本申请要求2017年12月20日提交的美国临时申请号62/608,197的优先权权益,其全部内容通过引用并入本文。
关于联邦政府资助研究的声明
本发明是在国立卫生研究院授予的资助号r01hg008752的政府支持下完成的。政府对本发明享有某些权利。
本公开内容一般性地涉及分子生物学领域。更具体地,它涉及在通过下一代测序进行测序之前通过选择性等位基因富集或消耗来增强序列变体的检测的方法。
背景技术:
在生物样品例如来自外周血的无细胞dna中,虽然稀有dna序列变体例如癌症驱动突变以低于1%的等位基因频率存在,但仍然可以提供重要的治疗指导或患者分级信息。另外,需要同时分析许多潜在的突变以实现高临床灵敏性。通过用分子条形码进行深度测序,下一代测序已经应用于稀有dna变体的检测和定量。然而,由于在测序野生型(即健康的)dna上浪费了大量ngs读取,因此这些方法在本质上是低效且昂贵的。
技术实现要素:
本公开内容描述了一类允许低通量检测和定量外周血浆中的稀有变体(例如体细胞癌突变)的方法。对于液体活检应用所需的大量读取阻止了通过低通量ngs对稀有事件的检测和定量。然而,等位基因富集/消耗使得低通量ngs仪器(例如illuminamiseq、qiagengenereader和thermofisherprotonsystems)能够进行癌症突变的液体活检检测(参见图6)。
在一个实施方案中,本文中提供了检测目的dna区域内稀有序列变体的存在的方法,所述方法包括:(a)用引物使用聚合酶链式反应(pcr)扩增一个或更多个目的区域,每种引物包含5’序列-衔接子区和3’基因特异性区,从而产生双链扩增子;(b)使所述双链扩增子变性,从而产生单链扩增子;(c)将所述单链扩增子与阴性选择沉降子(sink)的混合物杂交;(d)去除与沉降子结合的单链扩增子;(e)使用包含测序衔接子序列的引物通过pcr扩增剩余的单链扩增子;以及(f)进行高通量dna测序。在一些方面,稀有变体具有未知的序列身份(identity)。在一些方面,稀有变体具有已知的序列身份。
在一些方面,步骤(c)还包括将单链扩增子与阳性选择探针的混合物杂交。在某些方面,探针包括立足点探针(toeholdprobe)、微调探针或x-探针。在某些方面,探针和沉降子是热力学上竞争性的。在一些方面,对于每种稀有序列变体存在一个探针和一个沉降子。在一些方面,对于每种稀有序列变体存在一个探针。在一些方面,两种或更多种稀有序列变体可使用相同的沉降子。在一些方面,探针包含具有表1的配对的探针互补序列和探针保护物寡核苷酸的探针。在一些方面,沉降子包含具有表2的配对的沉降子互补序列和沉降子保护物寡核苷酸的沉降子。在某些方面,步骤(d)还包括收集与探针结合的扩增子。在某些方面,步骤(d)通过链霉亲和素包被的磁珠进行,使用磁体进行收集,并且步骤(c)中的探针用生物素直接官能化或与用生物素官能化的通用寡核苷酸杂交。在某些方面,步骤(d)通过链霉亲和素蛋白包被的琼脂糖珠进行,利用离心力进行收集,并且步骤(c)中的探针用生物素直接官能化或与用生物素官能化的通用寡核苷酸杂交。在某些方面,与沉降子结合的单链扩增子的去除通过收集与探针结合的扩增子而发生。
在一些方面,步骤(c)中的杂交在约15℃至约75℃的温度下进行。在一些方面,步骤(c)中的杂交在一价阳离子浓度为约50mm至约5m的缓冲液中进行。在某些方面,一价阳离子是钠。在一些方面,步骤(c)中的杂交在二价阳离子浓度为约3mm至约30mm的缓冲液中进行。在某些方面,二价阳离子是镁。
在一些方面,当扩增超过一个目的区域时,步骤(a)中的pcr是多重pcr。在一些方面,步骤(a)中的pcr进行4至20个循环。在一些方面,步骤(a)中的pcr进行不超过4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个循环。
在一些方面,步骤(b)通过热变性进行。在某些方面,热变性包括将扩增子混合物加热到至少80℃保持至少2分钟。在一些方面,步骤(b)通过dna酶活性进行,并且其中步骤(a)中的一个引物用5’磷酸酯官能化修饰以促进降解或用5’官能化修饰以抑制降解。在某些方面,5’引物官能化包括硫代磷酸酯、2’-o-甲基基团或非天然核苷酸。
在一些方面,步骤(c)中的沉降子包括立足点探针、微调探针或x探针。在一些方面,步骤(d)中的去除通过固相分离进行。在一些方面,步骤(d)通过链霉亲和素包被的磁珠进行,使用磁体进行去除,并且步骤(c)中的沉降子用生物素直接官能化或与用生物素官能化的通用寡核苷酸杂交。在一些方面,步骤(d)通过链霉亲和素包被的琼脂糖珠进行,利用离心力进行去除,并且步骤(c)中的沉降子用生物素直接官能化或与用生物素官能化的通用寡核苷酸杂交。
在一些方面,步骤(e)中的引物是通用引物。在一些方面,步骤(e)中的引物还包含样品条形码或索引序列(indexsequence)。在一些方面,步骤(f)中的测序是通过合成测序。在一些方面,步骤(f)中的测序是纳米孔测序。在一些方面,步骤(f)中的测序是通过杂交测序(例如,nanostring)。
在一些方面,所述方法还包括(g)分析dna测序数据以计算与野生型序列相比对于变体序列观察到的读取的比值。在一些方面,步骤(f)中的测序是配对末端测序。在一些方面,步骤(g)中的分析不考虑其中对扩增子插入物的序列正向读取和反向读取不完全一致的任何测序读取。在某些方面,步骤(g)中的分析不考虑其中读取质量评分低于30的任何测序读取。在某些方面,读取质量评分是阈值fastq评分。
在一些方面,所述方法还定义为量化目的dna区域内稀有序列变体的存在的方法。
就指定的组分而言,本文中使用的“基本上不含”意指指定的组分没有被有目的地配制成组合物和/或仅作为污染物或以痕量存在。因此,组合物的任何无意污染产生的指定组分的总量远低于0.05%,优选低于0.01%。最优选的是其中用标准分析方法无法检测到任何量的指定组分的组合物。
本说明书中使用的,“一”或“一个/种”可意指一个/种或更多个/种。当与词语“包含/包括”结合使用时,本文中在权利要求中使用的词语“一”或“一个/种”可以意指一个/种或超过一个/种。
权利要求中使用的术语“或”意指“和/或”,除非明确指明仅指替代物或替代物是相互排斥的,尽管本公开内容支持仅指替代物以及“和/或”的定义。本文中使用的,“另一个/种”可以意指至少第二个/种或更多个/种。
在整个本申请中,术语“约”用于指数值包括用于确定所述值的装置、方法的误差的固有变化或者研究对象之间存在的变化。
