CN116042920A - 一种基于靶向hpv的宫颈癌患者治疗后的微小残留病灶的ngs检测方法及试剂盒 - Google Patents
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Abstract
本发明属于靶向二代测序领域,具体涉及基于高通量测序检测HPV的二代测序探针组及其方法。尤其适用于检测宫颈癌患者治疗后血浆中含有的低丰度HPV序列。能够对目标区域进行更好的捕获和覆盖,获得在目标区域上的足够的读段数据信息,从而对其MRD与治疗预后进行评估。
Description
技术领域
本发明属于靶向二代测序领域,具体涉及基于高通量测序检测HPV的二代测序探针组及其方法。尤其适用于检测宫颈癌患者治疗后血浆中含有的低丰度HPV序列。
背景技术
人乳头瘤病毒(Human papilloma virus,HPV)是一种乳头瘤空泡病毒A属球形病毒,主要宿主为人类,可以引起人体皮肤黏膜的鳞状上皮增殖。HPV通过与患有疾病的人进行性交进行传播,偶尔也会在生育时通过母婴传播方式扩散。在全球,约有5%的癌症与HPV感染相关,其中包括了近85%的宫颈癌,每年因HPV致癌的人数超过50万。
针对HPV E6和E7基因的扩增与测序是HPV诊断与基因分型的主要方法。HPV具有丰富的遗传多样性,目前已经发现了超过200种的HPV基因型,其中约有40种被证实与人类癌症相关。美国疾控中心根据HPV致宫颈癌的风险,将HPV分为了高风险型(High risk HPV,HR-HPV)和低风险型(Low risk HPV,LR-HPV)。导致女性宫颈癌的基因型主要为14种HR-HPV,包括:HPV-16,18,31,33,35,39,45,51,52,56,58,59,66和68,其中HPV16的感染流行率最高。
癌症中的微小残留病灶(Minimal residual disease,MRD)指癌症治疗达到完全缓解后,用常规的影像学方法无法检测到的癌病灶,而此时患者体内依然存在少量的癌细胞,最终可能会引起癌症的复发。近年来的研究表明,宫颈癌患者治疗后血浆中残留的HPV序列与宫颈癌的MRD密切相关,MRD的存在可提前预示宫颈癌的全面复发。因此,采用灵敏度高、特异性强及稳定可靠的实验方法对宫颈癌患者进行MRD检测,对评估癌症状态、判断疗效、预测复发、指导治疗具有重要的临床意义。
二代测序(Next generation sequencing,NGS)可以一次对一个样本的多个目标区域或者多个样本进行高通量的测序,其已逐渐被应用在肿瘤突变基因检测与临床病原微生物的检测上。二代测序的流程包括核酸提取、文库构建、上机测序和数据分析等步骤。
靶向测序目前主要有多重扩增子测序与探针杂交捕获测序两种方法。
多重扩增子测序通过使用引物组对核酸样本中的多个靶标进行PCR,对PCR产物进行二代测序。其流程包括:PCR、产物纯化、连接加接头、连接产物纯化等。多重扩增子测序的流程相对简单,但是受限于扩增引物的特异性与引物之间的相互干扰问题,其引物组能覆盖的测序范围十分有限,不适合对大片段的基因的测序。
探针杂交捕获测序是指通过设计特异性识别目标区域的探针组,对NGS文库中的目的区域进行特异性结合然后捕获的过程。其流程包括:核酸片段化-末端修复-接头连接-建库后扩增与纯化-探针杂交-磁珠捕获-磁珠洗涤-富集后扩增与纯化等。探针杂交捕获流程操作复杂、流程较长,但是其捕获的探针组之间可以相互兼容、易于扩展,可以对大片段的基因进行测序。但是,如何能够有效地设计杂交捕获探针,对目标序列进行有效的覆盖,并避免由AT、GC含量影响而导致的信息丢失,仍然是实际检测过程中需要解决的问题。
发明内容
本发明提供一种探针杂交捕获法NGS检测宫颈癌患者治疗后血浆中的HPV序列,能够对目标区域进行更好的捕获和覆盖,获得在目标区域上的足够的读段数据信息,从而对其MRD与治疗预后进行评估。
一种基于靶向HPV的宫颈癌患者治疗后的微小残留病灶的NGS检测方法,包括如下步骤:
步骤1,对样本血浆cfDNA进行提取;
步骤2,构建测序文库;
步骤3,将文库与探针组进行液相杂交后,进行磁珠捕获;
步骤4,对捕获后的片段进行高通量测序;
步骤5,测序结果对比对参考基因组,并对HPV基因分型进行确定。
所述的探针组中包含有正链探针组和/或负链探针组,正链探针组中包含核苷酸序列如SEQ ID NO.1-120所示的探针,负链探针组中包含核苷酸序列如SEQ ID NO.121-218所示的探针。
