Die Verschmelzung von zwei oder mehr Genen zu einer einzigen transkriptionellen Einheit kann als Ergebnis großflächiger chromosomaler Variationen auftreten, einschließlich Deletionen, Duplizierungen, Insertionen, Inversionen und Translokationen. Durch veränderte Transkriptionskontrolle und/oder veränderte funktionelle Eigenschaften des exprimierenden Genprodukts können diese Fusionsgene Krebszellen onkogene Eigenschaften verleihen1. In vielen Fällen sind Fusionsgene dafür bekannt, als primäre onkogene Treiber zu fungieren, indem sie die Zellproliferation und Überlebenswege direkt aktivieren.
Die klinische Relevanz von Genfusionen für Krebspatienten wurde erstmals durch die Entdeckung des Philadelphia-Chromosoms und des entsprechenden BCR-ABL1-Fusionsgens bei chronischer myelogenöser Leukämie (CML)2deutlich. Der kleine Molekülinhibitor Imatinib-Mesylat wurde speziell für dieses Fusionsgen entwickelt und zeigte eine bemerkenswerte Wirksamkeit bei BCR-ABL1-positivenCML-Patienten3. Die therapeutische Ausrichtung auf onkogene Genfusionen war auch bei soliden Tumoren erfolgreich, wobei die Hemmung von ALK- und ROS1-Fusionsgenen bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs als primäre Beispiele 4,5dient. Kürzlich wurde der NTRK-Hemmer Larotrectinib von der FDA für NTRK1/2/3 fusionspositive solide Tumoren zugelassen, unabhängig von der Krankheitsstelle6. Neben der Therapieauswahl spielt der Genfusionsnachweis auch eine Rolle in der Krankheitsdiagnose und -prognose. Dies ist besonders häufig bei verschiedenen Sarkom- und hämatologischen Malignitätssubtypen, die diagnostisch durch das Vorhandensein spezifischer Fusionen definiert werden und/oder für die das Vorhandensein einer Fusion direkt die Prognose7,8 , 9 , 10 , 11. Dies sind nur einige Beispiele für die klinische Anwendung der Genfusionserkennung für Krebspatienten.
Aufgrund der entscheidenden Rolle bei der klinischen Entscheidungsfindung ist der genaue Genfusionsnachweis aus klinischen Proben von entscheidender Bedeutung. Zahlreiche Techniken wurden in klinischen Laboratorien für Fusions- oder chromosomale Umlagerungsanalysen eingesetzt, darunter: zytogenetische Techniken, Reverse-Transkriptionspolymerase-Kettenreaktion (RT-PCR), Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH), Immunhistochemie (IHC) und 5'/3' Expressionsungleichgewichtsanalyse (unter anderem)12,13,14,15. Derzeit hat die schnell wachsende Liste von umsetzbaren Genfusionen bei Krebs dazu geführt, dass der Fusionsstatus mehrerer Gene gleichzeitig bewertet werden muss. Folglich werden einige traditionelle Techniken, die nur ein oder wenige Gene gleichzeitig abfragen können, zu ineffizienten Ansätzen, insbesondere wenn man bedenkt, dass klinische Tumorproben oft sehr endlich sind und nicht auf mehrere Assays aufgeteilt werden können. Die Sequenzierung der nächsten Generation (NGS) ist jedoch eine Analyseplattform, die sich gut für Multi-Gen-Tests eignet, und NGS-basierte Assays sind in klinischen molekulardiagnostischen Laboratorien üblich geworden.
Derzeit verwendete NGS-Assays für die Fusions-/Rearrangement-Erkennung variieren in Bezug auf das verwendete Eingabematerial, die für die Bibliotheksvorbereitung und Zielanreicherung eingesetzten Chemikalien und die Anzahl der Gene, die im Rahmen eines Tests abgefragt werden. NGS-Assays können auf RNA oder DNA (oder beidem) basieren, die aus der Probe extrahiert werden. Obwohl die RNA-basierte Analyse durch die Tendenz klinischer Proben behindert wird, stark degradierte RNA zu enthalten, umgeht sie die Notwendigkeit, große und oft sich wiederholende Introns zu sequenzieren, die das Ziel von DNA-basierten Fusionstests sind, sich aber für NGS als schwierig erwiesen haben. Datenanalyse16. Zielanreicherungsstrategien für RNA-basierte NGS-Assays lassen sich weitgehend in hybride Erfassung oder ampliconvermittelte Ansätze unterteilen. Während beide Strategien erfolgreich für die Fusionserkennung eingesetzt wurden, enthält jede von ihnen Vorteile gegenüber den anderen17,18. Hybride Erfassungsassays führen in der Regel zu komplexeren Bibliotheken und reduziertem Allelic-Aussetzer, während ampliconbasierte Assays im Allgemeinen weniger Input erfordern und zu weniger Off-Target-Sequenzierung19führen. Die primäre Einschränkung der traditionellen Amplikon-basierten Anreicherung ist jedoch vielleicht die Notwendigkeit von Primern für alle bekannten Fusionspartner. Dies ist problematisch, da viele klinisch wichtige Gene bekanntermaßen mit Dutzenden von verschiedenen Partnern verschmelzen, und selbst wenn das Primerdesign den Nachweis aller bekannten Partner erlaubt, blieben neuartige Fusionsereignisse unentdeckt. Eine kürzlich beschriebene Technik, die als verankerte Multiplex-PCR (kurz AMP) bezeichnet wird, behebt diese Einschränkung20. In AMP wird ein "halbfunktioneller" NGS-Adapter zu cDNA-Fragmenten ligiert, die aus Input-RNA abgeleitet werden. Die Zielanreicherung wird durch Verstärkung zwischen genspezifischen Primern und einem Primer am Adapter erreicht. Daher sollten alle Fusionen zu Genen von Interesse nachgewiesen werden, selbst wenn ein neuartiger Fusionspartner beteiligt ist (siehe Abbildung 1). Dieser Artikel beschreibt die Verwendung des ArcherDx FusionPlex Solid Tumor Kits, eines NGS-basierten Assays, der AMP für die Zielanreicherung und Bibliotheksvorbereitung verwendet, zum Nachweis onkogener Genfusionen in soliden Tumorproben (siehe Ergänzende Tabelle 1 für vollständige Genliste). Das Wet-Bench-Protokoll und die Datenanalysewurden in einem CLIA-zertifizierten Labor (Clinical Laboratory Improvement Amendments) streng validiert.