根据以下详细描述,本公开内容的其他目的、特征和优点将变得明显。然而,应理解,详细描述和具体实例虽然指示了本公开内容的一些优选实施方案,但是仅通过说明的方式给出,因为根据该详细描述,对于本领域技术人员而言,在本公开内容的精神和范围内的多种变化和修改都变得明显。
附图说明
以下附图构成本说明书的一部分,并且包括在内以进一步说明本公开内容的某些方面。通过参考这些附图中的一幅或更多幅并结合本文中给出的具体实施方案的详细描述,可以更好地理解本公开内容。
图1:使用阳性选择探针和阴性选择沉降子用于富集可疑基因组变体的示例实验工作流程。步骤1中引入的基因特异性引物的浓度为5nm至80nm。在步骤2中,pcr方案由最初的98℃变性10分钟,然后使用kapa高保真dna聚合酶进行5个循环(98℃20秒,62℃4分钟,72℃1分钟)组成。在步骤4中,引入变体特异性探针和野生型特异性沉降子;探针与通用的生物素化寡核苷酸预先杂交,而沉降子则不。探针和沉降子二者都是双链“立足点”或“微调”探针,每个探针都包含辅助“保护物”寡核苷酸,它与探针的互补链杂交。探针保护物的化学计量相对于探针的互补链在1.5x至9x之间变化。沉降子保护物的化学计量相对于沉降子的互补链在2x和11x之间变化。在步骤7中,pcr循环的数目在22至27之间变化,这取决于样品输入量和变体等位基因频率,以及对于组(panel)富集倍数的先前预期。该pcr方案由初始98℃变性10分钟,然后使用kapa高保真dna聚合酶进行5个循环(98℃20秒,62℃15秒,72℃30秒)组成。
图2:用于分析测序结果的计算工作流程的实例。该工作流程在某种意义上是保守的:任何指示误差的读取都将被丢弃,并且只有完美的读取将被用于评估变体的等位基因分数。保守的分析工作流程倾向于对等位基因分数产生更高的置信度,代价是更低的可用读取的分数和测序深度。
图3a-b:使用阳性和阴性选择二者对于114重(plex)变体富集样品的实验结果。基因组dna输入样品由498.5ngna18537细胞系dna和1.5ngna18562细胞系dna组成。因此,该样品在所有单核苷酸多态性(snp)中是0.3%等位基因频率,其中na18537和na18562二者都是纯合的但彼此不同。图3a图示出在2.2m读取文库中,每个基因座具有约10,000x深度,每个基因座约有30个变体读取,如对于0.3%等位基因频率样品所预期的。为了富集,针对na18562snp等位基因设计探针,并且针对na18537等位基因设计沉降子。图3b图示出了63k读取文库对每个基因座的变体产生相似的读取,而测序深度已被降低36倍。因此,测序成本可以降低36倍,同时获得关于稀有突变的类似信息。关于用于产生这些数据的引物和探针寡核苷酸的序列,参见表1至3。
图4:图3中总结的对于114重的每个基因座的富集倍数的分布。观察到的中值富集倍数为52,并且90%的变体被富集8倍或更多。通过探针或沉降子序列,或探针保护物和沉降子保护物化学计量的经验优化,可以改善富集倍数。
图5:对于114重组中的一个基因座,变体(seqidno:685)、野生型(seqidno:686)、探针(seqidno:6)、探针保护物(seqidno:120)、用生物素官能化的通用寡核苷酸(seqidno:687)、沉降子(seqidno:234)和沉降子保护物(seqidno:348)的序列。对于114重组使用的完整序列列表,参见表1至3。
图6a-b:等位基因选择性富集测序(allele-selectiveenrichmentsequencing,ases)。(图6a)无细胞dna(cfdna)中的稀有突变的剖析(profiling)需要极高的测序深度以及独特的分子标识符(umi)条形码。(图6b)ases使用高度序列选择性杂交探针来富集变体等位基因级分,这允许使用低深度测序进行稀有突变剖析。
图7a-e:ases误差源和vaf检测限。(图7a)由于有限的酶保真度(e1)或ngs测序误差(e0)导致任一pcr误差引起假阳性。(图7b)当使用纯的人gdna时,组中的所有癌症突变应具有0%的vaf;因此,非零vrf对应于假阳性误差率。(图7d)(图7c)中ases误差率的总体分布。(图7e)ases和深度测序之间的每个基因座误差率比较。误差条示出了平均值的标准偏差。通过ases的平均每个基因座误差率对痕量(trace)进行排序。
图8a-d:在118重非致病性snp组中ases的演示。(图8a)文库制备工作流程。(图8b)使用标准深度测序将ngs读取映射到变体snp等位基因与野生型等位基因。(图8c)使用ases将ngs读取映射到变体snp等位基因与野生型等位基因。(图8d)用于标准深度测序与ases的变体读取分数(vrf,变体读取除以映射到每个snp基因座的总读取)的分布。
图9a-g:基于asesvrf估计样品vaf。(图9a)vrf、vaf和富集倍数e之间的一致且可预测的关系。点表示来自7个不同ngs文库的实验结果,其中输入样品具有0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、0.7%、1%、2%的已知vaf。实线示出了相对于三个所示snp最佳拟合的不同e值的理论曲线。右侧图在非线性变换下绘制vaf和vrf。(图9b)非致病性ases组中118个snp基因座的r2的分布。从图中省略了一个r2<0的离群snp基因座。(图9c)最佳-te的分布。误差条表示每个snp的7个数据点的线性t的均方根误差(rmse)。星号表示一个snp,其中0.1%vaf文库在snp基因座中没有足够的读取以允许vrf定量;使用其他6个数据点snp拟合e。(图9d)针对不同碱基替代类型的拟合e的分布。单向方差分析指示p值为0.21,这表明在e中可能有很少至没有基于序列的偏差。(图9e)基于观察到的vrf和拟合的e的推断vaf的准确度。(图9f)基于vrf的标准深度测序的vaf定量。(图9g)在118个不同扩增子间的ngs读取一致性,通过ngs读取与基因座数目的累积分布图(洛伦兹曲线)可视化。
图10a-e:ases可操作的癌症突变组。(图10a)通过相应的癌症类型的突变的分布,以及在每个基因上剖析的突变的数目。(图10b)扩增子上潜在癌症突变的分布。(图10c)使用标准深度测序(左)和ases(右)将ngs读取映射至癌症突变与野生型。(图10d)观察到的富集倍数e的分布,以聚集(左)和共定位(colocalization)类型分选(右)二种方式。(图10e)在horizoncfdna参照样品(hd780multiplexi)上验证癌症突变组。
