精确到单个分子:无扩增单分子测序技术揭示神经退行性疾病的遗传根源

学术   科学   2024-10-16 07:30   北京  

本文通过ChatGLM/GPT进行辅助对近期Bio-protocol 期刊发表的方案进行解读和概括,若感兴趣请点击“阅读原文”查看详细的实验流程及试材。如果解读中有任何错误或遗漏,敬请指正

2024年9月5日,Bio-protocol 期刊在线发表了加利福尼亚大学旧金山分校(University of California San Francisco)Claire D. Clelland团队题为“Single-Molecule Sequencing of the C9orf72 Repeat Expansion in Patient iPSCs”的方法文章。

https://doi.org/10.21769/BioProtoc.5060
关键词C9orf72 单分子测序 无扩增 重复扩增 iPS细胞

单分子测序(Single-molecule sequencing)是一种先进的DNA测序技术,直接在单个DNA分子上进行测序,而无需事先进行PCR扩增。这种技术可以提供非常精确和详细的遗传信息,因为它允许科学家观察和分析每一个分子的独特序列特征

肌萎缩性侧索硬化症(ALS)和额颞型痴呆(FTD)是两种严重的神经退行性疾病,它们在遗传上最常见的原因是C9orf72基因内含子中的六核苷酸GGGGCC重复扩展。研究表明,正常个体的C9orf72基因通常包含少于10个重复,而病态等位基因中的重复数量可达数千个。这一重复扩展的准确测量对于临床诊断及深入理解C9orf72在健康和疾病中的功能至关重要。然而,由于该区域GC含量高且序列重复,传统的PCR扩增和短读序列测序方法往往难以应用于此。虽然长范围PCR和Southern blot方法已被用于临床诊断和研究,但它们在处理超过145个重复的序列时存在失败的风险,并且需要大量的DNA输入。因此,开发一种更为准确和敏感的测序策略对于这些疾病的遗传研究及临床应用具有重要意义


  • 利用CRISPR/Cas9系统直接从高分子量的裸DNA中切除含C9orf72重复扩展的区域,避免了传统PCR扩增的失败问题,特别是在GC富含和重复序列区域。

  • 这种方法不仅适用于从患者衍生的诱导多能干细胞(iPSCs)提取的DNA,还可用于任何类型的细胞、血液或组织DNA。

  • 除了精确测量重复扩展外,单分子测序还能提供关于每个等位基因的甲基化信息,有助于深入理解遗传多样性和病理机制。

  • 神经退行性疾病的遗传诊断
    通过精确测量C9orf72基因中的重复扩展,可以为肌萎缩性侧索硬化症(ALS)和额颞型痴呆(FTD)等疾病提供更准确的遗传诊断。
  • 细胞系克隆性与编辑效果评估
    ‍在细胞工程和基因编辑研究中,该方法能够评估细胞系的克隆性和基因编辑的结果,特别是在目标序列为重复扩展区域时。
  • 个体遗传差异研究
    单分子测序提供的详尽信息可以用于研究同一个体中不同等位基因的差异,包括甲基化模式等遗传修饰,有助于深入了解遗传变异的个体差异。


这个方法的可重复性已经被本文作加利福尼亚大学旧金山分校(University of California San Francisco)Claire D. Clelland团队验证过,相关实验数据与结果发表在Sci Rep,DOI:10.1038/s41598-023-50667-3

温馨提示:积极引用本文不仅是对作者创新技术和科研共享的最佳肯定,也是确保实验可复现性的重要方式。

Tsai, Y. C., Brown, K. A., Bernardi, M. T., Harting, J. and Clelland, C. D. (2024). Single-Molecule Sequencing of the C9orf72 Repeat Expansion in Patient iPSCs. Bio-protocol14(17): e5060. DOI: 10.21769/BioProtoc.5060.

Salomonsson, S. E., Maltos, A. M., Gill, K., Aladesuyi Arogundade, O., Brown, K. A., Sachdev, A., Sckaff, M., Lam, K. J. K., Fisher, I. J., Chouhan, R. S., et al. (2024). Validated assays for the quantification of C9orf72 human pathology. Sci Rep. 14(1): 828.

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