Illumina测序技术: GAIIx for 101 bp paired end reads

Welch, J. S., Westervelt P., Ding L., Larson D. E., Klco J. M., et al. (2011) Use of whole- genome sequencing to diagnose a cryptic fusion oncogene. JAMA 305: 1 577 - 1584 在这篇文章中，作者报道了末端配对读取全基因组测序在实时肿瘤诊断方面的应用。在25天内，他们完成了文库制备、测序和数据分析。新型插入融合的正交验证又花了27天，此融合产生了一个经典的PML-RARA bcr3变异。

患者复杂的细胞遗传学预示着不利的预后，因此有必要确定患者是否有公认的PML-RARA融合基因，但传统的基于FISH和PCR的诊断方法不能明确地诊断该患者。最终，测序结果改变了该患者的医疗方案，她接受了全反式维甲酸巩固治疗，而不是异体造血干细胞移植。15个月后患者的症状首次缓解。

尽管其他的实验室方法也被用于潜在致病性RARA重排的检测，但这些技术往往费时费力，且需要大量起始材料、个性化设计和反复的问题排查。相比之下，使用末端配对文库的全基因组测序可利用低至10 ng起始DNA来完成，适合自动化的“流水线”策略，能够始终如一地发现单核苷酸变异（SNVs）、小的插入缺失、结构变异和克隆拷贝。此外，这种方法不需要定制试剂和对基因组区域的预先了解，而这是准确诊断所必需的。 Illumina测序技术: HiSeq? 2000 系统

Chapman, M. A., Lawrence M. S., Keats J. J., Cibulskis K., Sougnez C., et al. (2011) Initial genome sequencing and analysis of multiple myeloma. Nature 471: 467 - 472 这篇文章是一个有趣的癌症突变发现实验案例。作者对23名患者进行全基因组测序，对16名患者进行全外显子组测序（164,687个外显子），其中一名患者被两种方法同时分析。每个肿瘤序列都与其对应的正常组织序列相比较。此方法实现了新突变和基因组重排的无假设筛查。分析多个基因组序列就能够区分直接导致肿瘤发生的“司机突变”和与疾病发生无直接关系的“乘客突变”。作者注意到，全外显子组测序揭示了大部分明显突变的基因；然而，一半的蛋白编码突变通过染色体畸变（如易位）而发生，其中大部分都不能单独通过外显子组测序找到。

Illumina测序技术：GAIIx，101bp paired-end reads （全基因组测序），76bp paired-end reads（全外显子组测序），30x coverage 成功应用全基因组测序的研究案例：

Bass, A. J., Lawrence M. S., Brace L. E., Ramos A. H., Drier Y., et al. (2011) Genomic sequencing of colorectal adenocarcinomas identifies a recurrent VTI1A-TCF7L2 fusion. Nat Genet 43: 964–968 癌症研究概览5：靶向重测序 摘要：

靶向重测序依据先前已得到的知识聚焦有限的一组基因－癌症相关基因，因此结果相对而言容易解释且更具操作性。包含适当基因的分析试剂盒可用于不同类型癌症，并简化了实验室操作和数据解释。未来更大规模的研究可以展示这一方法具有根据疾病发展、遗传图谱分析、环境影响或其他因素来对患者进行划分的潜质。迄今为止的研究表明，这种方法极有潜力成为一种诊断工具。 外显子组测序

外显子组测序仅仅聚焦1-2%的基因组（编码蛋白的那一部分），因此运行起来没那么昂贵，且更易分析。在孟德尔遗传病上使用这种方法已有许多知名的成功案例。尽管它产生的序列只有全基因组序列的1/50，但需加入昂贵且费时的DNA富集步骤，费用节省仅为一半左右。在癌症研究中，当基因组重排很普遍时，外显子组测序可能会错过关键突变。 靶向重测序

靶向重测序依据先前已得到的知识聚焦有限的一组基因－癌症相关基因，因此结果相对而言容易解释且更具操作性。包含适当基因的分析试剂盒可用于不同类型癌症，并简化了实验室操作和数据解释。未来更大规模的研究可以展示这一方法具有根据疾病发展、遗传图谱分析、环境影响或其他因素来对患者进行划分的潜质。迄今为止的研究表明，这种方法极有潜力成为一种诊断工具。

Lipson, D., Capelletti M., Yelensky R., Otto G., Parker A., et al. (2012) Identification of new ALK and RET gene fusions from colorectal and lung cancer biopsies. Nat Med 在这项研究中，作者靶定了145个癌症相关基因，并以此做成分析试剂盒在40个结肠直肠癌和24个非小细胞肺癌FFPE样品中进行检测。结果显示59%样品包含此分析试剂盒中的突变，而剩下的患者则不含该分析试剂盒内含的基因突变。后者将成为全基因组测序的良好候选，以扩展癌症相关的基因的分析试剂盒。一小组基因代表了主要的基因突变，但剩余突变的多样性是显著的，这恰恰凸显了分子诊断在对每位患者个性化治疗上的优势。 Illumina测序技术：HiSeq 2000系统，36 bp paired-end reads，229x coverage

Harismendy, O., Schwab R. B., Bao L., Olson J., Rozenzhak S., et al. (2011) Detection of low prevalence somatic mutations in solid tumors with ultra - deep targeted sequencing. Genome Biol 12: R124

