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PacBio HiFi测序之神经退行性疾病专题——渐冻症（ALS）相关的串联重复分析
The Problem 神经退行性疾病是神经元结构或功能逐渐丧失 (包括神经元死亡)，而导致功能障碍的一类疾病，包括帕金森病 (Parkinson’s disease，PD)、阿尔茨海默病 (Alzheimer’s disease，AD)、亨廷顿氏病 (Huntington disease，HD)、肌萎缩侧索硬化症 (Amyotrophic lateral sclerosis，ALS，俗称渐冻人症) 以及脊髓性肌萎缩症 (Spinal muscular atrophy，SMA) 等等。这往往是一类发展性，不断进行中的、具有致死性的复杂疾病。已经有研究表明人类基因组中40多个串联重复扩张（Tandem Repeat Expansions）与神经退行性疾病的致病因素相关，然而短读测序不能捕捉到这些大的重复扩张，导致它们在许多研究中被遗漏。 大量重复扩张的区域是短读长测序技术的难点，而PacBio 的HiFi测序则轻而易举的全面覆盖 The Solution 为了确定神经退行性疾病的遗传驱动因素，往往需要获得完整的基因组图谱，用以检查全范围基因组变异，这就包括了以前认为不可能测序的区域。 PacBio的高精度的长读长测序技术——HiFi 测序，使得科学家们能对这些过去无法读取的区域发起挑战。通过HiFi测序，能够对这些区域中的碱基进行挨个测序，并同时对那些非常大的重复序列进行全面而完整地展示。基于单分子实时（SMRT）测序的HiFi测序技术已经揭示了序列重复相关的多种神经系统疾病，如脆性X综合征、共济失调等。这些发现清楚地揭示了重复序列的数量和其中难以发现的碱基中断，使科学家对神经疾病的遗传基础有了更全面的了解，也给神经退行性疾病的早期诊断带来了新的曙光。 The Results 在接下来的几篇文章中，我们即将向您逐一介绍PacBio测序技术在神经退行性疾病中的具体案例。特别是与神经退行性疾病高度相关的重复序列的检测和分析方法，希望能给您的相关研究带来一定的启发。 SMRT测序帮助华盛顿大学研究者揭示与ALS相关的串联重复 这一发现始于华盛顿大学的医学遗传学助理教授Paul Valdmanis和他实验室的博士后研究员Meredith Course，他们一直感兴趣于可变数量串联重复(Variable Number Tandem Repeats，VNTRs)的相关研究。在这一发现的过程中，他们对一个已有数位成员患上肌萎缩性侧索硬化症（ALS），即渐冻症的多代大家族关注，并对其遗传病因进行了深入探讨。 研究者通过传统的连锁分析确定了18号染色体上的一个区域，所有患病的家族成员在该区域共同拥有一段4 Mb的DNA片段。在作者选择运用PacBio HiFi测序之后，结果远远超出了他们的预期。研究人员在WDR7基因中定位到一种69 bp，重复数量可变的串联重复序列，这段序列在ALS患者中呈现了明显富集。通常参考基因组中，重复序列的数量大约是6个拷贝，而通过PacBio的测序技术，可以非常清晰明了的发现重复数量的变化，在受影响的家庭成员中可以看到该串联重复序列显著增加，达到了27~33个拷贝。 随后作者对来自不同地区的样本进行研究，将重复数量≥20的144个样本的WDR7重复区域进行了PCR扩增，进行了靶向扩增子的混样测序。从结果中获得的288个等位基因序列信息中，发现WDR7中69bp重复的拷贝数量在不同地区的个体中不同，并且这69bp的重复序列中还有6个可变核苷酸。 69 pb的拷贝数量在不同地区的个体中不同 69 bp的重复序列中的6个可变核苷酸 这是一次富有成效的探索，因为许多人类特有的VNTRs参与突触传递，与神经系统疾病有很强的联系。 对于作者来说，除了关注WDR7重复在偶发性ALS中的作用外，他们还计划继续使用PacBio HiFi测序技术来评估序列重复是如何在基因组中扩张的，从而了解重复序列扩张的过程中个体的变异，以及其他重复序列扩张的特点。 作者说 “我们无法通过PCR或Sanger测序得到这些信息。只有当我们开始使用这种可混样进行长读测序的方法时，我们才看到了样本中结构化的、清晰的轮廓。” ——Paul Valdmanis, Ph.D.Assistant Professor of Medical Genetics, University of Washington 确实，通过PacBio HiFi测序方案，相关的研究团队能够将接近300个样本的WDR7基因进行扩增混样测序。这是其他长读长测序技术所不能及的。 “大多数串联重复的研究，测量的是重复的长度，而PacBio HiFi测序更进一步提供了重复内部核苷酸的序列结构。这是史无前例的，而且非常有价值。" ——Meredith Course, Ph.D. Research Fellow, University of Washington 参考文献： Course, Meredith M., et al. "Evolution of a human-specific tandem repeat associated with ALS." The American Journal of Human Genetics 107.3 (2020): 445-460. 长按并识别左边二维码，添加企业微信联系人HiFi reads，了解PacBio的最新资讯，还可以与我们取得在线的联系。 基因有限公司作为PacBio公司在中国区的独家代理商，自2011年以来将PacBio第三代单分子实时测序技术引入国内，一直为国内用户提供专业的三代测序系统的安装培训，技术支持，应用培训与售后维护工作，赢得客户的一致好评与信任。基因有限公司将一如既往的支持越来越多的PacBio用户。
