癌症诊断的新突破——ctDNA甲基化测序
2015.12.18

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        癌症的发生伴有大量的基因组或染色体的突变,但由于其本身存在演化过程的异质性,因此对于诊断和靶向治疗存在相当大的困难,挖掘真实有效的肿瘤标志物一直是癌症研究的方向。随着表观遗传学领域的发展,肿瘤表观遗传的变化,尤其是DNA甲基化的调控,逐渐被认为是环境因素影响癌症风险的重要机制。


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ctDNA可作为更早的肿瘤诊断标志物


现今,循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA, ctDNA)是一类被认为具有广泛应用前景的肿瘤标志物,可用于肿瘤发展及预后状态的无创测定。通常来说,对于极晚期癌症患者,ctDNA的主要来源是其肿瘤组织,可以通过基因测序技术检测到肿瘤的体细胞突变位点,用于癌症的诊断,但是一些前期的肿瘤本身由于ctDNA在血液中含量较低,并不容易检测突变频率较低的位点,需要极深的测序深度才可能预测肿瘤发展。ctDNA甲基化对比ctDNA肿瘤体细胞突变,可以作为更早的肿瘤标志物被检测到,因此ctDNA甲基化在肿瘤诊断、疗效监测,预后评估和生存率评价等方面将具有更广泛的价值。


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ctDNA肿瘤特异基因的甲基化


ctDNA的甲基化已经被报道多年了,其主要集中于大肠癌,肺癌,乳腺癌,胰腺癌以及其他类型的恶性肿瘤。SEPT9的异常高甲基化较高地关系到大肠癌的发展,并且RASSF1A和E-cadherin同样作为新的血浆标志物用于大肠癌[1]。APC, RASSFIA 和 DAP-kinase 也被发现存在于94%的乳腺癌患者中[2-3]。研究发现在肺癌中有超过80个基因发生异常高甲基化[4]


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ctDNA可追踪特定组织细胞的来源


DNA甲基化具有时空特异性,组织和不同类型的细胞间存在特殊的差异甲基化模式,通过对比已知的甲基化图谱,可以辨别ctDNA的组成成分,提供血浆的全景图,从而指出ctDNA的来源。通过全基因组范围的重亚硫酸盐测序,发现妊娠期孕妇外周血中12.1%到41%的基因是来自于胎盘;另外在29例肝癌患者中检测到血浆中较高比例的癌组织DNA,肝脏对血浆DNA的贡献率为24%,而在对照组中只有10.7%[5]


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ctDNA甲基化的检测方法


传统的检测方法,围绕少量目标候选基因的检测,主要是基于PCR扩增的甲基化敏感限制性酶切,亚硫酸氢盐测序等方法。但随着高通量测序技术的发展,微量的ctDNA中进行全基因组重亚硫酸盐测序也逐渐成为可能[5],最近国内科学家研发了新的ctDNA高通量甲基化测序技术(methylated CpG tandems amplification and sequencing,MCTA-Seq),该方法对富含CGCGCGG的位点进行扩增,因此可以检测出cfDNA中成千上万超甲基化的CpG岛,但只需7.5 pg的基因组DNA[6]


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安诺产品


安诺基因已深入开展ctDNA全基因组甲基化测序项目,目的在于协助科研工作者挖掘更多有效的甲基化生物标志物,未来ctDNA甲基化在转化医学领域将会有非常广阔的应用空间,并快速推动临床检测的发展。


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参考文献


1.  Pack SC, Kim HR, Lim SW, Kim HY, KoJY, Lee KS, Hwang D, Park SI, Kang H, Park SW et al: Usefulness of plasmaepigenetic changes of five major genes involved in the pathogenesis of colorectalcancer. International journal ofcolorectal disease 2013, 28(1):139-147.

2.  Dulaimi E, Hillinck J, Ibanez deCaceres I, Al-Saleem T, Cairns P: Tumorsuppressor gene promoter hypermethylation in serum of breast cancer patients.Clinical cancer research : an officialjournal of the American Association for Cancer Research 2004, 10(18 Pt 1):6189-6193.

3.  Harrison K, Hoad G, Scott P,Simpson L, Horgan GW, Smyth E, Heys SD, Haggarty P: Breast cancer risk and imprinting methylation in blood. Clinical epigenetics 2015, 7(1):92.

4.  Vinayanuwattikun C, Sriuranpong V,Tanasanvimon S, Chantranuwat P, Mutirangura A: Epithelial-specific methylation marker: a potential plasma biomarker inadvanced non-small cell lung cancer. Journalof thoracic oncology : official publication of the International Associationfor the Study of Lung Cancer 2011, 6(11):1818-1825.

5.  Sun K, Jiang P, Chan KC, Wong J,Cheng YK, Liang RH, Chan WK, Ma ES, Chan SL, Cheng SH et al: Plasma DNA tissuemapping by genome-wide methylation sequencing for noninvasive prenatal, cancer,and transplantation assessments. Proceedingsof the National Academy of Sciences of the United States of America 2015, 112(40):E5503-5512.

6.   Wen L, Li J, Guo H, Liu X, Zheng S,Zhang D, Zhu W, Qu J, Guo L, Du D et al:Genome-scale detection ofhypermethylated CpG islands in circulating cell-free DNA of hepatocellularcarcinoma patients. Cell research 2015,25(12):1376.


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