Sekvenování DNA patří již řadu let ke standardním postupům při molekulárně-genetických analýzách biologického materiálu. V medicíně nachází široké uplatnění, zejména v oblasti diagnostiky dědičných chorob a nádorových onemocnění, přičemž rozvoj DNA diagnostiky byl významně podpořen zveřejněním sekvence lidského genomu v roce 2001. V posledních několika letech dochází k rychlému technologickému rozvoji nových sekvenačních technologií, který umožnil vznik sekvenátorů nové generace („tzv. New Generation Sequencing“). Nové technologie založené na principu masivního paralelního sekvenování (např. Roche/454, Illumina Genome Analyzer IIx, Life Technologies SOLiD 3 a další) umožňují zásadní navýšení kapacity sekvenátorů a výrazné snížení ceny. Tento významný technologický pokrok umožnil rozvoj celogenomového sekvenování včetně analýz individuálních lidských genomů a nastartoval rozvoj personální genomiky. První osekvenované individuální lidské genomy patřily významným genetikům J. C. Venterovi (2007) a J. D. Watsonovi (2008), avšak rychle následovaly sekvenační analýzy dalších jedinců z různých etnik, které přinesly podstatné informace o interpersonálních rozdílech ve struktuře genomů (byly např. charakterizovány nukleotidové polymorfismy, delece a amplifikace úseků DNA). První významné aplikovatelné výsledky již přineslo sekvenování genomů nádorových buněk, např. akutní myeloidní leukémie. Ačkoli v současné době ještě nejsme schopni interpretovat význam všech detekovaných variant genomu, znamená možnost sekvenování individuálních lidských genomů zásadní zlom v DNA diagnostice i celé medicíně.
DNA sequencing has become a standard method widely used in molecular genetic analysis of biological materials. Its use in medicine is widespread, especially in diagnostics of inherited disorders and cancer related diseases. Development of DNA diagnostics has been strongly accelerated by publication of the human genome sequence in 2001. During the last few years one can observe rapid development of novel sequencing technologies, which have led to the introduction of so called „New Generation Sequencing“. These new technologies based on principles of massive parallel sequencing (e.g. Roche/454, Illumina Genome Analyzer IIx, Life Technologies SOLiD 3 and others) enable a massive increase of sequencing capacity and in parallel also a fundamental decrease of costs. This major technological breakthrough allowed development of the whole-genome sequencing including analyses of individual human genomes. It also started the era of personal genomics. The first sequenced individual human genomes belonged to famous geneticists J. C. Venter (2007) and J. D. Watson (2008), but they were rapidly followed by sequencing analyses of other individuals from various ethnic groups. These studies brought substantial information about interpersonal differences in genome structure (through characterization of nucleotide polymorphisms, DNA deletions and amplifications etc.). Sequencing of cancer cell genomes, e.g. acute myeloid leukemia has already brought first important clinically relevant results. Although currently we are still unable to interpret the relevance of all detected genome variants, it is obvious, that the possibility to sequence individual human genomes represents a fundamental breakthrough not only in DNA diagnostics but also in clinical medicine.
Metoda masivně paralelního sekvenování umožnila rychlejší a ekonomičtější výzkum v oblasti genomiky. Tato technologie umožňuje osekvenovat kompletní lidský genom za zlomek ceny i času v porovnání s doposud používanou Sangerovou metodou. Zavedení této techniky do oblasti onkologického výzkumu významně přispělo k molekulární charakterizaci nádorů a hlubšímu porozumění jejich evoluce. Pomocí masivně paralelního sekvenování byly identifikovány nové kauzální mutace, které jsou podstatou nádorových dědičných syndromů, porovnáním sekvenování DNA nádorové a příslušné zdravé tkáně byly odhaleny nové mutace a strukturní aberace u více než 15 rozdílných nádorových onemocnění. V tomto přehledu jsou uvedeny technické charakteristiky nejrozšířenějších sekvenačních platforem, krátce shrnuty jejich výhody a nevýhody a popsány možnosti uplatnění v klinické praxi.