图11a-b:在临床cfdna样品上验证ases癌症突变组。(图11a)通过深度测序在6个样品中和通过ases在64个样品中的所谓突变的总结。(图11b)在相同临床cfdna样品的相等大小等分试样上ases和深度测序的并排比较。
具体实施方式
本公开内容描述了使用立足点探针、微调探针或x-探针以将等位基因特异性富集或消耗应用于来自对生物dna样品上进行的多重pcr的扩增子的方法。由于探针的高序列特异性,去除了大部分野生型序列,并且突变的等位基因频率被显著提高。因此,低深度测序变得足以检测和定量稀有突变。因此,本公开内容的工业实用性是显著降低用于分析稀有突变的测序成本。
尽管先前已经在dna靶标上展示了这些等位基因特异性富集和消耗探针,但是与ngs的整合并非是不重要的。例如,将立足点探针直接应用于生物dna是不可取的,因为低探针捕获产率和有限的样品输入量可能导致假阴性,其中稀有突变存在于原始dna样品中但未被探针捕获,因此在ngs数据中没有呈现。
此外,目前生物dna的ngs分析的主要方法是末端修复片段化的基因组dna,然后连接到测序衔接子。然而,末端修复和连接二者都是低产率的酶促过程,并且同样可能由于丢失少数具有稀有突变的dna分子而导致假阴性。
另一种可能的但最终不可取的方法是进行多个循环的目的基因区域的多重扩增,并对最终产物进行立足点探针富集或消耗。这种方法的缺点是使用高循环多重pcr,引物二聚体变得占优势,实际上阻止该方法扩展到超过20个遗传基因座。
因此,本公开内容描述了进行低循环(例如,5个)多重pcr以将目的基因区域预扩增约10至30倍以抵抗探针结合损失,而同时保持可扩展至高的多重化(由于不可能仅在几个pcr循环内积累高浓度的引物二聚体)的方法(参见图1)。
在一些实施方案中,已知稀有变体的阳性选择与相应野生型等位基因的阴性选择二者组合进行。在另一些实施方案中,可以形成野生型等位基因的阴性选择而没有同时发生的阳性选择,这允许检测未知序列的稀有变体。
ases误差源和vaf检测限。由于有限的酶保真度(e1)或ngs测序误差(e0)导致任一pcr误差引起假阳性(图7a)。例如,当使用纯的人gdna时,该组中的所有癌症突变应具有0%的vaf;因此,非零vrf对应于假阳性误差率(图7b)。ases的中值误差率为0.610□5,与深度测序相比,这代表误差降低了近10倍(图7c-d)。在图7e中示出了ases和深度测序之间的每基因座误差率比较。
i.核酸探针
在一些实施方案中,本公开内容提供了用于等位基因特异性富集和/或消耗的合成寡核苷酸探针。在一些特定的实施方案中,寡核苷酸探针是立足点探针、x-探针或微调探针。寡核苷酸探针可以具有30至200个核苷酸,特别是50至100个核苷酸,例如60至70个核苷酸的长度。此外,寡核苷酸探针可以包含部分或全部测序引物序列或其结合位点,例如用于特定测序平台的索引测序引物(例如,illumina索引引物)。
富集和消耗探针的分子特异性有益于基因组dna变体的准确推断。变体富集探针与野生型基因座的非特异性结合将破坏富集的目的。同样地,野生型消耗探针与变体基因座的非特异性结合将导致期望的靶标从样品中丢失。具有保护物寡核苷酸的立足点探针可用于增强探针和沉降子的分子特异性。在一些方面,所述立足点针探针可以是微调探针,如美国专利公开号2016/0340727中所述,其通过引用整体并入本文。在一些方面,所述立足点针探针可以是x-探针,如美国专利公开号2016/0326600中所述,其通过引用整体并入本文。
在一些实施方案中,引入了包含与靶互补区部分互补的区域的保护物寡核苷酸。重要的是,靶互补区上的至少五个连续核苷酸不被所述保护物结合,即形成立足点,以允许开始靶标与探针/沉降子之间的杂交。该保护物寡核苷酸可以改善杂交反应的特异性(参见zhang等.,2012,wang和zhang,2015,美国专利号9,284,602和美国专利公开号2016/0340727,其各自均通过引用整体并入本文),并在大范围的温度和缓冲条件下保持高序列选择性。在一些方面中,保护物寡核苷酸以摩尔过量存在。
在一些实施方案中,合理设计核酸探针以使得特定靶核酸分子与靶互补区之间的杂交的标准自由能(例如,理论标准自由能)接近于零,而相比之下,假的靶标(即使与特定(实际)靶标少到只有单个核苷酸不同)与探针之间的杂交的标准自由能足够高以使其结合不利。
“立足点”区域存在于靶互补区中,与靶序列互补并且不与保护物寡核苷酸互补。合理设计互补区的序列以在所期望的温度和探针浓度条件下实现这种匹配。结果,实际靶标和探针/沉降子的平衡迅速接近50%靶标:探针:保护物:探针(或任何期望的比例),而假靶标和引物的平衡极大地有利于保护物:探针。
机械地,认为与靶标的杂交开始于立足点并沿着靶互补区的长度继续,直到探针不再是“双链的”。这假定了靶标与靶互补区之间的互补性。当假靶标与靶互补区之间存在核苷酸错配时,第二链(即保护物寡核苷酸)的置换在热力学上是不利的,并且靶互补区与假靶标之间的缔合被逆转。
因为标准自由能有利于核酸的靶序列与探针的立足点区域之间的完全匹配(完全互补)而不是错配(例如,单核苷酸变化),所以探针的靶互补区域将在不存在错配而非存在错配的情况下稳定地与靶标结合。如果探针的靶互补区与靶标之间存在错配,则探针双链体更倾向于重形成。以这种方式,降低了当不存在靶序列时产生连接产物的频率。使用标准单链探针通常不可能进行这种类型的鉴别,因为在那些反应中,不存在错配的探针链更喜欢结合的竞争性核酸链(例如保护物寡核苷酸)。在某些方面,设计探针和沉降子的热力学以满足竞争性组合物的热力学。参见,美国专利公开号us2017/0029875,其通过引用整体并入本文。
在一些方面,沉降子用例如生物素基团官能化以使得能够去除由沉降子结合的任何靶核酸。在另一些方面,探针是官能化的但是沉降子不是,从而允许收集被探针结合的任何靶核酸;在这方面,沉降子用于与探针竞争结合非期望的靶标以提高探针杂交的特异性。
在一些实施方案中,例如,在x-探针的情况下,官能化链的序列与靶特异性链的序列解偶联。参见,例如,美国专利公开号2016/0326600,其通过引用整体并入本文。在该实施方案中,探针系统包含通用组分和靶特异性组分。通用组分包含至少第一通用寡核苷酸/链,其包含至少一个区域。通用链的序列不是靶特异性的,因此可以与任何靶特异性组分一起使用。靶特异性组分包含保护物链和靶特异性/互补链。靶特异性链(即互补链)包含至少两个区域。靶特异性链的区域中的至少一个与第一通用链的至少一个区域完全或部分互补,其产生第一双链区。在一些情况下,保护物链具有与靶特异性链的全部或一部分至少部分互补(并且在一些情况下完全互补)的区域,其产生第二双链区。靶特异性链包含未与探针的任何其他链杂交但与靶序列的一部分互补的立足点区域。需要明确的是,与保护物链的区域互补的靶特异性链的区域也与靶序列互补。在一些实施方案中,第一通用链包含与其缀合的官能化。
