生物标志物探索的无价之宝——新一代测序

Georges-François Leclerc中心的实验室研究人员利用MiSeq®和NextSeq® 500系列来开展RNA-Seq、ChIP-Seq和外显子组测序，探寻与癌症相关的基因表达谱。

简介

基因组学已经改变了生物医学的各个领域，但DNA测序对任何领域的影响似乎都不及癌症研究这般深远。科学家们聚焦肿瘤，以确定看似相同的癌症之间那些细微和 不那么细微的差异，深入了解到底是什么引起了癌症，以及它们如何响应不同的治疗手段。Romain Biodot博士作为Georges François Leclerc中心（CGFL）的实验室主任，已成为数百名科学家和临床研究人员的测序资源。

自2012年以来，Boidot博士和CGFL在癌症研究中一直依赖Illumina新一代测序（NGS）系统。从MiSeq系统开始，他们陆续开展了转录组测序（RNA-Seq）、染色质免疫沉淀测序（ChIP-Seq），并利用基因集合来鉴定实体瘤。2015年1月，又增加了NextSeq 500系统，以便获得更高的数据通量和开展更深度的测序。他们现有的项目之一是通过对乳腺癌基因表达的生物标志物进行分类，来有效描述实体瘤，希望可以影响到乳腺癌的治疗和预后。

Illumina的iCommunity团队最近与Boidot博士对话，深入了解了CGFL开展的癌症研究项目，以及如何利用MiSeq和NextSeq 500系统开展RNA-Seq、ChIP-Seq和外显子组测序，从而使其研究人员能够发现癌症生物标志物。

Q：CGFL正在开展哪些类型的基因标志物研究？

Romain Boidot（RB）：我们不但研究癌细胞，也研究免疫细胞特异的基因。我们利用RNA-Seq来检测哪种类型的免疫细胞或T淋巴细胞亚型浸润了肿瘤。RNA-Seq的好处在于我们能研究肿瘤细胞，以及形成肿瘤微环境的细胞。我们正准备开始一个新项目，来鉴定免疫治疗反应的特定标志物，这个项目包含30-40名癌症对象。

Q：您最初是如何将NGS整合到您的实验室研究中的？

RB：作为法国第一批购入MiSeq系统的机构，我们想利用癌症基因集合来研究样本。我们需要时间来熟悉这个系统，了解工作流程，并确定哪种文库制备技术能更好地支持这项研究。在开展了6个月的DNA测序之后，我们决定试试RNA-Seq。2013年初，我们开始在MiSeq系统上开展RNA-Seq。

Q：您曾在MiSeq系统上开展哪些类型的测序项目？

RB：最初，我们利用MiSeq系统进行一些常规工作，通过含有BRCA和同源重组基因的癌基因集合来研究乳腺癌和卵巢癌的易感性。

Q：是什么激励您在2013年初转向RNA-Seq？

RB：第一次RNA-Seq是在免疫学研究项目中开展的，包括一项T-CD4淋巴细胞的分化研究1。最终有2个项目，是利用MiSeq系统运行RNA-Seq实现的，它们进展得非常顺利。随后我们又购入了NextSeq 500系统，因为它能够在每次运行中带来更高的通量和更多的序列。

Q：您目前在NextSeq 500和MiSeq系统上开展哪些类型的研究？

RB：MiSeq和NextSeq 500系统之间存在着协同效应。我们是根据测序区域的大小以及样品数量来做决定的。在NextSeq 500系统上，可以开展常规的外显子组研究以便进行多学科的分析，除此之外还有RNA-Seq和ChIP-Seq。我们也利用NextSeq 500来分析基因集合，特别是当有大样本队列时，会选择在NextSeq 500系统上运行大量样本，而不是在MiSeq系统上开展多次运行。我们通常在MiSeq系统上开展基因集合的测序，从基因集合和几组癌基因开始，如今在使用体细胞基因集合。

Q：NextSeq 500系统的优势有哪些？

RB：主要优势在于读取深度。对于MiSeq系统，我们能获得1200-1500万条序列。而在NextSeq 500系统上运行，读取深度将会提升至4亿条序列。

NextSeq 500系统降低了每次分析的成本，因为大量样本可被集中分析，以获得比MiSeq系统更高的深度。这增加了我们能够开展的RNA-Seq项目数量。除此之外，更快获得结果也是一个明显的优势。

“我们又购入了NextSeq 500系统，因为它能够在每次运行中带来更高的通量和更多的序列。”

Q：MiSeq和NextSeq 500系统在数据质量上有何差异？

RB：我们利用两台仪器都获得了高质量的数据，这真让人开心。好的数据质量可以支持我们的基础和转化研究。NextSeq 500系统上的RNA-Seq更高的读取深度，为我们提供了更多信息。我们目前正在比较MiSeq和NextSeq 500系统上的癌基因集合测序，应该很快会有结果。