Development of new sequencing methods allowed faster and more economical genomic research. With these technologies, it is now possible to determine the complete sequence of human genome in a short time period and at a relatively low cost. Introduction of next generation sequencing methods to cancer research provided a comprehensive molecular characterization of cancers and enabled deeper insights into tumor complexity, heterogeneity and evolution. Next generation technologies have been applied to identify new causal mutations in genes in hereditary cancer syndromes. More than 15 various tumor types have been already sequenced and compared to that of normal cells allowing identification of new cancer driving mutations and genome structural rearrangements. In this review, we describe technical characteristics of main next generation sequencing platforms, briefly overview their pros and cons and clinical perspective. Key words: high‑throughput nucleotide sequencing – genomics – mutations – cancer research – clinical application – personalized treatment This work was supported by the European Regional Development Fund and the State Budget of the Czech Republic (RECAMO, CZ.1.05/2.1.00/03.0101) and by MH CZ – DRO (MMCI, 00209805). The authors declare they have no potential conflicts of interest concerning drugs, products, or services used in the study. The Editorial Board declares that the manuscript met the ICMJE “uniform requirements” for biomedical papers. Submitted: 4. 2. 2014 Accepted: 1. 4. 2014
- Keywords
- technologie masivně paralelního sekvenování, onkologický výzkum, Roche 454, SOLiD, single-molecule sekvenování, Solexa,
- MeSH
- Genetic Testing MeSH
- Genome, Human MeSH
- Genomics * methods MeSH
- Precision Medicine MeSH
- Humans MeSH
- Mutation * genetics MeSH
- Neoplasms * diagnosis genetics MeSH
- Sequence Analysis, DNA methods MeSH
- Sequence Analysis, RNA methods MeSH
- High-Throughput Nucleotide Sequencing * methods instrumentation MeSH
- Check Tag
- Humans MeSH
- Publication type
- Research Support, Non-U.S. Gov't MeSH
Tick salivary gland (SG) proteins possess powerful pharmacologic properties that facilitate tick feeding and pathogen transmission. For the first time, SG transcriptomes of Ixodes ricinus, an important disease vector for humans and animals, were analyzed using next-generation sequencing. SGs were collected from different tick life stages fed on various animal species, including cofeeding of nymphs and adults on the same host. Four cDNA samples were sequenced, discriminating tick SG transcriptomes of early- and late-feeding nymphs or adults. In total, 441,381,454 pyrosequencing reads and 67,703,183 Illumina reads were assembled into 272,220 contigs, of which 34,560 extensively annotated coding sequences are disclosed; 8686 coding sequences were submitted to GenBank. Overall, 13% of contigs were classified as secreted proteins that showed significant differences in the transcript representation among the 4 SG samples, including high numbers of sample-specific transcripts. Detailed phylogenetic reconstructions of two relatively abundant SG-secreted protein families demonstrated how this study improves our understanding of the molecular evolution of hematophagy in arthropods. Our data significantly increase the available genomic information for I. ricinus and form a solid basis for future tick genome/transcriptome assemblies and the functional analysis of effectors that mediate the feeding physiology and parasite-vector interaction of I. ricinus.
- MeSH
- Phylogeny MeSH
- Ixodes chemistry genetics metabolism MeSH
- DNA, Complementary chemistry genetics MeSH
- Evolution, Molecular MeSH
- Molecular Sequence Data MeSH
- Arthropod Proteins chemistry genetics MeSH
- Base Sequence MeSH
- Sequence Analysis, DNA MeSH
- Salivary Glands metabolism MeSH
- Protein Structure, Tertiary MeSH
- Transcriptome * MeSH
- High-Throughput Nucleotide Sequencing MeSH
- Animals MeSH
- Check Tag
- Animals MeSH
- Publication type
- Journal Article MeSH
- Research Support, Non-U.S. Gov't MeSH
- Research Support, N.I.H., Intramural MeSH