作者利用超深度靶向测序筛查了71.1 kb的序列，这段序列包含了42个癌基因的突变位点。在混合DNA样本实验中，对于低丰度突变，灵敏度和特异性分别大于94%和99%。他们将此应用于临床癌症及小鼠异种移植样品的突变谱研究，以评估该方法的分析性能和实效。基于Sanger测序方法，复杂DNA混合样品中检测到的突变丰度被限制在超过20%，而本文展示的分析方法能够轻松检测以5%丰度存在的突变。这将实现异种移植或质量不佳样品的检测，包括带稀有突变克隆、低细胞量或被基质及免疫细胞污染的样品，所有这些在临床样品中都很常见。

癌症研究概览6：预后和对治疗的反应 摘要：

理想的癌症治疗是只靶定肿瘤的特殊分子机制且患者耐受性良好的方案。相同的临床表现可能代表了一些不同的分子机制，且患者对癌症疗法的耐受性相差很大。随着癌症的发展，它积累了大量的体细胞突变和基因组重排，导致耐药性或转移的风险提高，这将大大影响患者的预后。 预后和对治疗的反应

理想的癌症治疗是只靶定肿瘤的特殊分子机制且患者耐受性良好的方案。相同的临床表现可能代表了一些不同的分子机制，且患者对癌症疗法的耐受性相差很大。随着癌症的发展，它积累了大量的体细胞突变和基因组重排，导致耐药性或转移的风险提高，这将大大影响患者的预后。越来越多的证据表明，富含信息的生物标志物可协助作出治疗决策，以定制针对特定患者的治疗方案。治疗过程中的不断监控也能测定对治疗的反应以及复发的风险。 Ding, L., Ley T. J., Larson D. E., Miller C. A., Koboldt D. C., et al. (2012) Clonal evolution in relapsed acute myeloid leukaemia revealed by whole- genome sequencing. Nature 481: 506 - 510

这项研究弄清了急性骨髓性白血病（AML）的复发原因。作者发现了两个一般机理：（1）原发肿瘤中的细胞获得突变，进化成复发克隆，（2）原发肿瘤细胞的一个亚克隆挺过了初次治疗，获得了更多突变并在复发时扩增。在一个病例中，在原发肿瘤中仅占5.1%的亚克隆在复发后成为主要的克隆。对于所有病例，化疗并不能根除原发细胞克隆。这项研究强调了在诊断后和初次治疗后检测和根除小的细胞群体的重要性。新一代测序检测极小细胞群体中de novo突变的能力让它特别适合此类应用。

Illumina测序技术：GAIIx，1 01bp paired-end reads

Gerlinger, M., Rowan A. J., Horswell S., Larkin J., Endesfelder D., et al. (2012) Intratumor heterogeneity and branched evolution revealed by multiregion sequencing. N Engl J Med 366:883–892

在这项研究中，作者使用全外显子组测序来研究多个样品，这些样品来自两名患者体内的原发肾癌区域及相关转移部位。他们在原发肿瘤中发现了广泛的异质性，并且每个肿瘤区域内有63-69%的体细胞突变是无法在肿瘤的所有部位都检测到。他们还检测了相同肿瘤不同区域内预后良好和不良的基因表达特征。这突出了在突变积累之前早期诊断的重要性，以及较大肿瘤需要多个活检位点。同一名患者的多个样品的测序让作者能够重建疾病的发展。这是一种极为强大的方法，它不仅能说明引发事件，还能指明表现出平行进化的基因。平行进化通常是进化压力的一种表现，它暗示那些基因可能成为有效的治疗靶点。 Illumina测序技术：GAIIx和HiSeq 2000系统 转移

转移是一个复杂的过程，期间癌细胞脱离原发肿瘤并通过血液或淋巴系统循环到身体的其他部位，在新部位癌细胞继续繁殖，最终形成更多肿瘤。肿瘤（如胰腺癌或葡萄膜恶性肿瘤）的转移能力大大增加了它们的致命性。目前肿瘤研究的主要解决的问题仍集中于：转移肿瘤的克隆结构、转移瘤之间的系统发育关系、转移和原发部位的平行进化规模以及肿瘤扩散机制。

Hsieh, A. C., Liu Y., Edlind M. P., Ingolia N. T., Janes M. R., et al. (2012) The translational landscape of mTORsignalling steers cancer initiation and metastasis. Nature

作者证明了前列腺癌基因组通过致癌mTOR信号传导的特殊转化路径，该过程产生了一个异常特殊的基因群，它们参与了细胞增殖、代谢和侵袭。随后他们对一类转化控制的促侵袭信使RNA进行了功能鉴定，正是这些mRNA精心安排了癌症侵袭和转移。 Illumina测序技术：GAIIx，m RNA-Seq和ribo-Seq 抗癌药物开发

从药物开发的前景来看，癌症带来独特的挑战。首先典型的肿瘤样品包含两个基因组：遗传自父母的生殖细胞系和疾病发展过程中积累的体细胞突变，而且肿瘤基因组也是非常动态的，可快速积累de novo突变，形成耐药性。肿瘤通常是异质性的，单个肿瘤可能包含几种细胞类型，而每一种都有其自身的药物敏感性或耐药性。动态的癌症基因组意味着癌症本身就是一种个性化的疾病，这从根本上对从大规模的人群上开发和测试药物的治疗模式发起了挑