利用纳米孔测序技术解析肿瘤基因组结构变异、非整倍性
变异及肿瘤异质性

癌症是一种基因组疾病，除了染色体数目异常变异之外，还存在数千种大规模的
缺失、重复和易位等变异。

图1 两个肺癌细胞系的全基因组测序。结果显示每个样本均有不同程度的重复、缺失和易位等变异。
a)H441细胞系b)A549细胞系

利用全基因组测序解析两个肺癌细胞系大规模不同类型的
的缺失、重复、易位以及非整倍性变异的基因组图谱

同一患者的肿瘤细胞中经常发现DNA重组，正常细胞中则没有发现。这些重组
包括不同类型的结构变异（SV）：拷贝数变异，染色体内及染色体间重组，以及转座
子和其他外源序列的插入。很多重组不会直接导致癌症扩散，但是一些关键基因的改
变能够促使肿瘤形成。癌症的SV分析可以用于表征特殊肿瘤类型，从而针对性地采
用不同地治疗方式。癌症SV通常是复杂的或者大规模的基因重组，并且只能通过能
够完整测到整个重组基因的长度长测序来解决。为了研究纳米孔长度长测序在揭示癌
症SVs中的应用，我们对两个肺癌细胞系NCI-H441和 A549进行了基因组DNA提
取，文库制备并在GridIONTM上完成了测序。已知这两种细胞系都有大量的结构变
异。NCI-H441和 A549的测序覆盖度分别为19.5X和15X。我们用ngmlr将测序结
果与人类基因组序列进行比对，并参考图1制作了覆盖度分析图。覆盖度值与这些样
品已公开的核型图非常接近。

图2 对两个细胞系染色体内和染色体间重组的进一步分析
a) A549的Circos图 b) KRAS基因的 SNPs c) H441的 KRAS基因重复 d) H441的Circos图

两个肺癌细胞系均在KRAS信号转导 GTP酶基因中发生
点突变，此外还有染色体内和染色体间重组

为了检测SV，我们用sniffles进行比对，若5个及以上reads仍不能确定其SVs
类型则排除。我们对每个细胞系作Circos图（图2），可以看到大量的染色体内和染
色体间重组。除此之外，已知这两个细胞系都在12号染色体相邻位置的KRAS基因
中具有非同义突变。A549在25245351（G12S）处发生C→T碱基转换，H441在
25245350（坐标hg38）处发生C→A碱基颠换。这些突变都清晰的展现在测序数据
中（图2b）。我们的reads检测到H441的C→A碱基颠换的比例约为2:1，与已经
公布的H441细胞系12号染色体是三倍体结果一致。图2d展示了两个细胞系在12
号染色体的12p12.1区域1kb区间的标准覆盖度。与A549相比，H441的KRAS基
因及其周围区域具有更高的标准覆盖度。通过纳米孔技术测序，我们可以更加清晰地
发现数量更多、长度更小的基因组重复。这些结果充分显示了纳米孔长度长测序可用
于肿瘤基因组DNA分析，并能够鉴定比核型图分辨率更高的SVs。