A distinct renal tumor has recently been described as "high-grade oncocytic renal tumor" and "sporadic renal cell carcinoma with eosinophilic and vacuolated cytoplasm". The Genitourinary Pathology Society (GUPS) consensus proposed a unifying name "eosinophilic vacuolated tumor" (EVT) for this emerging entity. In this multi-institutional study, we evaluated 19 EVTs, particularly their molecular features and mutation profile, using next-generation sequencing. All cases were sporadic and none of the patients had a tuberous sclerosis complex. There were 8 men and 11 women, with a mean age of 47 years (median 50; range 15-72 years). Average tumor size was 4.3 cm (median 3.8 cm; range 1.5-11.5 cm). All patients with available follow-up data (18/19) were alive and without evidence of disease recurrence or progression during the follow-up, ranging from 12 to 198 months (mean 56.3, median 41.5 months). The tumors were well circumscribed, but lacked a well-formed capsule, had nested to solid growth, focal tubular architecture, and showed ubiquitous, large intracytoplasmic vacuoles, round to oval nuclei, and prominent nucleoli. Immunohistochemically, cathepsin K, CD117, CD10, and antimitochondrial antigen were expressed in all cases. Other positive stains included: PAX8, AE1/AE3 and CK18. CK7 was typically restricted only to rare scattered cells. Vimentin, HMB45, melan-A, and TFE3 were negative in all cases. All tumors showed retained SDHB. All cases (19/19) showed non-overlapping mutations of the mTOR pathway genes: TSC1 (4), TSC2 (7), and MTOR (8); one case with MTOR mutation showed a coexistent RICTOR missense mutation. Low mutational rates were found in all samples (ranged from 0 to 6 mutations/Mbp). Microsatellite instability and copy number variations were not found in any of the 17 analyzable cases. EVT represents an emerging renal entity that shows a characteristic and readily identifiable morphology, consistent immunohistochemical profile, indolent behavior, and mutations in either TSC1, TSC2, or MTOR genes.
- MeSH
- Adult MeSH
- Carcinoma, Renal Cell * pathology MeSH
- Carotenoids MeSH
- Kidney pathology MeSH
- Middle Aged MeSH
- Humans MeSH
- Neoplasm Recurrence, Local MeSH
- Adolescent MeSH
- Young Adult MeSH
- Mutation MeSH
- Biomarkers, Tumor genetics metabolism MeSH
- Kidney Neoplasms * pathology MeSH
- Aged MeSH
- TOR Serine-Threonine Kinases genetics MeSH
- DNA Copy Number Variations MeSH
- Vitamin A analogs & derivatives MeSH
- High-Throughput Nucleotide Sequencing MeSH
- Check Tag
- Adult MeSH
- Middle Aged MeSH
- Humans MeSH
- Adolescent MeSH
- Young Adult MeSH
- Male MeSH
- Aged MeSH
- Female MeSH
- Publication type
- Journal Article MeSH
- Multicenter Study MeSH
- Research Support, Non-U.S. Gov't MeSH
Východiska: Nádorový genom dětských pacientů se vyznačuje řadou charakteristik, které jej značně odlišují od malignit dospělého věku. Mezi tyto charakteristiky patří nízká mutační nálož, významná role epigenetických změn a také četnost výskytu fúzních genů jakožto řídicích prvků kancerogeneze. Fúzní geny vznikají v důsledku několika typů chromozomálních přestaveb, jako jsou translokace, delece, inzerce či inverze, a mohou mít celou řadu funkčních dopadů. Ačkoli byly v minulosti studovány především v kontextu hematologických malignit, jejich význam v diagnostice a terapii solidních nádorů neustále narůstá. Materiál a metody: U 250 pacientů se solidními nádory z Kliniky dětské onkologie Fakultní nemocnice Brno byla provedena analýza fúzních genů metodou cíleného RNA sekvenování. Sekvenační knihovny byly připraveny s pomocí sady TruSight RNA Pan-Cancer Panel (Illumina, USA), který pokrývá 1385 klinicky relevantních genů. Sekvenace knihoven proběhla s využitím NextSeq Mid Output Kit (150 cyklů) na platformě NextSeq 500 (Illumina, USA). Sekvenační čtení byla namapována na referenční genom hg38 s pomocí STAR aligneru s parametry nastavenými tak, aby umožnily detekci fúzních genů. Pro vyhledání fúzních genů byly použity nástroje Arriba a STARfusion a identifikované fúzní geny byly manuálně ověřeny v softwaru IGV. Výsledky: Klinicky relevantní fúzní geny byly identifikovány u 25 % pacientů. Největší podíl identifikovaných fúzí tvořily fúze asociované se sarkomy, jako jsou EWSR1-FLI1, PAX3-FOXO1 nebo SS18-SSX1/2. Druhou největší skupinu představovaly fúze typické pro nádory CNS, zejména KIAA1549-BRAF či jiné fúze aktivující Ras/MAPK signalizaci. U pacientky s renálním karcinomem byla identifikována dosud nepopsaná fúze DVL3-TFE3. Celkem 33 % identifikovaných fúzních genů bylo terapeuticky cílitelných a u 2/3 pacientů s terapeuticky cílitelnou fúzí byla nasazena odpovídající léčba. Závěr: Analýza fúzních genů má velký přínos v diagnostice, prognostické stratifikaci a terapeutickém plánování pediatrických onkologických pacientů. Použití vysokokapacitních přístupů, jako je RNA sekvenování, umožňuje identifikaci nových fúzních genů a tím také hlubší porozumění komplexním změnám doprovázejícím vznik a rozvoj nádorových onemocnění.
