انواع توالی یابی نسل جدید | توالی یابی اگزومی و کاربردهای آن

از زمان ابداع و معرفی توالی یابی نسل جدید تاکنون پیشرفت های زیادی در خصوص کارایی، سرعت و بازده روش مزبور صورت گرفته که منجر به معرفی انواعی از این روش شده است

توالی یابی کل ژنوم (WGS)

در این روش کل توالی ژنومی یک موجود (ژنوم هسته ای به همراه DNA میتوکندریایی در سلول های جانوری و DNA کلروپلاست در سلول های گیاهی) توالی یابی می گردد. در این حالت حدود هزاران ژن فعال و نیز هزاران توالی خاموش به طور همزمان بررسی می شوند. روش WGS با پوشش دهی 98.5 درصدی توالی های کد کننده، یکی از کارآمدترین روش ها برای شناسایی جهش های ژنتیکی است.

مطالعه همبستگی ژنوم (GWAS) بر مبنای ریز ارائه از جمله پرکاربردترین روش های تشخیص جهش های مرتبط با بیماری هایی می باشد که در آن حدود 4 میلیون مارکر بیماری هایی می باشد که در آن حدود 4 میلیون مارکر در هر نمونه مورد بررسی قرار می گیرد. با این حال این رقم در مقابل شناسایی همزمان 3/2 میلیارد جفت باز در روش WGS عدد کوچکی محسوب می شود.

توالی یابی اگزومی (WES)

در حال حاضر، ماهیت درصد کمی از توالی ژنوم انسان مشخص شده است و اطلاعات بالینی محدودی را می توان بلافاصله از توالی ژنوم کامل یک بیمار به دست آورد. بنابراین، برای محققان بالینی مقرون به صرفه تر است که فقط توالی اگزونی (۲٪ از ژنوم نواحی رمز گذار پروتئین و یا اگزون است)، مندلیوم (نواحی مربوط به ۲۹۹۳ ژن کد کننده بیماری های شناخته شده) و یا قطعات ژنی بیماری زا را برای غربالگری جهش مربوطه در تشخیص و درمان بیماری هدف قرار دهند. از این روش می توان برای تشخیص مولکولی اختلالات مرتبط با گروهی از ژن ها استفاده نمود. بدین منظور، نیاز است تا ژن هدف برای جلوگیری از دخالت سایر نواحی باقی مانده از ژنوم، تا ده ها با هزاران بار بیشتر از میزان آن در ژنوم غنی شود.

توالی یابی کل اگزون های ژنوم (اگزوم)

در تشخیص های بالینی بسیار ارزشمند است و دیدی جامع از آرایش ژنتیکی یک بیماری ارائه می دهد. با جود آن که اگزون ها تنها ۲٪ از کل ژنوم را به خود اختصاص داده اند، اما در حدود ۸۵٪ از جهش های مولکول DNA که مسبب بسیاری از بیماری های ژنتیکی در انسان است را شامل می شوند . در واقع تعیین توالی اگزومی که اخیرا وارد تحقیقات ژنتیک پزشکی شده است، تا به حال نقش بیش از هزاران ژن را در اختلالات مندلی مشخص کرده است و این آمار به سرعت در حال رشد است.

مراحل توالی یابی اگزومی

نحوه انجام توالی یابی اگزومی بدین صورت است که در ابتدا DNA ژنومی به صورت تصادفی قطعه قطعه شده و سپس آداپتورها به کتابخانه حاصله متصل می شوند. سپس کتابخانه برای توالی های اگزونی غنی شده و در مرحله بعد، قطعات با RNA یا DNA بیوتینیله شده هیبرید شده و به دنبال آن تعیین توالی به صورت گسترده Massive Parallel Sequencing , MPS انجام گرفته و در نهایت داده های حاصله، تجزیه و تحلیل، نقشه برداری، تنظیم و خوانده می شوند (شکل ۲).

کاربرد توالی یابی اگزومی

مواردی که در آن توالی یابی اگزومی توصیه می شود عبارتند از: ۱) فنوتیپ های هتروژن (حالتی که در آن جهش در ژن های متعدد به تظاهرات بالینی یکسان منجر می شود، مانند عقب ماندگی ذهنی، تاخیر در رشد، کوتاهی قد، کاردیومیوپاتی، ناشنوایی، اختلالات متابولیک، بدشکلی های پیچیده، بیماری های عضلانی، نابینایی ارثی، بیماری های قلبی- عروقی و ..، ۲) فنوتیپ های کاملا نامشخص و یا مجموعه ای از علائم که تشخیص افتراقی را با مشکل مواجه می کند و 3) ژن های بزرگ نظیر ژن دیستروفین.

مقالات مرتبط :

توالی یابی نسل جدید
تکنیک توالی یابی ۴۵۴ | تکنولوژی 454 | پایروسکوئنسینگ
تکنولوژی ABI / SOLD
تکنیک توالی یابی ۴۵۴

در شکل ۳ به عنوان مثال تشخیص بیماری زالی(آلبینیسم) با روش توالی یابی اگزومی نشان داده شده است. همانگونه که در شکل قسمت a و b دیده می شود، علائم مشاهده شده در فرد مراجعه کننده مشابه فنوتیپ معمول بیماران مبتلا به آلبینیسم نوع 4 است و لذا این بیماری برای فرد تشخیص داده می شود. شجره نامه فرد مذکور نیز در بخش به نشان داده شده است. نقاط نشاندار شده در آیدیو گرام قسمت d، نشان دهنده نواحی هموزیگوت در ژنوم این فرد هستند که با استفاده از روش آنالیز ارائه پلی مورفیسم های تک نوکلئوتیدی شناسایی شدند. پس از این مرحله، نواحی هموزیگوت به روش توالی یابی اگزومی مورد بررسی قرار گرفتند و در نهایت دو جهش عامل بیماری آلبینیسم نوع 4 در این فرد شناسایی شد. قسمت کروماتوگرام حاصل از توالی یابی اگزومی را برای ژن SLC45A2 و قسمت f کروماتوگرام حاصل از توالی یابی اگزومی را برای ژن C6PC3 نشان می دهد که فرد برای هر دو حاوی جهش هموزیگوت است. این مثال اهمیت تکنیک NGS برای تائید صحت تشخیص بیماری را به خوبی به نشان می دهد .