首次！通过长读长测序靶向捕获技术，全面解析乳腺癌基因组的结构变异

北京大学人民医院王殊教授团队、香港科技大学余维川教授团队研究人员在期刊《Frontiers in Cell and Developmental Biology》共同发表了题为“Detection of Structural Variations and Fusion Genes in Breast Cancer Samples Using Third-Generation Sequencing”的文章，该研究通过靶向长读长测序技术识别乳腺癌患者的SV，首次实现了利用长读长测序平台（TGS）开展乳腺癌研究取得的重大突破，并证明了该方法在临床应用中的巨大潜力。

长读长测序的优势在于其适用于阐明等位基因突变状态和癌症基因组的完整结构。序祯达生物现搭建全方位的长、短读长大数据分析平台，短读长测序技术可以精准检测DNA的SNV/Indel变异，长读长测序技术则在长片段的SVs及融合检测方面具有一定的优势，两种测序模式相结合可提升基因变异的检测准确性。我们始终以药物研发以及临床需求为导向，致力于为更多合作伙伴提供更高效、更优质、更全面的多组学检测分析服务。

研究背景

基因组的不稳定性是乳腺癌的一个关键分子特征，而结构变异（SVs）会直接表现出基因组的不稳定性。然而，由于NGS测序读长短、PCR扩增偏好性的限制，在肿瘤基因组中识别复杂的SVs仍然具有挑战性。长读长测序技术在检测结构变异方面都表现出较高的敏感性和特异性，已被应用在乳腺癌研究。

解决的技术壁垒

结构变异（SV）是人类基因组中常见的遗传变异，可能导致不同的表型和疾病，包括癌症。然而，常用的二代测序读长较短，对结构变异的检测有限，不利于研究者了解结构变异。本研究通过长读长测序平台，对乳腺癌患者的肿瘤组织、癌旁组织和相应的血液样本进行长读长测序，准确检测出了乳腺癌基因组的结构变异。

研究方法

本研究选择多种乳腺癌亚型作为研究对象，包括4种侵袭性亚型（LuminalA、LuminalB、HER-2富集和三阴性乳腺癌（TNBC））和导管原位癌（DCIS）病例。每个病例的样本包含血液、癌组织和癌旁组织，以及7例健康捐献者的血液样本。通过长读长靶向测序技术（panel约5Mb，包含参与了同源重组修复（HRR）的20个与乳腺癌高危人群相关的基因及8个与乳腺癌精准治疗相关基因），对肿瘤组织、癌旁组织和相应的血液样本进行长读长测序，以检测乳腺癌基因组的结构变异。

研究结果

乳腺癌患者胚系SVs的分析

在本研究中，在12例患者（12/19,63%）的血液样本中检测到胚系SVs，每个患者大约携带1~6个变异。根据变异发生的基因组位置，这些变异分布在外显子、内含子、基因的上下游区域5’或3’非翻译区，以及基因2kb的侧翼区域，有些变异涉及不止一个区域。值得注意的是，利用长读长测序方法让我们能够在传统短读长测序技术难以分析的位置检测到SVs。例如，在患者RM65B中发现了在EGFR的3’UTR处约250个碱基的插入，在健康对照组RMH3中却没有被发现。

肿瘤组织中体细胞SVs的潜在热点

本研究通过配对的血液样本为参照，挖掘肿瘤组织的肿瘤驱动SVs。28个乳腺癌相关基因的体细胞SVs分布情况如下图，28个基因中，有12个检测到SVs，占比43%，SVs倾向分布在内含子。在这12个基因中，ERBB2在4个患者中出现，且都位于内含子区域，具有最高的SVs发生频率，研究者总结了ERBB2在4个患者中SVs的情况：两个插入和两个重复，其中三个患者发生的位置邻近，且这一区域AT富集，尚未有文献报道与疾病相关。然而，在ERBB2基因中体细胞SVs的相对富集（19例独立患者中的3例）表明，此区域可能与乳腺癌相关，但是需要更多的样本做进一步验证。

检出具有基因组学和转录组学证据的基因融合

融合基因的累积是肿瘤组织的常见模式之一。长读长测序平台的优势有利于融合基因的研究开展。在19个病例中，研究者在6个患者中发现7个融合基因现象。在RM64病例中，位于chr17染色体的RECOL5基因，与chr8和chr7染色体的两个片段发生基因融合。PacBioHiFi测序平台的高覆盖率reads（测序深度>30X）及长读长转录本证据支持了该融合基因检出的可信度。

总结

本文中研究人员开创性地设计了适用于长读长测序平台的靶向捕获Panel，将其成功应用于临床乳腺癌样本研究。通过基因组和转录组的长读长测序对融合基因的研究，长读长测序Panel能够准确、稳健地检出SVs变异，表明基于此技术的靶向捕获测序方法是一种有效检测癌症相关SVs的技术路线，在未来的临床研究与应用转化中具有广阔的发展前景。