$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Fuzja dwóch lub więcej genów w jedną jednostkę transkrypcyjną może nastąpić w wyniku dużych zmian chromosomowych, w tym delecji, duplikacji, insercji, inwersji i translokacji. Poprzez zmienioną kontrolę transkrypcji i/lub zmienione właściwości funkcjonalne produktu wyrażonego genu, te geny fuzyjne mogą nadawać właściwości onkogenne komórkom nowotworowym1. W wielu przypadkach wiadomo, że geny fuzyjne działają jako główne czynniki onkogenne poprzez bezpośrednią aktywację szlaków proliferacji komórkowej i przeżycia.
Kliniczne znaczenie fuzji genów dla pacjentów z rakiem po raz pierwszy stało się oczywiste wraz z odkryciem chromosomu Philadelphia i odpowiadającego mu genu fuzji BCR-ABL1 w przewlekłej białaczce szpikowej (CML)2. Małocząsteczkowy inhibitor imatynibu mesylan został opracowany specjalnie do tego genu fuzyjnego i wykazał niezwykłą skuteczność u pacjentów z CML BCR-ABL1-dodatnim3. Terapeutyczne ukierunkowanie na fuzje genów onkogennych odniosło również sukces w guzach litych, a hamowanie genów fuzji ALK i ROS1 w niedrobnokomórkowym raku płuca służy jako główne przykłady4,5. Niedawno inhibitor NTRK larotrektynib został zatwierdzony przez FDA do leczenia guzów litych NTRK1/2/3 z dodatnim wynikiem fuzji, niezależnie od miejsca choroby6. Poza doborem terapii, wykrywanie fuzji genów odgrywa również rolę w diagnozowaniu i prognozowaniu choroby. Jest to szczególnie powszechne w różnych podtypach mięsaków i nowotworów hematologicznych, które są diagnostycznie definiowane na podstawie obecności określonych zrostów i/lub dla których obecność zrostu bezpośrednio wpływa na rokowanie7,8,9,10,11. To tylko kilka przykładów klinicznego zastosowania wykrywania fuzji genów u pacjentów z nowotworami.
Ze względu na kluczową rolę w podejmowaniu decyzji klinicznych, dokładne wykrywanie fuzji genów z próbek klinicznych ma kluczowe znaczenie. W laboratoriach klinicznych zastosowano liczne techniki analizy fuzji lub rearanżacji chromosomów, w tym: techniki cytogenetyczne, reakcję łańcuchową polimerazy z odwrotną transkrypcją (RT-PCR), fluorescencyjną hybrydyzację in situ (FISH), immunohistochemię (IHC) i analizę nierównowagi ekspresji 5'/3' (między innymi)12,13,14,15. Obecnie szybko rozszerzająca się lista możliwych do działania fuzji genów w nowotworach spowodowała potrzebę oceny statusu fuzji wielu genów jednocześnie. W związku z tym niektóre tradycyjne techniki, które mogą badać tylko jeden lub kilka genów na raz, stają się nieefektywnymi podejściami, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że kliniczne próbki guza są często bardzo ograniczone i nie można ich podzielić na kilka testów. Sekwencjonowanie nowej generacji (NGS) jest jednak platformą analityczną, która dobrze nadaje się do testowania wielu genów, a testy oparte na NGS stały się powszechne w klinicznych laboratoriach diagnostyki molekularnej.
Obecnie używane testy NGS do wykrywania fuzji/rearanżacji różnią się pod względem użytego materiału wejściowego, chemii użytej do przygotowania biblioteki i wzbogacenia celu, oraz liczby genów pytanych w teście. Testy NGS mogą być oparte na RNA lub DNA (lub obu) wyekstrahowanym z próbki. Chociaż analiza oparta na RNA jest utrudniona przez tendencję próbek klinicznych do zawierania wysoce zdegradowanego RNA, omija ona potrzebę sekwencjonowania dużych i często powtarzających się intronów, które są celem testów fuzji opartych na DNA, ale okazały się trudne do analizy danych NGS16. Strategie wzbogacania celów w testach NGS opartych na RNA można w dużej mierze podzielić na podejścia hybrydowe lub oparte na amplikonie. Chociaż obie strategie zostały z powodzeniem wykorzystane do wykrywania fuzji, każda z nich ma przewagę nad drugą17,18. Testy wychwytywania hybrydowego zazwyczaj skutkują bardziej złożonymi bibliotekami i zmniejszonym zanikiem alleli, podczas gdy testy oparte na amplikonach zazwyczaj wymagają niższego wkładu i skutkują mniejszą liczbą sekwencjonowania poza celem19. Jednak być może głównym ograniczeniem tradycyjnego wzbogacania opartego na amplikonach jest potrzeba stosowania starterów do wszystkich znanych partnerów fuzji. Jest to problematyczne, ponieważ wiadomo, że wiele klinicznie ważnych genów łączy się z dziesiątkami różnych partnerów, a nawet gdyby projekt startera pozwolił na wykrycie wszystkich znanych partnerów, nowe zdarzenia fuzji pozostałyby niewykryte. Niedawno opisana technika określana jako zakotwiczony multipleksowy PCR (lub w skrócie AMP) rozwiązuje ten problem: 20. W AMP "półfunkcjonalny" adapter NGS jest ligowany do fragmentów cDNA, które pochodzą z wejściowego RNA. Wzbogacenie celu uzyskuje się poprzez amplifikację między starterami specyficznymi dla genu a starterem do adaptera. W rezultacie, wszystkie fuzje z genami będącymi przedmiotem zainteresowania, nawet jeśli zaangażowany jest nowy partner do fuzji, powinny zostać wykryte (patrz Rysunek 1). W tym artykule opisano zastosowanie zestawu ArcherDx FusionPlex do guzów litych, testu opartego na NGS, który wykorzystuje AMP do wzbogacania celu i przygotowania biblioteki, do wykrywania onkogennych fuzji genów w próbkach guzów litych (patrz Tabela uzupełniająca 1, aby uzyskać pełną listę genów). Protokół mokrej ławki i etapy analizy danych zostały rygorystycznie zweryfikowane w laboratorium posiadającym certyfikat Clinical Laboratory Improvement Amendments (CLIA).