在探针与靶核酸杂交后,保护物链和与其杂交的任何通用链从靶特异性链解离,留下与靶核酸杂交的靶特异性链以及与其杂交的任何通用链。因此,本公开内容的探针允许使用具有多种靶特异性组分的官能化通用组分,从而消除了为每种所期望的靶序列合成不同官能化探针的费用。
在一些方面,沉降子上的通用链用例如生物素基团官能化以能够去除由沉降子结合的任何靶核酸。在另一些方面,探针上的通用链是官能化的,但是沉降子上的通用链则不是,从而允许收集由探针结合的任何靶核酸;在这方面,沉降子用于与探针竞争结合非期望的靶标以提高探针杂交的特异性。
ii.靶核酸的进一步加工
a.靶核酸分子
目的核酸分子可以是单个核酸分子或多个核酸分子。此外,目的核酸分子可以是生物来源或合成来源的。核酸分子的实例包括基因组dna、cdna、rna、扩增的dna、预先存在的核酸文库等。
根据本公开内容分析(或处理)的核酸样品中的核酸可以来自任何核酸来源。因此,核酸样品中的核酸实际上可以来自任何核酸来源,包括但不限于基因组dna、互补dna(cdna)、rna(例如,信使rna、核糖体rna、短干扰rna、microrna等)、质粒dna、线粒体dna等。此外,由于任何生物体都可以用作根据本公开内容的待处理的核酸的来源,因此不打算在这方面进行限制。示例性生物体包括但不限于植物、动物(例如爬行动物、哺乳动物、昆虫、蠕虫、鱼等)、细菌、真菌(例如酵母)、病毒等。在某些实施方案中,核酸样品中的核酸来自哺乳动物,其中在某些实施方案中,哺乳动物是人。目的核酸分子可以是单个核酸分子或多个核酸分子。此外,目的核酸分子可以是生物来源或合成来源的。核酸分子的实例包括基因组dna、cdna、无细胞dna(cfdna)、rna、扩增的dna、预先存在的核酸文库等。在一些方面,靶核酸是双链dna分子,例如,人基因组dna。
可以对目的核酸分子进行多种处理,例如修复处理和片段化处理。片段化处理包括机械、声波(sonic)、化学、酶促、随时间降解等。修复处理包括通过延伸和/或连接进行切口修复、进行削平(polishing)以产生平端、去除受损碱基例如脱氨基的、衍生化的、无碱基的或交联的核苷酸等。目的核酸分子也可以进行化学修饰(例如,亚硫酸氢盐转化、甲基化/去甲基化)、延伸、扩增(例如,pcr、等温等)等。
rna分子可以从样品(例如包含总细胞rna、转录物组或两者的样品)中获得;样品可以从一种或更多种病毒;从一种或更多种细菌;或者,例如,从动物细胞、细菌和/或病毒的混合物获得。样品可包含mrna,例如通过亲和捕获获得的mrna。获得核酸分子可包括通过用逆转录酶(例如tthdna聚合酶、hiv逆转录酶、amv逆转录酶、mmlv逆转录酶、或其混合物)逆转录mrna分子来产生cdna分子。
b.核酸的扩增
许多模板依赖性过程可用于扩增给定样品中存在的靶核酸。最著名的扩增方法之一是聚合酶链式反应(称为pcrtm),其在美国专利号4,683,195、4,683,202和4,800,159中有详细描述,其各自通过引用整体并入本文。简言之,在存在过量脱氧核苷酸(dntp’s)和热稳定聚合酶例如taq(水生栖热菌,thermusaquaticus)dna聚合酶的情况下,将与待扩增的模板dna的两个区域(每条链一个)互补的两个合成寡核苷酸引物添加至模板dna(不必是纯的)。在一系列(通常为30至35个)的温度循环中,使靶dna重复变性(约90℃),与引物退火(通常在50至60℃下),并从引物延伸出子链(72℃)。随着子链的产生,它们在后续循环中充当模板。因此,两个引物之间的模板区域以指数方式而不是线性方式扩增。
可以在扩增期间将条形码(例如样品条形码)添加至靶核酸分子。一种方法涉及将引物与靶核酸分子退火,该引物包括与靶核酸分子互补的第一部分和包含条形码的第二部分;并延伸退火的引物以形成条形码化的核酸分子。因此,引物可包含3’部分和5’部分,其中3’部分可与靶核酸分子的一部分退火,并且5’部分包含条形码。
c.核酸的测序
还提供了用于测序核酸分子文库的方法。本领域技术人员已知的用于测序核酸的任何技术均可用于本公开内容的方法中。dna测序技术包括使用标记的终止子或引物以及平板或毛细管中的凝胶分离的经典双脱氧测序反应(sanger方法),使用可逆终止的标记核苷酸的合成测序,焦磷酸测序,454测序,等位基因与标记的寡核苷酸文库探针的特异性杂交,使用等位基因与标记的克隆文库特异性杂交然后进行连接、在聚合步骤期间实时监测标记的核苷酸的并入的合成测序,以及solid测序。
可以使用与illumina测序相容的方法(例如nexteratmdna样品制备试剂盒)产生核酸文库,并且例如在oyola等(2012)中描述了用于产生illumina下一代测序文库制备的其他方法。在另一些实施方案中,使用与solidtm或iontorrent测序方法相容的方法(例如,
在一些特定方面,本公开内容的方法中使用的测序技术包括hiseqtm系统(例如,hiseqtm2000和hiseqtm1000)和来自illumina,inc的miseqtm系统。hiseqtm系统基于使用随机片段化基因组dna附着到平面光学透明表面并进行固相扩增对数百万个片段进行大规模平行测序以创建具有数百万个簇的高密度测序流动池,每个簇包含约1,000个模板拷贝/平方厘米。使用四色dna合成测序技术对这些模板进行测序。miseqtm系统使用truseqtm,illumina的基于可逆终止子的合成测序。
dna测序平台的另一个实例是qiagengenereader平台-利用专有修饰的核苷酸的下一代测序(ngs)平台,所述核苷酸的3’oh基团被小的部分反向终止以大规模并行的方式进行合成测序(sbs)。简言之,首先在固体(例如珠)表面上克隆扩增测序模板以为每个单独的测序模板产生数十万个相同的拷贝,其被变性以产生单链测序模板,与测序引物杂交,然后在流动池上固定。然后将固定的测序模板在反应混合物中进行核苷酸并入反应,所述反应混合物包含具有可切割的3’封闭基团的经修饰的核苷酸,其能够在每个循环中仅将一个特定核苷酸并入到每个测序模板上并检测。参见美国专利号6,664,079;8,612,161;和8,623,598,其各自均通过引用并入本文。
