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GEN:RNA测序,能否成为精准医疗的主力军?

基因组学在过去几年中的进步对我们掌握分子生物学和遗传学发挥了巨大的影响。在实验室中,下一代测序(next-generation sequencing ,NGS)已经被用于多个方面,包括鉴定新的基因组、DNA测序、转录组测序和表观遗传学。在临床上,NGS已经被迅速接受为一种极具价值的诊断工具。


通常来说,某一个物种体内所有细胞里含有的DNA都应该是一模一样的,只是因为每一种细胞里所表达的RNA之间存在差异,才使这些细胞有所区别。诸如“为什么肿瘤细胞与正常细胞会不一样?”这样的重要问题都可以通过对这些不同细胞里的RNA进行研究来解决,而这就需要用到RNA测序技术。


RNA测序也被称为全转录物组鸟枪法测序( Whole Transcriptome Shotgun Sequencing,WTSS),是基于NGS的转录组学研究方法。RNA测序首先需要提取生物样品中全部转录的RNA,然后反转录为c-DNA后进行的下一代高通量测序,在此基础上进行片段的重叠组装,获得转录本,进而可以形成对该生物样品当前发育状态的基因表达状况的全局了解。


相较于一个静态的染色体而言,细胞内的转录物组是一个处于不断变化的动态过程。通过对转录组的研究,研究人员希望可以确定一些细胞类型是在何时何地开启和关闭基因的。随着NGS技术的发展,RNA测序不仅能检测mRNA的转录,还能观测到包括包括总RNA和小RNA(miRNA、tRNA和核糖体RNA)在内不同尺度的RNA表达谱。


RNA测序(RNA sequencing)识别遗传机制的能力,即通过对转录组的直接分析鉴定出人类基因表达的变化让它成为了一种吸引人的临床诊断方法。Illumina的科学家Gary Schroth博士说:“RNA测序提供了一个非常特别的、敏感的基因组标签,这使得它在很多临床情况下都非常有用。”


RNA测序 VS 微阵列


在很多方面RNA测序已经超越了微阵列(microarray,也就是常说的基因芯片),成为转录组分析的首选平台。然而,自RNA测序诞生以来,它就不得不面对微阵列技术爱好者的争论。该技术是基因组学领域的一项重要突破技术,也是研究转录本信息的常规方法。


基因芯片是一块带有DNA微阵列的特殊玻璃片或硅芯片片,在数平方厘米之面积上布放数千或数万个核酸探针;DNA、cDNA、RNA等与探针结合后,借由荧光或电流等方式侦测。经由一次测验,即可提供大量基因序列相关信息。


RNA测序是一个理想的试验平台,因为它有能力对新的转录进行无偏差的检测,这就意味着它不需要特异性的探针。RNA测序的适应性要强于微阵列,一旦芯片产生了,就不能够再修改为新的检测所用。不过,考虑到设备成本和样本的检测价格,目前使用微阵列的较多。

从临床的角度看,RNA测序提供了较低的信噪比,并且能够以更强的特异性和敏感性检测出较少或者较低丰度的转录本。这对于临床医生来说是非常可贵的。此外,RNA测序具有更完整的RNA转录本分析能力,还可以分析单核苷酸多态性。在相应的时间范围内给出针对不同检测类型(如比较肿瘤细胞和正常细胞的转录差异等)的数据也更有优势。


不过,尽管它们各有不同,但是RNA测序和微阵列并不是互相排斥的。在很多情况下,两种技术可以结合起来对转录组进行更精确的评估。特别是,很多RNA测序协议尚未标准化,研究人员可以使用微阵列来验证测序的结果。


待建立的标准


RNA测序想要从一个纯粹的分析方法变成临床检测工具,科学家和监管人员必须制定标准的分析方法和基准数据,以确保检测的准确性和重现性。尽管,有很多出版物和会议以评估RNA测序平台、具体的实验室协议和数据分析软件为主题,但是目前还远没有达成共识。


去年10月,FDA在其网站上公布了美国国会关于实验室开发诊断测试(LDTs)和伴随诊断规范的指导草案的细节,其中将包括RNA测序。这对于RNA测序被用作重要的临床诊断工具是非常重要的一步。


RNA与精准医疗


尽管下一代DNA测序已经在临床诊断的前线变得越来越根深蒂固,但是RNA测序仍然在为进入临床领域不断努力着。但是这并不表明临床研究人员对RNA测序技术并不看好;相反的,许多临床机构正在积极建立使RNA测序更加容易开展的统一协议。


数据分析可能是RNA测序变成即时临床诊断工具的限制因素。针对这点,一些机构正着手解决RNA测序的数据分析的难题。著名的梅奥诊所最近开发了一个叫MAP-RSeq分析途径,该途径集合了一套生物信息学工具,通过一种内部开发的方法分析双末端(Paired-End)RNA测序数据。


由于RAN测序对不同的临床病症适应性很强,很多科学家和出版物指出RNA测序在临床上将用于各种类型的癌症。如果说实验室开发阶段为RNA测序应用于临床的能力设定了一个基数,那么随着精准医疗时代的到来,未来几年这个基数会无限扩大。如果科学家们能够尽快制定标准的实践方案,使RNA测序能够处理大量的临床工作,这将对精准医疗至关重要。


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