$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
W tym miejscu demonstrujemy zestaw protokołów sekwencjonowania z korekcją błędów, które można łatwo wdrożyć do badania mutacji z niskimi VAF w różnych chorobach. Najważniejszym czynnikiem jest włączenie UMI do każdej cząsteczki przed sekwencjonowaniem, ponieważ umożliwiają one korekcję błędów surowych odczytów. Opisane tutaj metody pozwalają naukowcom na włączenie niestandardowych UMI zarówno do dostępnych na rynku paneli genowych, jak i samodzielnie zaprojektowanych oligonukleotydów specyficznych dla genów.
Standardowy protokół NGS wyklucza wykrycie mutacji z VAF poniżej 2% ze względu na wskaźnik błędów sekwencjonowania, a to ogranicza zastosowanie NGS w badaniach, w których kluczowe jest wykrycie rzadkich wariantów. Omijając standardowy poziom błędów NGS, ECS umożliwia czułe wykrywanie tych surowych wariantów. Na przykład wykrycie mutacji patogennych, gdy te mutacje pojawiają się po raz pierwszy (a więc przy niskim VAF) jest niezbędne do wczesnej interwencji w chorobie14,15. W badaniach nad białaczką wykrycie minimalnej choroby resztkowej (resztkowe komórki białaczkowe po leczeniu) informuje o stratyfikacji ryzyka i może być wykorzystane do informowania o opcjach leczenia w sposób, w jaki nie mogą tego zrobić oceny cytometrii binarnej przepływu. Ponadto ECS ma zastosowanie do wykrywania krążącego kwasu nukleinowego guza i oceny potencjału przerzutowego u pacjentów z guzami litymi poprzez ocenę obecności/braku, a także obciążenia wariantami niektórych mutacji, które są charakterystyczne dla guza pierwotnego16.
Jak pokazano w tabeli 1, moc wykorzystania modelu błędów opartego na rozkładzie dwumianowym i specyficznym dla pozycji do wywoływania wariantów zależy w dużej mierze od liczby sekwencjonowanych bibliotek, a także od głębokości sekwencjonowania użytego do zbudowania modelu błędów. Solidność modelu błędu wzrasta wraz ze wzrostem liczby próbek i większą głębokością sekwencjonowania. Zaleca się użycie co najmniej 10 sekwencjonowanych próbek ze średnim pokryciem odczytu z korekcją błędów wynoszącym 3000x na próbkę w celu zbudowania profilu błędów dla każdej próbki. Podejście oparte na konkretnej pozycji jest podobne do podejścia MAGERI, ale zamiast stosowania zagregowanego poziomu błędu dla wszystkich sześciu różnych typów podstawień (A>C/T>G, A>G/T>C, A>T/T>A, C>A/G>T, C>G/G>C, C>T/G>A)13, Każdą substytucję modelujemy niezależnie na każdej pozycji. Na przykład poziom błędu C>T w danej pozycji genomowej różni się od innego położenia. Nasze podejście uwzględnia również efekt partii sekwencjonowania, ponieważ podstawowy współczynnik substytucji obserwowany w jednym przebiegu sekwencjonowania może różnić się od innego przebiegu. Dlatego ważne jest, aby modelować każdą pozycję dla wszystkich typów podstawień, zwłaszcza gdy próbki z różnych serii sekwencjonowania są łączone w celu zbudowania modelu.
Ważną kwestią przy projektowaniu eksperymentu ECS jest pożądany próg wykrywalności. Piękno badań NGS polega na tym, że można je łatwo skalować pod względem genów/celów będących przedmiotem zainteresowania, progu wykrywania (podyktowanego głębokością sekwencjonowania) i liczby badanych osób. Na przykład, jeśli naukowcy są zainteresowani znalezieniem rzadkich mutacji w dwóch amplikonach o progu wykrywania 0,0001, mogą zebrać maksymalnie 75 próbek w jednym cyklu sekwencjonowania przy użyciu chemii MiSeq V2, która generuje do 15 milionów odczytów (2 amplikony * 10 000 cząsteczek * 10 odczytów w celu korekcji błędów * 75 próbek = 15 milionów odczytów sekwencjonowania). Naukowcy mogą zmieniać liczbę cząsteczek poddawanych sekwencjonowaniu lub liczbę zbiorczych próbek w jednym cyklu sekwencjonowania, aby dostosować próg wykrywania. W naszych badaniach naszym celem było znalezienie mutacji o progu detekcji 0,0001 VAF (1:10 000) przy użyciu panelu genów Illumina. Rutynowo używamy 250 ng wyjściowego DNA, aby zapewnić wychwycenie wystarczającej ilości cząsteczek w celu osiągnięcia wyżej wymienionego progu wykrywalności. Naukowcy mogą zdecydować się na rozpoczęcie od mniejszej ilości DNA (zalecane jest 50 ng), jeśli pożądana granica wykrywalności wynosi >0,001 VAF.
Ponieważ UMI są dołączane do indeksów i5, ustawienia sekwencjonowania muszą zostać odpowiednio zmienione. Na przykład użyliśmy 16 N UMI, a ustawienia sekwencjonowania to 2x144 sparowane odczyty końcowe, 8 cykli indeksu 1 i 16 cykli indeksu 2, w przeciwieństwie do zwykłych 8 cykli indeksu 2. Wzrost cyklu Indeksu 2 jest kompensowany spadkiem całkowitej liczby cykli przypisanych do odczytów. Jeśli badacze zdecydują się na użycie 12N UMI 10,17, ustawienia powinny zostać zmienione na 12 cykli indeksu 2.
Ta metoda sekwencjonowania oparta na UMI jest zoptymalizowana pod kątem korygowania błędów sekwencjonowania. Pozostaje nieoptymalna w radzeniu sobie z jackpottingiem PCR, który jest problemem dla wszystkich metod opartych na amplifikacji. Przeprowadziliśmy rundy walidacji post-sekwencjonowania i post-bioinformatycznej przy użyciu ddPCR i prawie nie wykrywamy żadnych fałszywych alarmów z powodu jackpotowania PCR. Niemniej jednak zaleca się, aby naukowcy przeprowadzili eksperymenty przy użyciu polimerazy o wysokiej wierności, aby zapewnić niskie błędy amplifikacji.