肝细胞癌的关键致病基因
Li, M., Zhao, H., Zhang, X. and 16 others (2011). Inactivating mutations of the chromatin remodeling gene ARID2 in hepatocellular carcinoma. Nature Genetics, published online ahead of print 7 August 2011. doi:10.1038/ng.903

实验流程:

  • 样本收集,提取DNA
  • 将基因组DNA随机打断成随机片段文库
  • 文库经纯化后通过与外显子捕获系统进行杂交富集
  • PCR扩增,在经qPCR质量检测合格后,即可上机进行高通量的测序。

Aglient SureSelect外显子捕获系统

图2 Aglient SureSelect外显子捕获系统 (www.Agilent.com)

生物信息学分析流程:

标准信息分析:

  • 去污染、去低质量等过滤处理
  • 数据产出的统计
  • 外显子区域测序深度的直方分布图
  • SNPs的检测
  • SNPs的注释
  • 插入和缺失(Indels)的检测
  • 插入和缺失(Indels)的注释

外显子生物信息学分析流程

图3 外显子生物信息学分析流程

个性化信息分析

  • 氨基酸替代的预测分析
  • 群体SNP的获取和等位基因频率评估
  • Mendelian disorder analysis 孟德尔遗传疾病分析
  • 基于新一代测序技术的全基因组关联(NGS-GWAS)分析
  • 外显子融合分析
  • 基因融合

来源:www.nextomics.cn

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