Q：您在常规使用NextSeq 500系统之前用了多久时间调试？

RB：NextSeq 500系统的安装非常顺利。我们几乎马上就开始用了。第一个测序运行是RNA-Seq，结果很棒。此系统在2015年1月送达，在3月中旬投入运行，2015年6月，我们开始常规开展RNA-Seq。之后，开始进行ChIP-Seq和外显子组测序。

在了解如何操作该系统时，我们将大部分时间集中在研究文库制备上。我们意识到，通过调整浓度，可以获得最佳的簇数量，并充分挖掘该系统的测序能力。

我们也必须学习如何设置软件的测序运行。BaseSpace® Onsite Server*包含Prep Tab软件，可以帮助将文库集合组合成测序运行。

* 自2016年4月起，BaseSpace Onsite Server改名为BaseSpace Onsite Sequence Hub。

Q：BaseSpaceOnsite对您的测序pipeline有何影响？

RB：我们需要向CGFL的研究人员展示，我们了解并且能够开展测序，这对他们来说具有真正的附加值。BaseSpace Onsite及pipeline分析，无论是Burrows-Wheeler Aligner（BWA）还是Isaac™ 比对软件，都让我们能利用NextSeq 500系统运行外显子组。如果没有BaseSpace Onsite，我认为我们不能快速运行外显子组流程，并实现这种质量。

Q：来自单一供应商的完整解决方案带来了哪些好处？

RB：与单一供应商打交道，让我们在排查故障时只需单点接触。完整解决方案为我们提供了分析连续性。它让我们在整个过程中感觉舒适，并帮助我们获得高质量的结果。

“BaseSpace Onsite及pipeline分析，无论是BWA还是Isaac，都让我们能利用NextSeq 500系统运行外显子组。”

Q：NextSeq 500系统对临床研究而言有何价值？

RB：如今，我们在NextSeq 500系统上运行所有的临床研究样本。之所以选择这个系统，是因为它让我们能够开展多个样本的外显子组和基因集合测序，这对外显子组大小而言足够了。我们的临床癌症研究主要是在对象同意时研究可应用的生物标志物，这让我们能够发现文献中没有的生物标志物。

Q：Illumina的客户支持是否有帮助？

RB：Illumina的客户支持非常棒。我们提出的问题他们都能快速解决。

“如今，我们在NextSeq 500系统上运行所有的临床研究样本……因为它让我们能够开展多个样本的外显子组和基因集合测序，对外显子组大小而言足够了。”

Q：NGS是否改变了您研究中所使用的癌基因集合类型？

RB：NGS让我们能够获取那些十分强大且前沿的研究工具，它帮助扩大我们研究的影响力。在使用Sanger测序时，我们只能测序BRCA1和BRCA2。而有了NGS，我们的集合不仅包括BRCA1和BRCA2，还包括与乳腺癌以及消化道癌症的易感性相关的23个其他基因。通过使用这些集合，我们已经认识到，这些基因不仅是乳腺癌和卵巢癌易感性的研究对象，可能对消化道癌症的易感性也有影响，反之亦然。

Q：对于您的研究，下一步打算做什么？

RB：下一步将继续开展外显子组测序，并鉴定出靶向免疫治疗以及传统化疗的新型生物标志物。我们也希望开发出新的集合，让循环DNA变异的分析成为可能。NextSeq 500系统将实现这些研究，因为它带来了更高的读取深度，让我们能够确定信息阈值。我们还将利用RNA-Seq来研究石蜡包埋肿瘤组织的融合基因和变异。

Q：您是否想到过，这些进展可通过NGS来实现？

RB：在我做毕业论文的时候，Sanger测序是唯一的技术。当我回到CGFL开始前两年的工作时，前景并没有改变。之后我去参加一个跨学科的会议，听到人们谈论什么将会随着Illumina NGS系统而出现。当看到一台送往欧洲的MiSeq系统时，我们意识到，它将让我们的研究增值。我从来没想过用MiSeq系统能做这么多事，NextSeq 500系统也一样。

参考文献

1. Vegran F, Berger H, Boidot R, et al. The transcription factor IRF1 dictates the IL-21-dependent anticancer functions of TH9 cells. Nature Immunol.

2014; 15(8): 758-766.

深入了解本文提及的Illumina系统：

MiSeq系统：http://www.illumina.com.cn/systems/miseq.html 

NextSeq 500系统：http://www.illumina.com.cn/systems/nextseq-sequencer.html

BaseSpace Onsite Sequence Hub:

http://www.illumina.com.cn/informatics/research/sequencing-data-analysis-management/basespace.html