所述的液相杂交过程中,探针组在反应液中的浓度0.01-4pmol。
所述的磁珠捕获过程中,体系温度60-65℃。
所述的探针的5’端有生物素(Biotin)修饰。
所述的检测方法用于非治疗与诊断目的。
一种试剂盒,用于靶向HPV的宫颈癌患者治疗后的微小残留病灶的NGS检测,其中包含包含有正链探针组和/或负链探针组,正链探针组中包含核苷酸序列如SEQ ID NO.1-120所示的探针,负链探针组中包含核苷酸序列如SEQ ID NO.121-218所示的探针。
有益效果
本发明的方法能够成功地对血浆cfDNA中的HPV微量残留序列进行检测,其检测灵敏度能够达到0.112copies/ng。
附图说明
图1.探针捕获法检测HPV的实验流程
图2.五个拷贝数梯度下5个重复样本的HPV检测结果(dedup reads数)
图3.HPV-seq对于不同HPV基因型的探针覆盖情况。图中,横轴为探针覆盖HPV的基因组的位置,纵轴为探针覆盖区域去重后的测序深度。
具体实施方式
二代测序(Next generation sequencing,NGS)可以一次对一个样本的多个目标区域或者多个样本进行高通量的测序,其已逐渐被应用在肿瘤突变基因检测与临床病原微生物的检测上。二代测序的流程包括核酸提取、文库构建、上机测序和数据分析等步骤。
本发明的目标HPV分型包括有:HPV16、HPV18、HPV58、HPV52、HPV33、HPV31HPV59、HPV39、HPV45、HPV51、HPV56、HPV68、HPV35、HPV66。
在液相捕获探针的设计的过程中,基因组DNA中重复序列的封闭不充分及基因组DNA与捕获探针的比例不合适等因素都会影响捕获的特异性、敏感性、测序覆盖率等诸多结果,需要对探针的类型、长度、序列、杂交条件等进行大量实验摸索,需要通过创造性的探索工作才能够获得最佳的参数组合,如果探针特异性太高,在DNA捕获时就会产生有利于参考序列(与探针完全互补的序列)的选择,这在后期数据统计上就会产生明显的偏差,同时太短的探针结合目标DNA片段的结合力度不足以将目标DNA捕获下来;而探针太长,探针合成的效率降低,并且合成成本大大增加。另外,为了提高探针捕获测序的灵敏性,本发明同时对目标区域的正链和负链同时设计了相应的探针。经过大量设计和试验后,本发明分别采用120条HPV的正链探针(SEQ ID NO.1-120)和98条HPV的负链探针(SEQ ID NO.121-218)。
探针组的使用量0.01-4pmol。
为了比较不同的探针组的检测灵敏度,本专利对以上的正链和负链探针进行了不同的分组测试,并考察检测灵敏性。
探针组1,包括120条HPV的正链探针。
探针组2,包括98条HPV的负链探针。
探针组3,包括120条HPV的正链探针和98条HPV的负链探针。
分别使用探针组1、2、3对相同的10例宫颈癌患者的血浆样本进行测序。
试验材料:
QIAamp Circulation Nucleic Acid Kit:Qiagen,55114
QIAseq cfDNA Library Kit:Qiagen,Qiagen,1102308
IDT xGen Lockdown Reagents:IDT,1072281
1.血浆cfDNA样本的提取
按照QIAamp Circulation Nucleic Acid Kit的产品说明书进行cfDNA的提取。提取使用的血浆量为2mL。
2.NGS的文库构建
按照QIAseq cfDNA Library Kit的产品说明书对提取的cfDNA样本进行文库构建。文库的进入量为50ng,扩增文库的循环数为8个循环。
3.探针杂交捕获
A、将步骤2中获得的10个样本的文库分别进行后续的测试,每个样本文库使用量500ng。B、使用5μL封闭试剂对文库接头进行封闭,旋转真空干燥文库成干粉。
C、加入IDT xGen Lockdown Reagents中的杂交试剂,重新溶解文库干粉。
D、加入1pmol的HPV探针组(分别采用组1、组2、组3)。
E、按照试剂盒推荐的条件进行探针与文库的杂交反应。
F、杂交反应结束后,加入预清洗的链霉亲和素磁珠50μL,60℃进行捕获反应。
G、使用试剂盒携带的洗涤试剂对链霉亲和素磁珠进行清洗。
