Duplex UMI-ctDNA測序技術

1.液體活檢彌補組織檢測的不足

同一癌種的不同患者,同一個腫瘤患者的不同治療階段耍贾、同一腫瘤組織的不同區(qū)域缸匪,腫瘤的生物學特征均存在一定的差異汤锨。液體活檢既可以克服組織檢測異質性,又具有簡便辞做、安全琳要、無創(chuàng)、實時等特點秤茅,尤其是對于無法進行手術或穿刺稚补,又或者腫瘤位置導致取樣困難的患者而言,液體活檢是一項可以彌補組織檢測局限性的方法框喳,近年來在腫瘤靶向治療课幕、耐藥監(jiān)測的實時評估等方面發(fā)揮著重要的作用。

2.什么是ctDNA檢測五垮?

目前液體活檢的靶標包括:游離的循環(huán)腫瘤細胞(CTCs)撰豺、循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)、循環(huán)RNA(ctRNA)和外泌體(攜帶有細胞來源相關的多種蛋白質拼余,脂類污桦,DNA,RNA等)匙监。
ctDNA是腫瘤細胞在壞死凡橱、凋亡后釋放的一種游離DNA(cfDNA)小作,在血液中的半衰期短,可以實時反映腫瘤的動態(tài)變化稼钩。

image.png

然而腫瘤患者體內的腫瘤細胞數(shù)量遠遠低于正常細胞顾稀,cfDNA在血漿中的含量很低,而ctDNA僅占cfDNA0.1%~5%坝撑,且不同癌種静秆,不同病程的腫瘤患者ctDNA在血漿中含量差異較大,因此相比于組織檢測巡李,ctDNA的檢測需要更高的靈敏度和特異性抚笔。

3.為什么ctDNA檢測需要更高的靈敏度?

目前用于ctDNA液體活檢的技術主要有ARMS-PCR侨拦、數(shù)字PCR(ddPCR)第二代測序(NGS)殊橙。
NGS能同時檢測多個基因的多種不同變異形式,是應用最廣泛的的基因檢測技術狱从。但由于NGS的實驗流程技術較為復雜膨蛮,在文庫構建目標區(qū)域捕獲測序過程中不可避免的會引入一些擴增和測序的錯誤季研,這些錯誤我們把它們叫做背景噪音敞葛,而ctDNA檢測往往突變頻率較低,受到背景噪音干擾較大与涡,來自ctDNA樣本中的低頻突變往往淹沒在背景噪音之中制肮,造成假陰性假陽性結果,這就限制了ctDNA檢測的靈敏度特異性递沪。

4.如何提高ctDNA檢測的靈敏度和特異性豺鼻?

分子條形碼技術(UMI)
分子條形碼又稱分子標簽(Unique Molecular indentifier,UMI)款慨,它的原理就是給每一條原始DNA片段加上一段特有的標簽序列儒飒,經(jīng)文庫構建及PCR擴增后一起進行測序。這樣檩奠,根據(jù)不同的標簽序列我們就可以區(qū)分不同來源的DNA模板桩了,分辨哪些是PCR擴增及測序過程中的隨機錯誤造成的假陽性突變,哪些是患者真正的攜帶的突變埠戳,從而提高檢測靈敏度和特異性井誉。
① 2012年5月,Tim Forshew等人率先開發(fā)了基于分子標簽的TAm-Seq方法整胃。
② 2012年9月颗圣,Michael W. Schmitt等利用雙鏈分子標簽技術將錯誤率顯著降低。它的技術原理如下:

image.png

如圖中所示,αβ均是連接到DNA模板上的隨機DNA序列在岂,這也就是所謂的UMI
圖中的i奔则、ii、iii分別表示3種不同的情況
上下是表示正負鏈
先看圖i
可見蔽午,僅僅在正鏈上出現(xiàn)了一條有類似變異的情況易茬,很顯然這是個測序錯誤,而不是突變
再看圖ii
所有的正鏈中都在同一個位置上有一個類似變異的點及老,這個點可能是個突變抽莱,但是,在其對應的負鏈上并沒有出現(xiàn)對應的變異點骄恶,所以也認為這個點是測序錯誤引起的
再看圖iii
正負鏈都有多個類似變異的點食铐,但除了綠色的點在正負鏈中都存在,且對應叠蝇,其它的點都是沒有正負鏈對應璃岳,而且僅僅在個別的DNA鏈中中存在年缎。
所以最后可以得出綠色的點是突變點

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