dna测序平台的另一个实例是iontorrentpgmtm测序仪(thermofisher)和iontorrentprotontm测序仪(thermofisher),其是基于离子的测序系统,其通过检测作为核苷酸并入的副产物产生的离子对核酸模板进行测序。通常,氢离子作为在通过聚合酶的模板依赖性核酸合成期间发生的核苷酸并入的副产物释放。iontorrentpgmtm测序仪和ionprotontm测序仪通过检测核苷酸并入的氢离子副产物来检测核苷酸并入。iontorrentpgmtm测序仪和iontorrentprotontm测序仪包含待测序的多个核酸模板,每个模板以阵列形式设置在相应的测序反应孔内。阵列的孔各自与至少一个离子传感器耦合,该离子传感器可以检测作为核苷酸并入的副产物产生的h+离子的释放或溶液ph的变化。离子传感器包含与离子敏感检测层耦合的场效应晶体管(fieldeffecttransistor,fet),其可以感测h+离子的存在或溶液ph的变化。离子传感器提供了指示核苷酸并入的输出信号,所述信号可以表示为电压变化,其大小与相应的孔或反应室中的h+离子浓度相关。不同的核苷酸类型连续流入反应室中,并通过聚合酶以由模板的序列所确定的顺序并入延伸引物(或聚合位点)中。每个核苷酸并入伴随着反应孔中h+离子的释放以及局部ph的伴随变化。h+离子的释放由传感器的fet记录,其产生指示核苷酸并入发生的信号。在特定核苷酸流期间未并入的核苷酸不会产生信号。来自fet的信号的振幅也可以与并入延伸的核酸分子中的特定类型的核苷酸的数目相关,从而允许解析均聚物区域。因此,在测序仪运行期间,多个核苷酸流入反应室中,同时通过多个孔或反应室进行并入监测,允许仪器同时解析多个核酸模板的序列。关于iontorrentpgmtm测序仪的组成、设计和操作的更多细节可以在例如美国专利公开号2009/0026082;2010/0137143;和2010/0282617中找到,其全部均通过引用整体并入本文。
可用于本公开内容方法的dna测序技术的另一个实例是454测序(roche)(margulies等,2005)。454测序包括两个步骤。在第一步中,将dna剪切成约300至800个碱基对的片段,并且片段是平端。然后将寡核苷酸衔接子连接至片段的末端。衔接子用作用于扩增和测序片段的引物。可以使用例如含有5’-生物素标签的衔接子b将片段连接至dna捕获珠,例如链霉亲和素包被的珠。连接至珠的片段在油-水乳液的微滴内进行pcr扩增。结果是每个珠上多个拷贝的克隆扩增的dna片段。在第二步中,将珠捕获在孔中(皮升大小)。对每个dna片段平行地进行焦磷酸测序。添加一个或更多个核苷酸产生光信号,所述光信号由测序仪器中的ccd照相机记录。信号强度与并入的核苷酸数目成比例。
可用于本公开内容方法中的dna测序技术的另一个实例是solid技术(lifetechnologies,inc.)。在solid测序中,将基因组dna剪切成片段,并将衔接子连接至片段的5’和3’末端以产生片段文库。或者,可以通过将衔接子连接至片段的5’和3’末端、使片段环化、消化环化片段以产生内部衔接子,并将衔接子连接至所得片段的5’和3’末端以生成配对文库来引入内部衔接子。接下来,在含有珠、引物、模板和pcr组分的微反应器中制备克隆珠群。在pcr后,使模板变性并富集珠以将珠与延伸的模板分离。所选珠上的模板经受允许与载玻片结合的3’修饰。
可用于本公开内容方法中的dna测序技术的另一个实例是iontorrent系统(lifetechnologies,inc.)。iontorrent使用高密度阵列的微机械加工孔以大规模并行方式执行该生化过程。每个孔都有不同的dna模板。孔下面是离子敏感层,其下面是专有的离子传感器。如果将核苷酸(例如c)添加至dna模板然后并入dna的链中,则将释放氢离子。来自该离子的电荷将改变溶液的ph,这可以通过专有的离子传感器检测。测序仪将调用(call)碱基,直接从化学信息变为数字信息。然后,ionpersonalgenomemachine(pgmtm)测序仪依次用一个接一个的核苷酸填充芯片。如果填充芯片的下一个核苷酸不匹配,则不会记录电压变化,也不会调用碱基。如果dna链上有两个相同的碱基,则电压将加倍,芯片将记录调用的两个相同的碱基。因为这是直接检测(没有扫描、没有相机、没有光),以秒来记录每个核苷酸的并入。
可以在本公开内容方法中使用的测序技术的另一个实例包括pacificbiosciences的单分子实时(smrttm)技术。在smrttm中,四种dna碱基中的每一种与四种不同荧光染料中的一种连接。这些染料是磷酸连接的。单个dna聚合酶在零模式波导(zmw)的底部用单分子模板单链dna固定。zmw是一种限制结构,其能够在迅速扩散进出zmw的荧光核苷酸的背景(以微秒为单位)下观察到通过dna聚合酶对单个核苷酸的并入。将核苷酸并入生长中的链中需要几毫秒。在此期间,荧光标记被激发并产生荧光信号,荧光标签被切除。染料的相应荧光的检测表明并入了哪种碱基。重复该过程。
另一个测序平台包括cga平台(completegenomics)。cga技术基于制备环状dna文库和滚环扩增(rca)以产生排列在固体支持物上的dna纳米球(drmanac等,2010)。completegenomics的cga平台使用称为组合探针锚定连接(cpal)的新策略进行测序。该过程从锚定分子与一种独特的衔接子之间的杂交开始。用特异性荧光团标记四个简并9-mer寡核苷酸,所述荧光团对应于探针第一位置中的特定核苷酸(a、c、g或t)。序列测定发生在其中正确的匹配探针与模板杂交并使用t4dna连接酶与锚连接的反应中。在连接的产物成像后,连接的锚-探针分子变性。使用新的荧光标记的9-mer探针组重复杂交、连接、成像和变性的过程五次,其在n+1,n+2,n+3和n+4位置含有已知碱基。
