Multimodal iterative sequencing of cancer genomes and single tumor cells

摘要 基因组测序技术在癌症分析中具有革命性意义。 从基因组学角度， 转录组学和表观遗传学数据，研究人员正在对癌症的机制进行新的发现 这些发展导致了新的疗法和诊断测试。 加速这些发现，基因组 分析应用于各种各样的分析物，例如无细胞DNA和来自组织活检的单细胞。 然而，考虑到可用于癌症基因组测序的可用基因组测序测定的范围不断增加， 然而，在这些研究中，一个主要的挑战来自于临床肿瘤样本的有限数量。 组织活检和 样品通常提供少量的基因组分析物。 因此，只有一两个基因组测序 可以进行实验，这导致对患者肿瘤特征的不完全了解。 为了解决这个问题，我们开发并验证了一种称为APEX的技术-这种测序技术 使得能够重复使用来源于多种临床样品的相同核酸分析物， 癌症转化研究和临床研究。 因此，研究人员有机会进行许多 对同一样本和基因组材料进行不同类型的基因组分析。 APEX技术基于 将核酸分析物共价连接到固体支持物上，使得原始基因组材料 永久保留，可以进行各种测序测定，因此，可以通过 多次迭代。 使用多个迭代还提供了一个机会，以改善关键 仅在一小部分肿瘤细胞中发生的基因组畸变。 我们建议开发APEX 用于对原发性癌症活检组织和肿瘤组织中的无细胞DNA进行集成的多模式和迭代基因组分析， 患者 目标1集中于无细胞DNA分析物，目标2集中于单细胞转录组测序. 总的来说，我们提出的APEX技术将广泛影响转化癌症研究领域， 提供了一个新的平台，使临床样品可以作为可再生资源，用于随后的基因组学研究。 测序 它消除了转化临床研究中有限数量的组织样本所带来的限制。 问题研究 通过这些改进，APEX将改善癌症体细胞基因组改变的评估 细胞，整合多模式测序技术，并提供个性化的分子分析， 癌症患者。

ABSTRACT  Genome  sequencing  technology  has  been  transformative  in  the  analysis  of  cancer.    From  genomic,  transcriptomic, and epigenetic data, researchers are making new discoveries about the mechanisms of cancer  development that  are  leading  to new  therapies and diagnostic  tests.   Accelerating  these  discoveries, genomic  analysis is being applied to a wide variety of analytes such as cell-­free DNA and single cells from tissue biopsies.   However,  given  the  increasing  range  of available  genomic  sequencing  assays  available  for  cancer  genomic  studies,  a  major  challenge  comes  from  the  limited  amounts  of  clinical  tumor  samples.    Tissue  biopsies  and  samples oftentimes provide a small amount of genomic analyte.  As a result, only one or two genomic sequencing  experiments can be performed, which leads to a less than complete picture of features of a patient tumor.    To address this issue, we developed and validated a technology called APEX – this sequencing technology  enables repeated use of the same  nucleic acid analytes derived from a variety of clinical samples relevant for  cancer translational research and clinical studies.  As a result, researchers have the opportunity to conduct many  types  of  genomic  analyses  on  the  same  sample  and  genomic  material.    APEX  technology  is  based  on  the  covalent  attachment  of  nucleic  acid  analytes  to  a  solid  support,  so  that  the  original  genomic  material  is  permanently retained, can be subject to a variety of sequencing assays and  as a result, can be analyzed through  many iterations.  The use of multiple iterations also offers an opportunity to improve the delineations of critical  genomic aberrations that occur in only a small fraction of the tumor cells.  We propose the development of APEX  for  integrated  multi-­modal  and  iterative  genomic  analyses  of  primary  cancer  biopsies  and  cell  free  DNA  from  patients.  Aim 1 focuses on cell-­free DNA analytes, and Aim 2 focuses on single-­cell transcriptome sequencing.    Overall,  our  proposed  APEX  technology  will  broadly  impact  the  field  of  translational  cancer  research  by  providing a new platform whereby clinical samples can be used as a renewable resource for subsequent genomic  sequencing.    It  removes  constraints  afforded  by  limited  amounts of  tissue  samples  from  translational  clinical  studies.  With these improvements, APEX will improve the assessment of somatic genomic alterations in cancer  cells,  integration  of  multi-­modal  sequencing technologies, and  offer personalized  molecular  analyses  for  each  cancer patient.