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项目文章|基于纳米孔测序破译肝癌中HBV病毒基因组完整整合模式


肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是目前常见的恶性肿瘤之一,前人研究发现,近半HCC病例与乙肝病毒(Hepatitis B virus,HBV)整合相关。本文首次采用Nanopore单分子测序技术与三代信息分析技术结合,对肝癌中病毒整合的完整模式进行了研究,直观地解析出病毒整合插入的完整序列,以及两端端点与结构变异的密切关系。本研究确定了HBV的整合模式,为通过基因编辑技术有效删除HBV序列提供了依据,也为病毒整合机制研究提供了新的导向策略。贝纳基因承担了本研究中肝癌细胞的DNA测序工作。

 

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英文标题:The integration model of hepatitis B virus genome in hepatocellular

carcinoma cells based on high-throughput long-read sequencing

 

期刊:Genomics

 

影响因子:5.736

 

发表时间:2021年11月26日

 

技术路线:

 

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相关结果:

 

1. HBV序列测序深度

所有HBV序列的平均深度为70.5 X,有整合位点的 HBV序列平均深度为34.9 X,具有完整病毒整合模式的HBV序列平均深度为18.6 X(图1)。通过对HBV深度的比较,作者发现HBV整合事件中,有整合位点的片段占全部HBV片段的49.5%,揭示HBV在HCC细胞中具有稳定的存在形式。

 

同时,作者观察到HBV整合的间隔呈现一定的模式,编码PRES1蛋白区域的测序深度高于其他区域,表明该区域倾向于被完全保留。

 

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图1 HBV序列测序深度

 

2. HBV整合事件特征

HBV整合事件中,0~1 Kb的短插入占总插入事件的50%,>3Kb的长插入事件占25%(图2 a),且不同区域形成的断点HBV插入长度不同(图2 b)。

 

同时,作者研究发现,56%的HBV整合事件两端存在染色体易位现象,说明HBV病毒整合常伴随着基因组结构的频繁变化。此外,病毒整合还会导致基因组序列的频繁缺失,这为HBV整合导致基因组不稳定提供了更直接的证据。

 

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图2 HBV整合事件特征

 

3. HBV整合模式

病毒DNA的整合是随机的,可以发生在任何一条染色体上。前人研究表明,在所有HBV整合事件中,发生频率最高的是染色体5p的TERT基因。针对此热点区域,作者进行了有关HBV整合模式的研究。结果表明,TERT区域至少存在两种整合模式,插入序列分别为4043 bp与2600 bp(图3 ab),都包含完整的PreS1区域。

 

同时,作者对HBV整合事件的其他热点区域进行了研究。结果表明,KMT2B区域上的插入序列长度为713 bp,包括完整的X区域(图3d);染色体(Chr16/Chr17)的插入序列长度为1520 bp,包含完整的X与C区域(图3c);DNAH9区域的插入序列长度为5048 bp,包含完整的HBV全长序列(图3 f)。

 

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图3 HBV整合模式

 

4. HBV与HPV病毒的共享基因研究

在HBV与HPV病毒整合事件中,有364个基因是共享的,这些基因在吗啡成瘾、卵巢甾体生成等神经系统有关通路中显著富集,因此作者推测这两种病毒整合事件都与患者的神经信号传导状态密切相关。

 

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图4 HBV与HPV的共享基因

 

小结:

 

HBV整合与肝癌发生具有密切的关系,整合事件的发生往往导致后续一系列异常的生理生化反应。然而HBV整合完整模式的解析一直是此领域内亟需解决的棘手问题。本研究将高通量测序技术与生物信息学结合,不但阐明了HBV在肝癌细胞整合的多种完整模式,而且揭示了HBV整合的多种特异性特征。极大促进了对HBV整合模式与整合功能的理解,可能为HCC治疗开发提供新的靶点。

 

参考文献:

Li WY, et al. The integration model of hepatitis B virus genome in hepatocellular

carcinoma cells based on high-throughput long-read sequencing. Genomics. 2021.

 

 

 

 

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