另一种测序平台包括纳米孔测序(oxfordnanopore)。纳米孔检测阵列描述于us2011/0177498;us2011/0229877;us2012/0133354;wo2012/042226;wo2012/107778中,并且已经用于核酸测序,如us2012/0058468;us2012/0064599;us2012/0322679和wo2012/164270中所描述,其全部均通过引用并入本文。可以使用纳米孔对单个dna分子直接测序,而无需中间pcr扩增步骤或化学标记步骤或无需光学仪器来鉴定化学标记。可商购的纳米孔核酸测序单元由oxfordnanopore(oxford,unitedkingdom)开发。gridiontm系统和小型化的miniontm装置设计成提供分子传感的新品质,例如实时数据流、改进的简洁性、工作流程的效率和可扩展性以及对目的分子的直接分析。使用oxfordnanopore纳米孔测序平台,通过在该膜上设置电压使离子电流通过纳米孔。如果分析物通过孔或在其开口附近,则此事件产生特征性的电流中断。该电流的测量使得可以鉴定所讨论的分子。例如,该系统可用于区分四种标准dna碱基g、a、t和c以及经修饰的碱基。它可用于鉴定靶蛋白、小分子或获得丰富的分子信息,例如以辨别布洛芬的对映体或研究分子结合动力学。这些纳米孔阵列可用于每种分析物类型特定的科学应用;例如,当测序dna时,该技术可用于重测序、从头测序和表观遗传学。
iii.定义
如本文所用,“扩增”是指用于增加核苷酸序列的拷贝数的任何体外方法。核酸扩增导致核苷酸并入到dna或rna中。如本文所用,一个扩增反应可以由许多轮dna复制组成。例如,一个pcr反应可以由变性和复制的30-100个“循环”组成。
“聚合酶链式反应”或“pcr”意指通过dna互补链的同时引物延伸来体外扩增特定dna序列的反应。换句话说,pcr是用于制备侧翼为引物结合位点的靶核酸的多个拷贝或复制物的反应,该反应包括以下步骤的一个或更多个重复:(i)靶核酸变性,(ii)引物与引物结合位点退火,以及(iii)在核苷三磷酸存在下通过核酸聚合酶延伸引物。通常,反应通过在热循环仪器中对于每个步骤优化的不同温度进行循环。特定温度、每个步骤的持续时间和步骤之间的变化率取决于本领域普通技术人员公知的许多因素,例如参考文献:mcpherson等,编辑,pcr:apracticalapproachandpcr2:apracticalapproach(irlpress,oxford,分别1991和1995)所示例的。
“引物”意指天然或合成的寡核苷酸,其在与多核苷酸模板形成双链体时能够充当核酸合成的起始点并且从其3′末端沿着模板延伸,从而形成延伸的双链体。在延伸过程中添加的核苷酸序列由模板多核苷酸的序列决定。通常引物通过dna聚合酶延伸。引物通常具有与其在引物延伸产物的合成中的用途相容的长度,并且通常为8至100个核苷酸的长度,例如10至75、15至60、15至40、18至30、20至40、21至50、22至45、25至40等,更通常为18-40、20-35、21-30个核苷酸长度,以及所述范围之间的任何长度。典型的引物可以为10-50个核苷酸长度,例如15-45、18-40、20-30、21-25等,以及所述范围之间的任何长度。在一些实施方案中,引物的长度通常不超过约10、12、15、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、40、45、50、55、60、65或70个核苷酸。
如本文所用,核酸“区域”或“结构域”是任何长度的连续核苷酸段。
如本文所用,“并入”意指成为核酸聚合物的一部分。
“核苷”是碱基-糖组合,即缺少磷酸的核苷酸。本领域认识到,术语核苷和核苷酸的使用存在一定的可互换性。例如,核苷酸脱氧尿苷三磷酸dutp是脱氧核糖核苷三磷酸。在并入dna中后,其用作dna单体,形式上是脱氧尿苷酸,即dump或脱氧尿苷一磷酸。可以说将dutp并入了dna中,即使在所得dna中不存在dutp部分。类似地,可以说将脱氧尿苷并入了dna中,即使其只是底物分子的一部分。
如本文所用,“核苷酸”是本领域的术语,是指碱基-糖-磷酸组合。核苷酸是核酸聚合物(即dna和rna)的单体单元。该术语包括核糖核苷酸三磷酸,例如ratp、rctp、rgtp或rutp,以及脱氧核糖核苷酸三磷酸,例如datp、dctp、dutp、dgtp或dttp。
术语“核酸”或“多核苷酸”通常是指包含至少一个核碱基的dna、rna、dna-rna嵌合体或其衍生物或类似物的至少一个分子或链,所述核碱基为例如,在dna中发现的天然存在的嘌呤或嘧啶碱基(例如,腺嘌呤“a”、鸟嘌呤“g”、胸腺嘧啶“t”和胞嘧啶“c”)或在rna中发现的天然存在的嘌呤或嘧啶碱基(例如,a、g、尿嘧啶“u”和c)。术语“核酸”涵盖术语“寡核苷酸”和“多核苷酸”。如本文所用,“寡核苷酸”共同地且可互换地涉及本领域的两个术语“寡核苷酸”和“多核苷酸”。应注意,尽管寡核苷酸和多核苷酸是本领域不同的术语,但在本文中它们之间没有确切的分界线,并且可互换使用。术语“衔接子”也可与术语“寡核苷酸”和“多核苷酸”互换使用。此外,术语“衔接子”可表示线性衔接子(单链或双链)或茎-环衔接子。这些定义通常是指至少一个单链分子,但在一些具体实施方案中还包括与至少一个单链分子部分、基本上或完全互补的至少一个另外的链。因此,核酸可以包括至少一个双链分子或至少一个三链分子,其包含含有分子链的特定序列的一个或更多个互补链或“互补序列”。如本文所用,单链核酸可以用前缀“ss”表示,双链核酸可以用前缀“ds”表示,三链核酸可以用前缀“ts”表示。
“核酸分子”或“核酸靶分子”是指包含标准典型碱基、超修饰碱基、非天然碱基或其碱基的任何组合的任何单链或双链核酸分子。例如但不限于,核酸分子包含四种典型dna碱基-腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和胸腺嘧啶,和/或四种典型rna碱基-腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和尿嘧啶。当核苷含有2′-脱氧核糖基团时,尿嘧啶可以取代胸腺嘧啶。核酸分子可以从rna转化为dna,以及从dna转化为rna。例如但不限于,可以使用逆转录酶使mrna产生互补dna(cdna),并且可以使用rna聚合酶使dna产生rna。核酸分子可以是生物或合成来源的。核酸分子的实例包括基因组dna、cdna、rna、dna/rna杂合体、扩增的dna、预先存在的核酸文库等。核酸可以获自人样品,例如血液、血清、血浆、脑脊液、面颊刮屑(cheekscrapings)、活组织检查、精液、尿液、粪便、唾液、汗液等。核酸分子可以进行多种处理,例如修复处理和片段化处理。片段化处理包括机械、声波和水动力剪切。修复处理包括通过延伸和/或连接进行切口修复、削平以产生平端、去除受损碱基,例如脱氨基、衍生化、无碱基或交联核苷酸等。目的核酸分子也可以进行化学修饰(例如,亚硫酸氢盐转化、甲基化/去甲基化)、延伸、扩增(例如,pcr、等温等)等。
