深度了解智因東方全外顯子組及全基因組系列策略

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隨著智因推出遺傳病基因檢測的「宇宙最強策略」——家系准全基因組和家系全基因雙組學測序分析,智因遺傳病檢測策略家族又多了兩個成員。

那麼該如何理解各種檢測策略之間的區別呢?諸君莫急,小智來幫您梳理一下。

小智認為,各種不同策略的差別,首先是體現在檢測範圍、適用變異類型、檢測模式等重要的參數上。

從檢測範圍上看:

Panel,臨床外顯子組(也有稱「亞全外」的),全外顯子組,增強全外,准全基因組,全基因雙組學,這幾種策略在檢測範圍上是相互包含的關係,檢測範圍越大越全面,致病變異的檢出率自然也會越高。

隨著測序成本的持續下降,幾種策略的價格差別在逐漸縮小,甚至智因的全外顯子和Panel價格出現了倒掛,同樣的價錢,過去只能做Panel,而現在可以做全外了,甚至比Panel更便宜。

在過去,醫生是出於為患者省錢才舍全外而做Panel的,常常為要選擇開哪個包而糾結,今後醫生再也不必為此而傷腦筋,所有的Panel就直接用全外代替就OK了。

全外比小Panel便宜了,但數據質量可一點也不亞於Panel,智因東方的全外,對於質檢合格的樣本,在平均測序深度100X的時候,20X以上覆蓋度均值可達99%,這樣的均衡性是很多捕獲Panel都望塵莫及的。

增強全外是在全外基礎上,增加了大型拷貝數變異(CNV)的檢出。

家系准全基因組(trio-sWGs™),是在增強全外的基礎上,增加了對人類全部四千多種致病基因的非編碼區的trio(一家三口)測序,可以檢測到近全部非編碼區的已知致病突變。

雖然這不是標準意義上的全基因組30X測序(WGS),但在致病突變相對密集的全外顯子和臨床非編碼區的區域可以獲得100X測序深度,其數據質量要遠勝於WGS。

家系全基因雙組學(trio-sWGRs ™),是在家系准全基因組的基礎上,增加了一家三口的外周血白細胞全轉錄組測序(RNAseq),可以檢測分析白細胞表達的近萬個基因的表達譜和各種剪切變體。

對於致病基因在白細胞表達並發揮功能的一些疾病,尤其是血液系統疾病、免疫系統疾病及一些大分子代謝疾病等,全基因雙組學策略不僅可以檢出已知的非編碼區致病突變,還有可能檢出新的致病變異,而且能夠得到變異在轉錄組層面的功能驗證(比如影響調控表達、影響剪切等)。

從檢測模式上看:

這裡說的檢測模式是指先證者模式(即二代測序只測先證者,挑出懷疑變異再做一代驗證),還是核心家系(trio)模式(即二代測序同時檢測先證者和父母)。

對於全外顯子、全基因組如此大的檢測範圍,只檢測先證者是不可取的。

因為先證者模式無法判斷變異是否呈現家系共分離,即便挑幾個懷疑的變異去做家系一代驗證,也很容易挑錯,漏掉真正的致病突變。

先證模式還有一個坑,那就是即便挑了少數變異去做家系驗證,但也無法知道父母樣本是否來自真正的生物學父母,而trios模式則可以藉助大數據比對來判斷生物學父母的可靠性。

trio-WES,或稱核心家系全外顯子組測序,已成為目前遺傳病診斷的基本配置。

在此基礎上再增加核心家系的CNVseq、臨床非編碼區、轉錄組,就分別成為更為強大的增強全外家系、家系准全基因組、家系全基因雙組學策略。

從適用變異形式上看:

遺傳病的基因序列變異主要可以分小(點突變)、中(基因及內部外顯子CNV)、大(100kb以上大片段CNV)這三類。

一般的Panel,臨床外顯子組,甚至全外顯子組,只能檢測小型變異,對中型和大型變異無法檢出,也就是若在Panel範圍內的某個基因及其相關區域存在致病的CNV,會大機率漏檢。

智因的trio-WES,可以利用家系全外顯子數據,對全部約2萬個基因進行外顯子缺失重複的篩查,同時實現小型和中型變異的檢出。

傳統的中型變異檢測方法是MLPA,其局限性是只能檢測指定某一個基因是否存在外顯子缺失重複,而智因全外可以全面掃描幾乎全部2萬個基因的外顯子缺失重複。

如果把MLPA比喻為「狙擊點射」,則智因全外的中型變異篩查則是「地毯式轟炸」。

全外分析對連續兩個以上的外顯子缺失重複的準確性較高,但對單個外顯子拷貝數異常的結果還需MLPA驗證。

智因東方的trio(WES+CNVseq),或trio(全外+CNV),或稱家系增強全外,在WES的基礎上,增加了全基因組CNVseq檢測,不僅可以彌補大片段拷貝數變異的檢測,而且還能得到單親二倍體(UPD)的檢出,即可以全面涵蓋大中小三類變異。

CNVseq方法已得到大樣本的驗證,其靈敏度和特異性與CMA晶片無異( 參考文獻:ⅰ)。

綜合對比幾種檢測策略:

在這裡,小智來給各位解析表格最右邊兩列:

關於陽性檢出率:

檢測範圍越全,陽性檢出率越高(參考文獻:ⅱ、 ⅲ)。

(註:表格的陽性率只是一個理論值,且僅針對於疑難診斷疾病而言,實際陽性率會受入組患者選擇等因素影響)。

家系trios模式比先證模式更有利於提高陽性檢出率,檢測範圍越大(如全外、全基因組),trios模式的威力就越明顯 (參考文獻:ⅳ )。

關於診斷嚴謹性:

即便檢出了變異,這個變異是否就是患者的病因,基於此的診斷是否靠譜,事關診斷的嚴謹性。

表中幾個因素會對提升診斷嚴謹性:

檢測範圍越全,就越有可能避免局部檢測策略(如Panel)的「一葉障目」的誤診,故診斷就越嚴謹。

家系trios模式,一方面能提供共分離的證據,另一方面還有助於確證家系的血親關係,避免非生物學父母因素導致的烏龍結果,故其診斷會比先證者模式更嚴謹。

轉錄組能提供基因組變異在mRNA層面的功能學證據,故其診斷會比單一的基因組學證據要更嚴謹。

再比較一下這兩個最新策略——家系准全基因組和家系全基因雙組學的區別:

這兩個新策略,都包含trio全外、trioCNVseq、trio-臨床非編碼區測序分析。

與家系准全基因組相比,家系全基因雙組學項目多了trio轉錄組分析。

在臨床非編碼區的分析上,家系准全基因組僅報告已知致病變異,而全基因雙組學則不僅僅報告已知致病變異,而且還能結合轉錄組,對非編碼區變異致病性進行綜合分析。

綜上所述可以看出 家系全基因雙組學策略trio-sWGRs™ 的驚艷之處:

幾近極限的檢測範圍:全外顯子+CNVseq+臨床非編碼區;

大中小變異的全面檢出:

小型變異——點突變的檢測範圍:在已知疾病範圍,全面涵蓋編碼序列和絕大部分非編碼序列,幾乎無死角;

大型結構變異——CNV的檢出: CNVseq可檢出100kb以上的大型拷貝數變異,甚至包括UPD;

中型變異——外顯子缺失重複的檢出:智因trio WES可全面解決中型變異——基因內部外顯子缺失重複的檢測分析;

家系trios模式:可一目了然實現遺傳共分離分析,檢出新發(de novo)變異、嵌合體等;

trio-RNAseq,或稱核心家系轉錄組測序,與DNA的測序策略家系准全基因組聯合,實現基因變異的雙組學解讀:這是基因組之外的另一大組學在遺傳病診斷中的創新應用。

轉錄組可以起到基因組(DNA)測序所不具備的特殊作用:

  • 印證DNA上的變異的真實可靠,並發現DNA上沒有但在RNA上出現的變異,即RNA編輯致病機制。

  • 印證DNA上的預測會影響剪接的變異,是否真正在RNA上體現出異常的剪接體。

  • 印證在DNA的調控區的變異,是否真正影響到RNA的表達。

  • 發現對DNA的NGS測序很難發現的融合、重排等結構變異。

非編碼區雙組學解讀:基於trios策略,和轉錄組的功能學依據,可以根據ACMG評級標準對非編碼區給出生物學及遺傳學的致病性判斷,並且結合臨床特徵,給出綜合致病性解讀。

對於致病基因在白細胞表達並發揮功能的一些疾病,尤其是血液系統疾病、免疫系統疾病及一些大分子代謝疾病等,全基因雙組學策略不僅可以檢出已知的非編碼區致病突變,還有可能檢出新的致病變異,而且能夠得到變異在轉錄組層面的功能驗證(比如影響調控表達、影響剪切等)。

極致檢出率:在除卻特殊機制的情況下,應用家系全基因雙組學策略幾乎可以忽略漏檢的機率。

反過來說,在轉錄組能夠表達的基因中,陰性的結果可以在更大機率上做出正確的排除診斷。

平民價格,貴族服務:當產品的品質達到近乎極致,那唯一要考慮的就是價格了。

目前智因的家系准全基因組,和家系全基因雙組這樣龐大而且高端的「貴族」檢測策略,其檢測分析費用在過去起碼需要十萬元級別,而現在只需要1~2萬元,與業內大多數的trio-WES的價格相當或相近,已經降到了大多數平民百姓家庭能夠承受的範圍,可謂是「平民價格,貴族服務」。

最後敲黑板總結

對於診斷不清的疑難病例:

1. 做Panel不如做全外,價格差不多甚至倒掛;

2. 做全外,就要做trio全外,trio-WES將成為遺傳病診斷的標配。

3. 渴望更高檢出率,則可選擇增強全外、准全基因組、全基因雙組學。

全基因雙組學是目前最高端的「貴族」項目,但卻接近「平民」價格。

4. 這些NGS策略不是萬能的,還有一些變異形式是NGS不能解決的,需要結合疾病診斷的具體需求,增加相應的特殊檢測。

5. 還有一點,表面上看,越高端的項目價格越貴,但從患者的實際診療成本來看,高端項目卻可能是大機率上為患者省錢、省時、降低代價的,相反低端項目卻有可能是花錢多、耗時長、代價高的。


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