Background: Pediatric cancer genome significantly differs from the genome of adult malignancies and is characterized by low tumor mutational burden, the great importance of epigenetic changes, and also the frequent occurrence of fusion genes. Fusion genes arise as a result of several types of chromosomal rearrangements, such as translocations, deletions, insertions, or inversions, and can have a variety of functional impacts. In the past, they were studied mainly in the context of hematological malignancies; however, their importance in the diagnostics and therapy of solid tumors is increasing. Materials and methods: In 250 patients with solid tumors from the Department of Pediatric Oncology of University Hospital Brno, an analysis of fusion genes was performed using targeted RNA sequencing. Sequencing libraries were prepared using the TruSight RNA Pan-Cancer Panel (Illumina), which covers 1 385 clinically relevant genes, and sequenced using the NextSeq Mid Output Kit (150 cycles) on the NextSeq 500 platform (Illumina). Sequencing reads were mapped to hg38 using the STAR aligner with parameters set to allow fusion genes detection. Arriba and STARfusion tools were used to search for fusion genes, which were subsequently manually verified in the IGV software. Results: Clinically relevant fusion genes were identified in 25% of patients. The largest proportion of fusions identified were fusions associated with sarcomas, such as EWSR1-FLI1, PAX3-FOXO1, or SS18-SSX1/2. The second-largest group was represented by CNS tumor fusions, especially KIAA1549-BRAF or other Ras/MAPK-associated fusions. A previously undescribed DVL3-TFE3 fusion was identified in a renal carcinoma patient. 33% of the identified fusion genes were therapeutically targetable, and 2/3 of patients received corresponding treatment. Conclusion: The analysis of fusion genes is of great benefit in the diagnostics, prognostic stratification, and therapeutic planning of pediatric cancer patients. The use of high-throughput approaches such as RNA sequencing enables the identification of novel fusion genes as well as a deeper understanding of the complex changes that are involved in the development of the disease.
A nanopore-based devices are extremely sensitive analytical techniques, which uses the electrophoretic translocation of molecules in solution through a nano-scale pores. The nanopores, which mimic the functions of natural ion channels, seems to be the promissing tool for future fast and low-cost DNA sequencing. However, some difficulties in generating usable sequence data have to be solved. In this article the nanopores were reviewed. In the first part the development of nanopore technique was described and the ubiquitous presence of nanopores in living cells was highlighted. Next, the most important part of the principles of nanopore analysis was described, and the knowledges about biological and solid-state nanopores were summarized. Also the pros and cons of both kinds of nanopores and different approaches designed to circumvent the issues were mentioned.
- Keywords
- biopóry, solid-state nanopóry,
- MeSH
- Hemolysin Proteins MeSH
- Nanopores * MeSH
- Sequence Analysis, DNA * methods instrumentation MeSH
- Publication type
- Research Support, Non-U.S. Gov't MeSH
- Review MeSH
Závěrečná zpráva o řešení grantu Agentury pro zdravotnický výzkum MZ ČR
nestr.