为“互补”或“互补序列”的核酸是能够根据标准watson-crick、hoogsteen或反向hoogsteen结合互补规则进行碱基配对的核酸。如本文所用,术语“互补”或“互补序列”可以指基本上互补的核酸,如可以通过与上述相同的核苷酸比较来评估。术语“基本上互补”可以指包含能够与至少一个核酸链或双链体杂交的连续核碱基或半连续核碱基(如果在分子中一个或更多个核碱基部分不存在)的至少一个序列的核酸,即使少于全部的核碱基不与对应物核碱基碱基配对。在某些实施方案中,“基本上互补”的核酸包含至少一个序列,其中核碱基序列的约70%、约71%、约72%、约73%、约74%、约75%、约76%、约77%、约77%、约78%、约79%、约80%、约81%、约82%、约83%、约84%、约85%、约86%、约87%、约88%、约89%、约90%、约91%、约92%、约93%、约94%、约95%、约96%、约97%、约98%、约99%至约100%和其中的任何范围能够在杂交过程中与至少一个单链或双链核酸分子碱基配对。在某些实施方案中,术语“基本上互补”是指可在严格条件下与至少一个核酸链或双链体杂交的至少一个核酸。在某些实施方案中,“部分互补”的核酸包含可在低严格条件下与至少一个单链或双链核酸杂交的至少一个序列,或包含至少一个这样的序列:其中核碱基序列的少于约70%能够在杂交过程中与至少一个单链或双链核酸分子碱基配对。
术语“非互补”是指缺乏通过特定氢键形成至少一个watson-crick碱基对的能力的核酸序列。
本文所用的术语“连接酶”是指能够将一个核酸分子的3′羟基端连接到第二核酸分子的5′磷酸端以形成单个分子的酶。连接酶可以是dna连接酶或rna连接酶。dna连接酶的实例包括大肠杆菌(e.coli)dna连接酶、t4dna连接酶和哺乳动物dna连接酶。
“样品”意指从含有目的核酸的新鲜或保存的生物样品或合成产生的来源获得或分离的材料。在某些实施方案中,样品是含有可寻找数据或信息的可变免疫区的生物材料。样品可包括怀疑含有目的免疫核酸的至少一种细胞、胎儿细胞、细胞培养物、组织试样、血液、血清、血浆、唾液、尿液、泪液、阴道分泌物、汗液、淋巴液、脑脊液、粘膜分泌物、腹膜液、腹水、粪便物质、身体渗出物、脐带血、绒毛膜绒毛(chorionicvilli)、羊水、胚胎组织、多细胞胚胎、裂解物、提取物、溶液或反应混合物。样品还可以包括非人来源,例如非人灵长类动物、啮齿类动物和其他哺乳动物,其他动物、植物、真菌、细菌和病毒。
如本文关于核苷酸序列所用,“基本上已知”是指具有足够的序列信息以允许制备核酸分子,包括其扩增。这通常为约100%,但在一些实施方案中,衔接子序列的某些部分是随机的或简并的。因此,在一些具体实施方案中,基本上已知是指约50%至约100%、约60%至约100%、约70%至约100%、约80%至约100%、约90%至约100%、约95%至约100%、约97%至约100%、约98%至约100%、或约99%至约100%。
iv.试剂盒
本文的技术包括用于在样品中产生靶核酸文库的试剂盒。“试剂盒”是指物理元件的组合。例如,试剂盒可以包含,例如,一种或更多种组分,例如具有或不具有保护物寡核苷酸的沉降子和探针,以及特异性引物、酶、反应缓冲液、说明书和对实践本文描述的技术有用的其他元件。这些物理元件可以以适合于实施本公开内容的任何方式布置。
试剂盒的组分可以以水性介质或冻干形式包装。试剂盒的容器装置通常包括至少一个小瓶、试管、烧瓶、瓶、注射器或其他容器装置,其中可以放置组分,并且优选地适当地等分(例如,等分到微量滴定板的孔中)。在试剂盒中存在多于一种组分的情况下,试剂盒通常还包含第二、第三或其他另外的容器,其中可以单独放置另外的组分。然而,组分的多种组合可以包含在单个小瓶中。本公开内容的试剂盒通常还包含用于容纳核酸的装置,以及用于商业销售的紧密限制的任何其他试剂容器。这样的容器可包括注塑或吹塑塑料容器,其中容纳着期望的小瓶。
试剂盒还将包含使用试剂盒组分以及使用试剂盒中未包含的任何其他试剂的说明书。说明书可包括可实施的变化。预期这样的试剂是本公开内容的试剂盒的实施方案。然而,这种试剂盒不限于上面确定的特定项目。
v.实施例
包括以下实施例以说明本公开内容的一些优选实施方案。本领域技术人员应该理解,以下实施例中公开的技术代表发明人发现的在本公开内容的实践中很好地起作用的技术,因此可以认为是构成其实践的优选模式。然而,根据本公开内容,本领域技术人员应当理解,在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下,可以对所公开的具体实施方案进行许多改变并仍然获得相同或相似的结果。
实施例1-利用114重非病原性组的等位基因选择性富集测序
使用阳性和阴性选择两者完成了114重非病原性组。对于114重组使用的完整序列列表,参见表1-3。对于组中一个基因座的变体、野生型、探针和沉降子的序列说明,参见图5。
基因组dna输入样品由498.5ngna18537细胞系dna和1.5ngna18562细胞系dna组成。样品在所有单核苷酸多态性(snp)中具有0.3%的等位基因频率,其中na18537和na18562两者为纯合,但彼此不同。在2.2m读取文库中,每个基因座具有大约10,000x深度,每个基因座有约30个变体读取,如对于0.3%等位基因频率样品所预期的(图3a)。为了富集,探针被设计为na18562snp等位基因,并且沉降子被设计为na18537等位基因。63k读取文库对每个基因座的变体产生类似的读取,而测序深度降低36倍(图3b)。因此,测序成本可降低36倍,同时获得关于稀有突变的类似信息。
分析114重组的每个基因座的富集倍数分布。观察到的中值富集倍数为52,并且90%的变体富集了8倍或更多(图4)。通过探针或沉降子序列或者探针保护物和沉降子保护物化学计量的经验优化,可以改善富集倍数。
另外,还考虑了仅使用阴性选择的组,其中仅消耗野生型等位基因并因此不需要知道变体的序列。
实施例2-利用118重非病原性组的等位基因选择性富集测序
