Komplexe telomerbezogene Varianten in Krebsgenomen durch Genomsequenzierung

Telomere, spezialisierte Genomstrukturen, die aus kurzen, poly-repetitiven nicht-transkribierten Sequenzen (TTAGGG) und assoziierten Bindungsproteinen bestehen, unterliegen während der Evolution von Krebsgenomen entscheidenden Veränderungen in Struktur und Standort. Historisch gesehen behinderten die Einschränkungen von Kurzlese-Next-Generation-Sequencing (NGS)-Technologien die Charakterisierung repetitiver Arrays innerhalb langer Telomere und erschwerten unser Verständnis kritischer Veränderungen bei Krebs. Das Aufkommen von Langlese-Sequenzierungstechnologien, insbesondere der hochpräzisen PacBio HiFi-Sequenzierung, hat unsere Fähigkeit revolutioniert, telomer-repetitive Strukturen in Krebs und Krebszelllinien genau zu bewerten.

Eine aktuelle Veröffentlichung ist erschienen, die eine eingehende Analyse von telomerhaltigen Strukturen in Krebs und Krebszelllinien präsentiert. Diese Analyse nutzt eine Kombination aus Langlese- und Kurzlese-Sequenzierungstechnologieneinschließlich PacBio HiFi und Nanopore, um eine umfassende und präzise Bewertung abzugeben.

Telomer-Dynamik im Krebs durch Langsequenzierung entschlüsselt

Die eingehende Analyse durch Langzeit-Sequenzierung hat neuartige Erkenntnisse über telomerische Wiederholungssequenzen zutage gefördert, insbesondere über solche, die ectopisch in der Standardorientierung auftreten. Diese Sequenzen scheinen umfangreich und grenzenlos zu sein, was auf neotelomerische Ergänzungen hindeutet. Zum Beispiel identifizierte die Untersuchung von Sequenzierungsdaten eine potenzielle ectopische telomerische Wiederholungssequenzstelle in der Nähe der chrX:103.320.553-Sequenz in der U2-OS-Osteosarkom-Zelllinie. Diese Stelle wies mindestens sieben tandem (TTAGGG) Wiederholungen auf, begleitet von einer merklichen Reduktion der Sequenzierungsabdeckung an der entsprechenden chromosomalen Stelle – ein Merkmal der Anwesenheit telomerischer Wiederholungen.

Im krassen Gegensatz dazu stehen die PacBio HiFi und Oxford Nanopore Langzeit-Sequenzierung Datensätze lieferten eine umfassendere Sicht, die lange telomerische Wiederholungen von etwa 3-10 kb in der kanonischen Richtung innerhalb dieses Bereichs aufzeigte. Die beobachtete Variation in der Telomerlänge über die Lese-Längen hinweg deutet auf eine potenzielle Assoziation mit dem Verlust aktiver telomerischer Sequenzen nach der DNA-Replikation oder laufenden Prozessen der Telomerwartung hin.

Neotelomere in Krebsgenomen, aufgedeckt durch Langzeit-Genomsequenzierung. (Tan et al., 2023)

Langzeit-Langsequenzierung entdeckt Chromosomenarmfusion mit telomerischen Wiederholungssequenzen

Bei der Untersuchung von Standorten, die ektopische telomerische Wiederholungssequenzen beherbergen, machten die Forscher eine bemerkenswerte Entdeckung – diese Wiederholungen waren nicht nur vorhanden, sondern wiesen auch eine umgekehrte Orientierung im Verhältnis zu den Bruchpunkten auf. Die Anwendung von Langzeit-Sequenzierung ergab, dass diese Loci überwiegend Chromosomenarmfusionen signalisieren.

Eine detaillierte Untersuchung des Kandidatenlokusbereichs unter Verwendung von PacBio HiFi- und Nanopore-Langsequenzierung hob das Vorhandensein von etwa 650 Basenpaaren reverser (CCCTAA) Wiederholungssequenzen nach den Bruchpunkten hervor. Darüber hinaus wurden 5-8 Kilobasen von Sequenzen an den chr22q Subtelomeren beobachtet. Die kohärente Erzählung ergibt sich aus einem einzigen langen Lesevorgang, der das gesamte Ereignis umfasst, was darauf hindeutet, dass die reversen (CCCTAA)n Wiederholungssequenzen aus der Fusion des chr22q Arms mit seinem kurzen Telomer zu einem intrachromosomalen Standort entstanden sind.

Chromosomenarmfusionen in Krebsgenomen, aufgedeckt durch Langzeitgenomsequenzierung. (Tan et al., 2023)

Störung von protein-codierenden Genen durch neue Telomere und Chromosomenarmfusionen

Die Einführung telomerischer Einsätze birgt das inhärente Risiko, entscheidende Gene zu stören, einschließlich derjenigen, die die Tumorsuppression steuern, und damit folgenschwere funktionale Auswirkungen zu induzieren. Ein bemerkenswertes Beispiel ist die Identifizierung eines Neotelomeres (16 kb) im ersten Intron des PTPN2-Gens durch Langsequenzierung. Dieser Einsatz führte zu Abnormalitäten im ersten Exon und im Promotorbereich des Gens, das mit der Reaktion auf Immuntherapie assoziiert ist.

Darüber hinaus brachte die Studie chromosomale Fusionsereignisse ans Licht, die Störungen in Genen auslösten, exemplifiziert durch Vorkommen, die zum Verlust von über der Hälfte der 5'-Region der KLF15- und FOXN3-Gene führten. Diese Ergebnisse unterstreichen die potenziell weitreichenden Auswirkungen neuer Telomere und Fusionsereignisse von Chromosomenarmen auf die Integrität und Funktionalität von protein-kodierenden Genen, einschließlich derjenigen, die entscheidend für die Regulierung kritischer zellulärer Prozesse sind.

Neotelomere und chromosomale Armfusionsevents stören protein-codierende Gene in Krebszelllinien und Patientenproben. (Tan et al., 2023)

Referenz:

1. Tan, Kar-Tong, et al. "Neotelomere und telomerübergreifende chromosomale Armfusionen in Krebsgenomen, aufgedeckt durch Langsequenzierung." bioRxiv (2023): 2023-11.