在過(guò)去幾年中，研究人員采用DNA測(cè)序技術(shù)來(lái)識(shí)別致病突變，如與視網(wǎng)膜最常見的遺傳性疾病，常染色體隱性視網(wǎng)膜色素變性(ARRP)相關(guān)的突變，最終導(dǎo)致失明。雖然ARRP患者表現(xiàn)出幾乎相同的癥狀，但已證實(shí)這種疾病是由超過(guò)50種不同基因的突變引起的。特別值得注意的是，大約一半臨床診斷的ARRP患者在這些基因中沒(méi)有突變，這表明尚未發(fā)現(xiàn)其他突變。這一發(fā)現(xiàn)使科學(xué)家們重新評(píng)估了DNA測(cè)序的兩種主要方法中的哪一種應(yīng)該用于鑒定ARRP等疾病的突變。

這兩種方法的DNA覆蓋水平不同。第一種稱為全外顯子組測(cè)序(WES)，它只覆蓋基因組中含有制造蛋白質(zhì)的實(shí)際DNA代碼的區(qū)域; 這些被稱為外顯子。實(shí)際上，外顯子這個(gè)詞來(lái)源于“表達(dá)區(qū)域”，因?yàn)樗鼈兪腔蚪M中被翻譯并表達(dá)為蛋白質(zhì)的區(qū)域。外顯子很重要，但它們只占基因組的1.5%左右。與WES相比，全基因組測(cè)序(WGS)涵蓋整個(gè)基因組，包括編碼區(qū)和非編碼區(qū)。

直到最近，研究人員選擇使用WES的部分原因是因?yàn)樗某杀据^低，而且因?yàn)榛蚓幋a區(qū)內(nèi)發(fā)生突變的功能性后果更容易解釋：WES序列的突變會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)異?；驘o(wú)功能。

然而，許多引起疾病的突變可能實(shí)際上位于外顯子之外，因此不會(huì)被WES識(shí)別。結(jié)構(gòu)變異 - 這種方法通常也檢測(cè)不到大于1,000堿基對(duì)的DNA片段的缺失，倒位或重復(fù)等變化。

越來(lái)越多的科學(xué)家質(zhì)疑WES的較低價(jià)格是否值得失去覆蓋率。10月份的基因組月度進(jìn)展突出了一項(xiàng)研究，該研究發(fā)表在2013年10月1日的“美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊”上，該研究證明了WGS在鑒定ARRP患者突變方面的優(yōu)勢(shì)。

來(lái)自世界各地的一組研究人員為來(lái)自不同種族背景的16名無(wú)關(guān)ARRP患者進(jìn)行了WGS，并評(píng)估了基因組編碼和非編碼部分的DNA變化。該團(tuán)隊(duì)首先搜索以前已知與ARRP相關(guān)的基因，開始進(jìn)行分析。在所檢查的16名患者中，8名被發(fā)現(xiàn)含有7個(gè)ARRP相關(guān)基因中的純合子(遺傳自父母雙方的相同變化)或復(fù)合雜合子(同一基因中的兩個(gè)不同變化 - 每個(gè)親本一個(gè))突變。

雖然他們發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)突變是簡(jiǎn)單的，單堿基對(duì)取代或小插入或缺失，但發(fā)現(xiàn)這8個(gè)患者中的兩個(gè)具有起源于非編碼區(qū)的致病性結(jié)構(gòu)變異。一名患者缺失了一對(duì)2,300個(gè)堿基對(duì)，其中包含一個(gè)名為USH2A的基因的完整外顯子。 另一名患者被發(fā)現(xiàn)攜帶446,000個(gè)堿基對(duì)的頭對(duì)頭反轉(zhuǎn)復(fù)制，其中含有7個(gè)EYS基因的外顯子。

在對(duì)所有16名患者進(jìn)行ARRP相關(guān)基因突變篩查后，進(jìn)一步檢查了8名患有未鑒定突變的患者的基因組。研究小組發(fā)現(xiàn)，其中一名患者攜帶NEK2基因的純合突變，該序列在序列中產(chǎn)生過(guò)早停止信號(hào)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)縮短的非功能性表達(dá)。為了確定NEK2功能的喪失是否會(huì)導(dǎo)致人類ARRP，研究小組阻止了NEK2在一種用于模擬人類疾病的魚類中的表達(dá)，稱為斑馬魚，并評(píng)估是否發(fā)生了視網(wǎng)膜變性。發(fā)現(xiàn)斑馬魚的視網(wǎng)膜細(xì)胞死亡量增加 - 這是人類視網(wǎng)膜疾病的原因 - 證實(shí)NEK2突變確實(shí)可引起ARRP癥狀。

如果不對(duì)這些患者同時(shí)執(zhí)行WES和WGS并比較結(jié)果，則很難估計(jì)由于WGS提供的額外覆蓋而發(fā)現(xiàn)了多少突變。然而，科學(xué)家們能夠找到16個(gè)患者中的9個(gè)突變(每個(gè)患者有兩個(gè)突變;總共18個(gè)突變)，其中除了兩個(gè)之外都是新的。該方法還幫助他們首次確定基因NEK2中的突變可導(dǎo)致ARRP。此外，WGS檢測(cè)到兩個(gè)結(jié)構(gòu)變化，這些變化始于非編碼區(qū)域，而WES可能會(huì)遺漏。

隨著測(cè)序技術(shù)在未來(lái)幾年變得更便宜，更快速和更準(zhǔn)確，更多的科學(xué)家和臨床診斷實(shí)驗(yàn)室可能會(huì)選擇WGS提供的更高覆蓋率。然而，在WGS的成本降低之前，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)建議WGS和WES之間的選擇取決于正在調(diào)查的疾病和正在回答的問(wèn)題。如果懷疑非編碼區(qū)域的結(jié)構(gòu)變異或突變與疾病有關(guān)，則WGS是更好的選擇。

無(wú)論外顯子組或基因組是否贏得這場(chǎng)戰(zhàn)斗，我們都將最終獲得回報(bào)。這些技術(shù)的快速發(fā)展保證了我們識(shí)別致病突變的能力只會(huì)隨著時(shí)間的推移而改善。這對(duì)科學(xué)家和患者都是好消息。