将扩增子与变体特异性探针和野生型特异性沉降子杂交以富集目的变体(图8a)。根据(zhang,2012)中描述的热力学和动力学原理,将探针和沉降子实施为部分双链立足点探针。将探针与通用生物素化寡核苷酸杂交,以允许与探针结合的扩增子的基于磁珠的分离。使用标准深度测序将ngs读取映射至变体snp等位基因和野生型等位基因。输入为30ng的两种人基因组dna(gdna)样品na18562和na18537的0.2%∶99.8%混合物。对于该组中的118个snp中的每一个,na18562和na18537对于不同的等位基因是纯合的;这里na18537等位基因被认为是野生型等位基因,因此对于所有118个snp,样品为0.2%变异等位基因频率(vaf)。ngs结果与预期一致(图8b)。使用ases将ngs读取映射至变体snp等位基因和野生型等位基因。变体读取与野生型读取的中值比为22.4%,表明相对于图8b中所示的标准深度测序,小等位基因富集系数为约100(图8c)。图8d提供了标准深度测序和ases的变体读取分数(vrf,变体读取除以映射至每个snp基因座的总读取)的分布。
基于asesvrf估计样品vaf。图9a显示了vrf、vaf和富集倍数e之间的一致且可预测的关系。点表示来自7个不同ngs文库的实验结果,其中输入样品具有0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、0.7%、1%、2%的已知vaf。实线显示了最佳拟合至所示三个snp的不同e值的理论曲线。右图绘制了在非线性变换下的vaf和vrf。log10(f(vrf))与log10(f(vaf))的线性相关常数r2表示拟合参数e的置信度和从vrf推断vaf的准确度。图9b显示非病原性ases组中118个snp基因座的r2分布。从图中省略了一个r2<0的离群snp基因座。图9c示出了best-te的分布。误差条示出了每个snp的线性t与7个数据点的均方根误差(rmse)。星号代表一个snp,其中0.1%vaf文库在snp基因座中没有足够的读取以允许vrf定量;使用其他6个数据点的snp拟合e。图9d显示了不同碱基取代类型的拟合e的分布。单向anova指示p值为0.21,表明在e中可能几乎没有基于序列的偏差。图9e基于观察到的vrf和拟合e来观察推断的vaf的准确性。这里,进行留一法(leave-one-out):e与每个snp的7个数据点中的6个拟合,并且用于基于vrf计算最后数据点的vaf。对于标准深度测序,基于vrf的vaf定量示于图9f中。深度测序和ases的vaf定量准确度相似。图9g显示了118个不同扩增子中ngs读取均一性,通过ngs读取的累积分布图与基因座数目(洛伦兹曲线)可视化。基尼指数(giniindex)g表示累积分布图与完全相等虚线之间面积加倍(double)(g=0表示完全相等,g=1表示完全不相等,其中所有读取都在单个基因座中)。观察到深度测序和ases的g值相似。
实施例3-利用112重癌症突变组的等位基因选择性富集测序
基于可操作突变的国家综合癌症网络(nationalcomprehensivecancernetwork,nccn)指南,产生癌症突变组。该组涵盖分布在42个扩增子之间的112个可操作突变(图10a)。显示了相应癌症类型的突变分布,以及每个基因上剖析的突变数目。图10b显示了扩增子上潜在的癌症突变的分布。类型1(分离的突变)类似于图9a-g中所示的ngs组中剖析的snp。类型2(稀少突变)具有共定位在同一扩增子上的多个突变,但每个突变离其他突变足够远,我们不期望每个突变的探针与沉降子之间有任何干扰。类型3(聚类突变)具有全部共定位在小窗口内的多个突变,因此相同的野生型沉降子可以应用于聚类中的所有突变。类型4(复杂群组)具有突变聚类,其彼此并不充分接近以被同的野生型沉降子覆盖,并且需要更复杂和次优的探针和沉降子设计。图10c显示使用标准深度测序(左)和ases(右)将ngs映射至癌症突变与野生型的ngs读取。在这里,输入为30ng人基因组dna(na18537),混合有具有0.1%vaf的每种剖析的突变的合成dna分子。应注意,因为多个热点突变具有相同的野生型,所以在多个不同的突变基因座重复绘制相同的野生型读取;当考虑总读取时,这些野生型读取仅计数一次。图10d显示在聚集(左)和通过共定位类型分选(右)两者中,观察到的富集倍数e的分布。突变共定位类型似乎显著影响e,类型1是表现最好的,类型4是表现最差的。图10e显示horizoncfdna参照样品(hd780multiplexi)上癌症突变组的验证。来自ases的推断vaf通常与horizon产品插页提供的标称vaf一致。
临床cfdna样品上ases癌症突变组的验证显示于图11a-b中。图11a提供了通过深度测序在6个样品中以及通过ases在64个样品中称为突变的总结。由于所需的ngs读取减少,ases的所有64个样品使用单次miseq运行进行剖析,而用于深度测序的6个样品需要2个单独的miseq芯片。如果在每个基因座基础上,推断的vaf比中值误差率大3个标准偏差,则ases组调用突变。如果在每个基因座基础上,推断的vaf大于误差率的两倍,则深度测序组调用突变。甚至在来自健康供体的cfdna中也发现了大量的癌症突变,推断的vaf为0.01%至1%。图11b提供了相同临床cfdna样品的相等大小等分样品上ases与深度测序的并排比较。
表1.示例性探针
表2.示例性沉降子
表3.示例性pcr引物
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根据本公开内容,无需过度实验即可进行和执行本文公开和要求保护的所有方法。虽然已经根据优选实施方案描述了本公开内容的组合物和方法,但是对于本领域技术人员明显的是,在不脱离本公开内容的概念、精神和范围的情况下,可以对本文所述的方法和方法的步骤或步骤顺序进行变化。更具体地,明显的是,化学和生理学相关的某些试剂可以代替本文所述的试剂,同时可以获得相同或相似的结果。对于本领域技术人员明显的是,所有这些类似的替代和修改被认为是在由所附权利要求限定的本公开内容的精神、范围和概念内。
参考文献
以下参考文献以其提供示例性程序或补充本文所示内容的其他细节的程度具体地通过引用并入本文。
美国专利号4,683,195
美国专利号4,683,202
美国专利号4,800,159
美国专利号6,664,079
美国专利号8,612,161
美国专利号8,623,598
美国专利号9,284,602
美国专利公开号2009/0026082
美国专利公开号2010/0137143
美国专利公开号2010/0282617
美国专利公开号2016/0326600
美国专利公开号2016/0340727
美国专利公开号2017/0029875
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序列表
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