Analýza molekulárních biomarkerů umožňujících predikci reakce nádorů na léčbu a zavedení optimální metody pro jejich sledování představují zásadní výzvy současného translačního výzkumu. Tento projekt má za cíl prozkoumat využitelnost metody sekvenování příští generace pro hledání genetických biomarkerů, specifických pro českou populaci, které by umožnily rozdělení pacientů se solidními nádory do prognosticky významných skupin. V rámci projektu bude studován genetický profil pacientů se solidními nádory léčenými adjuvantní terapií režimy založenými na nukleosidových analozích, taxanech a platinových derivátech. Metoda celoexomového sekvenování bude poprvé použita ke studiu tohoto fenoménu u českých pacientů s malignitami. Výsledky studie budou porovnány s daty ve veřejně dostupných databázích, např. TCGA, ICGC a s výstupy projektu NCLG, který mapuje genetickou variabilitu obecné české populace. Hlavním výstupem projektu bude validovaný panel zárodečných variant a somaticky významných genů pro další studie a analýza účinnosti panelového sekvenování, ve srovnání s celoexomovým přístupem.; Search for molecular biomarkers enabling prediction of cancer treatment efficacy and establishment of optimal method for their assessment represent major opportunities, but also challenges in translational research. This project aims to explore feasibility of the next generation sequencing method for discovery of Czech population-specific genetic biomarkers for stratification of cancer patients into prognostically meaningful groups. Genetic background of patients treated with adjuvant chemotherapy regimens based on nucleoside analogs, taxanes and platinum derivatives will be explored by whole exome profiling method in cancer patients of Czech origin for the first time. Results will be compared with data in publicly available databases as TCGA and ICGC and with data from Czech NCGM genetic variability project. Panel of germline variants and somatically relevant genes for prognostication of patients will subsequently be validated and its cost efficacy and benefit will be evaluated in comparison with the whole exome approach.
- Keywords
- prognosis, sekvenování nové generace, Next generation sequencing, therapy, nádor, cancer, terapie, proveditelnost, feasibility, prognoza,
- NML Publication type
- závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR
Závěrečná zpráva o řešení grantu Agentury pro zdravotnický výzkum MZ ČR
nestr.
Děti s vysoce rizikovými a relabujícími solidními nádory představují skupinu 15-20% onkologicky nemocných dětí, u kterých nedokážeme nepříznivý průběh jejich nemoci zvrátit. Pro tyto pacienty je nutné hledat nové možnosti a strategie léčby. Nezbytnou podmínkou pro efektivní terapii je nejen podrobná histopatologická charakterizace nádoru, ale také adekvátní molekulárně biologické vyšetření. V nádoru se může vyskytovat několik druhů aberací, které přispívají k rozvoji nádorového onemocnění. Jedná se např. o záměny menšího rozsahu, amplifikace onkogenů či delece tumor supresorových genů, či zvýšeně exprimované geny. Všechny tyto události lze identifikovat moderními metodami založenými na sekvenování nové generace. Některé z takto detekovaných změn představují potenciální terapeutický cíl, jiné jsou důležitými prognostickými faktory. Obecným cílem projektu je využití celoexomového sekvenování, sekvenování genomu s nízkým pokrytím a transkriptomu jako významných diagnostických nástrojů pro tvorbu individualizovaných léčebných plánů pro děti s vysoce rizikovými solidními nádory.; Children with high-risk and relapsed solid tumors represent 15-20% of children with malignant disease in whom current treatment approaches remain unsatisfactory. In these cases new and individialized treatment strategies are necessary. Essential condition for effective therapy is not only a detailed histopathological characterization of the tumor, but also its adequate molecular biological examination. There are several changes in the tumor that can drive its tumorigenesis, e.g. small substitutions, amplification of oncogenes and deletion of tumor suppressors or gene overexpressions. Mentioned events can be identified by modern methods based on next-generation sequencing. Some of these changes represent potential actionable target, others are important prognostic factors. The overall aim of this project is an utilization of whole exome sequencing, genome sequencing with low coverage and transcriptome sequencing as important tools for therapeutic planning in pediatric patients with high-risk solid tumors.
