AJHG报道Nanopore测序技术发现
近日，希望组医医院神经内科王朝霞和袁云教授团队、医院神经内科洪道俊教授团队合作在遗传性神经肌肉病的病因学研究方面获得重大突破，该成果采用Nanopore长读长测序技术在国内外首次确定GIPC1基因5’UTR区域的GGC异常重复扩张与眼咽远端型肌病(OPDM)的发病机制有关，并在甲基化、转录组和蛋白表达等水平探讨了该疾病可能的致病机制。
研究成果于5月14日以Article形式，在Cell出版社旗下的遗传学领域权威期刊《美国人类遗传学杂志》(TheAmericanJournalofHumanGenetics，5年影响因子10.)上在线发表题为“ExpansionofGGCRepeatinGIPC1IsAssociatedwithOculopharyngodistalMyopathy”。医院神经内科助理研究员邓健文、博士生于佳希和北京希望组李丕栋为共同第一作者，希望组梁羽、梁帆、苏亚楠、郭雪玉为共同作者，王朝霞教授和医院神经内科洪道俊教授为共同通讯作者，医院为第一通讯单位，北京希望组为第二通讯单位。
注：黄色标记为希望组研究人员
眼咽远端肌病(OPDM)是一种成人发病的遗传性肌肉疾病，其表型特征是进行性上睑下垂、眼外肌麻痹、面部肌无力、远端肢体肌无力和萎缩、球部内翻，导致吞咽困难和发音障碍，具有常染色体显性或常染色体隐性遗传模式。在确定患者的致病基因时，传统的遗传学手段是对样本进行连锁分析，确定可能的致病区间，再进一步利用测序手段进行深入挖掘，但是限于家系样本少和散发样本的原因，该方法往往难以展开。近年来，三代测序技术凭借长读长的优势迅速崛起，弥补了二代测序、连锁分析等检测手段的不足。三代测序读长长、无PCR过程，对于检测大片段结构变异，特别是高GC序列的插入变异优势明显。但是，三代测序也有些许不足，即单碱基错误率高，低复杂度区域检测准确性差，在检测短串联重复（STR）方面，不同的DNA分子（reads）会有不同的重复次数，难以精准确定具体的重复数目。为了解决这一难题，希望组医学团队联合国内外科研单位对近个人类基因组样本进行测序，在提取、建库、测序、生信分析等各个环节积累了大量的宝贵经验，对Nanopore的错误模式有着全面、深刻的认识。同时，开发了repeatHMM软件对PCR富集后（覆盖深度X+）的已知STR致病变异进行分析，可以确定STR准确的重复数目。自此，repeatHMM成为STR领域的明星软件，在连锁定位区域内，成功鉴定出多个STR相关的致病基因。
然而，对于小家系和散发样本无法进行连锁定位，在全基因组范围内寻找可靠的致病变异无异于大海捞针。人类基因组结构复杂，测序价格略高无法实现高深度全基因组测序，repeatHMM软件对低深度数据不敏感…，各种不利因素摆在面前，这似乎是一个不可能完成的任务。困难越大，挑战越大，责任越大，对疾病诊断的每一点努力都是对患者的极大尊重，都会给患者后代带来免于遗传疾病困扰的希望，都是对生命的无比敬畏。希望组医学团队在与医院神经内科王朝霞和袁云教授团队、医院神经内科洪道俊教授团队联合确定神经元核内包涵体病(Neuronalintranuclearinclusiondisease)致病基因NOTCH2NLC基因之后，再度精诚合作，攻坚克难，开发出基于低深度长读长测序的全基因STR筛选方案STR_Scoring，并成功在眼咽远端肌病（OPDM）上得到应用，确定了新的致病基因GIPC1在5’UTR区域存在GGC重复扩张。研究人员对例普通人进行全基因组Nanopore测序（平均测序深度12-20X，N50读长10-20kb），采用ngmlr软件将数据比对到hg19参考基因组，并采用repeatHMM软件对全部基因及其上下游10kb范围内的3-6bp的,个STR进行全面检测，紧接着对重复数目进行校正确保，构建了普通人群全基因组STR数据库。随后，研究人员对4个家系的5例样本和3例散发样本进行Nanopore全基因组测序（平均测序深度14-28X，N50读长10-33kb），计算每个样本在全基因组的范围内的重复数目，进而与普通人群全基因组STR数据库进行比较分析，综合考虑重复次数、人群比例、STR发生位置等多方面因素，全面评估每一个STR的可信程度，并计算打分。然后，根据分值对全部STR进行排序，重点