H、使用Illumina测序平台引物对富集后的文库进行PCR扩增10个循环。
I、使用磁珠法纯化扩增后的PCR产物。
4.NGS测序
A、对得到的富集文库进行qPCR定量。
B、按照qPCR定量结果,对所有文库进行混合,在Illumina NovaSeq 6000、Illumina HiSeq x10平台进行上样。
C、测序采用双端150bp。
D、测序通量使用1M reads/样本。
5.生信分析
A、对原始下机数据进行质量过滤与长度过滤。
B、将测序reads与多个HPV基因组进行比对。
C、获得与HPV基因组相同的序列,并进行基因型的鉴别。
探针组1、2、3检测10例样本的HPV覆盖测序深度比较:
根据对HPV覆盖测序深度的比较,发现探针组3优于探针组1优于探针组2。因此,在针对HPV检测的时候,优选探针组3。计算HPV序列对探针靶向区域的覆盖度,如附图3所示,所设计的HPV探针对HPV16、HPV18、HPV58和HPV59的E6(蓝色)和E7(紫色)两个基因的覆盖均一度良好。
检测限与灵敏度测试(与数字PCR(ddPCR)的检测的对比实验)
1.使用ddPCR对22例血浆cfDNA中的HPV进行绝对定量,引物探针序列如下
反应体系包括22μL、44μL,以下为22μL体系
PCR反应条件如下
2.使用ddPCR定量宫颈癌患者的cfDNA样本,定量结果显示该患者血浆中的HPV含量为11.2copies/ng,将该样本梯度稀释至1.12copies/ng、0.112copies/ng和0.0112copies/ng。通过本发明方法与ddPCR分别对以下五个样本进行检测。其中本发明方法重复5次、ddPCR重复3次。
3.测试结果
A、如图2所示,对于样本1、2和3,实施例2的方法可以稳定检出有效鉴别的HPV,三个样本五个平行检出的HPV dedup reads分别为1020-1395,103-137和8-13。而样本4的五个平行中仅有四个检出1条read,不符合检测报告阳性要求。因此,对于本发明方法,检测限可以达到0.112copies/ng。
B、对于ddPCR检测,仅可以检出11.2copies/ng的实验组。
C、对比本发明方法与传统绝对定量的方法ddPCR,本方法拥有更低的检测限,因此可能更有利于宫颈癌患者治疗后的MRD检测。
22例临床样本的检出结果
A、检出结果总览
B、该方法成功从22个宫颈癌患者中检测出了13个HPV阳性的样本,发现了HPV16、18、39和59四种基因型。其中,样本1可以检测出HPV16和HPV39的混合感染。
Claims (6)
1.一种基于靶向HPV的宫颈癌患者治疗后的微小残留病灶的NGS检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,对样本血浆cfDNA进行提取;
步骤2,构建测序文库;
步骤3,将文库与探针组进行液相杂交后,进行磁珠捕获;
步骤4,对捕获后的片段进行高通量测序;
步骤5,测序结果对比对参考基因组,并对HPV基因分型进行确定;
所述的探针组中包含有正链探针组和/或负链探针组,正链探针组中包含核苷酸序列如SEQ ID NO.1-120所示的探针,负链探针组中包含核苷酸序列如SEQ ID NO.121-218所示的探针。
2.根据权利要求1所述的基于靶向HPV的宫颈癌患者治疗后的微小残留病灶的NGS检测方法,其特征在于,所述的液相杂交过程中,探针组在反应液中的浓度0.01-4pmol。
3.根据权利要求1所述的基于靶向HPV的宫颈癌患者治疗后的微小残留病灶的NGS检测方法,其特征在于,所述的磁珠捕获过程中,体系温度60-65℃。
4.根据权利要求1所述的基于靶向HPV的宫颈癌患者治疗后的微小残留病灶的NGS检测方法,其特征在于,所述的探针的5’端有生物素(Biotin)修饰。
5.根据权利要求1所述的基于靶向HPV的宫颈癌患者治疗后的微小残留病灶的NGS检测方法,其特征在于,所述的检测方法用于非治疗与诊断目的。
6.一种试剂盒,用于靶向HPV的宫颈癌患者治疗后的微小残留病灶的NGS检测,其中包含包含有正链探针组和/或负链探针组,正链探针组中包含核苷酸序列如SEQ ID NO.1-120所示的探针,负链探针组中包含核苷酸序列如SEQ ID NO.121-218所示的探针。
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