ALK-fused spitzoid neoplasms represent a distinctive group of melanocytic lesions. To date, few studies addressed genetic and chromosomal alterations in these lesions beyond the ALK rearrangements. Our objective was to study genetic alterations, including ALK gene fusions, telomerase reverse transcriptase promoter (TERT-p) mutations, chromosomal copy number changes, and mutations in other genes. We investigated 29 cases of Spitz lesions (11 Spitz nevi and 18 atypical Spitz tumors), all of which were ALK immunopositive. There were 16 female and 13 male patients, with age ranging from 1 to 43 years (mean, 18.4 years). The most common location was the lower extremity. Microscopically, all neoplasms were polypoid or dome shaped with a plexiform, predominantly dermally located proliferation of fusiform to spindled melanocytes with mild to moderate pleomorphism. The break-apart test for ALK was positive in 17 of 19 studied cases. ALK fusions were detected in 23 of 26 analyzable cases by Archer FusionPlex Solid Tumor Kit. In addition to the previously described rearrangements, 3 novel fusions, namely, KANK1-ALK, MYO5A-ALK, and EEF2-ALK, were found. Fluorescence in situ hybridization for copy number changes yielded one case with the loss of RREB1 among 21 studied cases. TERT-p hotspot mutation was found in 1 of 23 lesions. The mutation analysis of 271 cancer-related genes using Human Comprehensive Cancer Panel was performed in 4 cases and identified in each case mutations in several genes with unknown significance, except for a pathogenic variant in the BLM gene. Our study confirms that most ALK fusion spitzoid neoplasms can be classified as atypical Spitz tumors, which occurs in young patients with acral predilection and extends the spectrum of ALK fusions in spitzoid lesions, including 3 hitherto unreported fusions. TERT-p mutations and chromosomal copy number changes involving 6p25 (RRB1), 11q13 (CCND1), 6p23 (MYB), 9p21 (CDKN2A), and 8q24 (MYC) are rare in these lesions. The significance of mutation in other genes remains unknown.
- MeSH
- Anaplastic Lymphoma Kinase genetics MeSH
- Child MeSH
- Adult MeSH
- Nevus, Epithelioid and Spindle Cell genetics pathology MeSH
- Oncogene Proteins, Fusion genetics MeSH
- In Situ Hybridization, Fluorescence MeSH
- Humans MeSH
- Adolescent MeSH
- Young Adult MeSH
- Mutation MeSH
- DNA Mutational Analysis methods MeSH
- Skin Neoplasms genetics pathology MeSH
- Oncogene Fusion genetics MeSH
- Child, Preschool MeSH
- Promoter Regions, Genetic genetics MeSH
- Sequence Analysis, DNA MeSH
- Telomerase genetics MeSH
- DNA Copy Number Variations MeSH
- High-Throughput Nucleotide Sequencing MeSH
- Check Tag
- Child MeSH
- Adult MeSH
- Humans MeSH
- Adolescent MeSH
- Young Adult MeSH
- Male MeSH
- Child, Preschool MeSH
- Female MeSH
- Publication type
- Journal Article MeSH
Auxin (indole-3-acetic acid, IAA) plays fundamental roles as a signalling molecule during numerous plant growth and development processes. The formation of local auxin gradients and auxin maxima/minima, which is very important for these processes, is regulated by auxin metabolism (biosynthesis, degradation, and conjugation) as well as transport. When studying auxin metabolism pathways it is crucial to combine data obtained from genetic investigations with the identification and quantification of individual metabolites. Thus, to facilitate efforts to elucidate auxin metabolism and its roles in plants, we have developed a high-throughput method for simultaneously quantifying IAA and its key metabolites in minute samples (<10 mg FW) of Arabidopsis thaliana tissues by in-tip micro solid-phase extraction and fast LC-tandem MS. As a proof of concept, we applied the method to a collection of Arabidopsis mutant lines and identified lines with altered IAA metabolite profiles using multivariate data analysis. Finally, we explored the correlation between IAA metabolite profiles and IAA-related phenotypes. The developed rapid analysis of large numbers of samples (>100 samples d-1) is a valuable tool to screen for novel regulators of auxin metabolism and homeostasis among large collections of genotypes.
- MeSH
- Arabidopsis genetics metabolism MeSH
- Chromatography, Liquid MeSH
- Solid Phase Extraction MeSH
- Indoleacetic Acids metabolism MeSH
- Multivariate Analysis MeSH
- Mutation * MeSH
- Plant Proteins analysis MeSH
- Tandem Mass Spectrometry MeSH
- High-Throughput Nucleotide Sequencing methods MeSH
- Publication type
- Journal Article MeSH
- Research Support, Non-U.S. Gov't MeSH