Die NGS-Revolution: Ermöglichung der Arzneimittelentwicklung und personalisierten Medizin

Was ist Next-Generation-Sequencing?

Next-Generation-Sequenzierung (NGS)auch bekannt als massiv parallele oder tiefe Sequenzierung, beschreibt ein DNA-Sequenzierung Technologie, die das gesamte menschliche Genom innerhalb eines einzigen Tages sequenzieren kann. Sie hat sich als revolutionäre Technologie in der Genomforschung etabliert. Die NGS-Methoden basiert auf vier Techniken, einschließlich (i) mikrochipbasierter elektrophoretischer Sequenzierung, (ii) Echtzeitsequenzierung, (iii) Sequenzierung durch Hybridisierung und (iv) zyklischer Array-Sequenzierung. Der Arbeitsablauf von NGS Experimente bestehen aus mehreren grundlegenden Schritten, einschließlich der Vorbereitung des genomischen Templates, der Vorbereitung der Sequenzierungsbibliothek, der Erzeugung kurzer Sequenzlesungen, der Ausrichtung der Lesungen, der Sequenzassemblierung und der fortgeschrittenen Datenanalyse. Beliebt NGS Die Plattformen umfassen Roche/454 Life Sciences, Illumina/Solexa und Ion Torrent.

Wie kann NGS dazu beitragen, dass Arzneimittelentwicklung

Mehrere mutierte Gene wurden mit der Krankheitsentwicklung und -progression in Verbindung gebracht. Bei Myelom sind BRAF, NRAS und KIT Gene, die Mutationen verursachen. Gentherapien, die auf diese Gene abzielen, können das metastatische Wachstum reduzieren. Ein weiteres Beispiel ist, dass die Progression von Brustkrebs anhand der Unterschiede in der Leselänge von CAG-Wiederholungen geschätzt werden kann, die auf die genetische Heterogenität des Androgenrezeptorgens innerhalb des Tumors zurückzuführen ist. NGS-Technologie wurde als vielversprechender Ansatz für die Pharmaindustrie und die klinische Praxis angesehen, insbesondere im Bereich der Krebsforschung, da Krebserkrankungen hauptsächlich durch Genmutationen verursacht werden. NGS ermöglicht die Identifizierung von Genmutationen, die Diagnose von Krankheiten und die Bestimmung des Krankheitsverlaufs durch Biomarker-Vorhersagen sowie genetisch stratifizierte klinische Studien.

Abbildung 1. Verschiedene Ansätze der Next-Generation-Sequenzierungstechnologien (Kumar et al. 2017).

NGS Methoden, wie zum Beispiel Whole-Genome-Sequenzierung, Whole-Exom-Sequenzierung, transkriptomische Sequenzierung, und gezielte Sequenzierungkann genutzt werden, um molekulare Profile zu erstellen, um neuartige Arzneimittelziele zu entdecken oder BiomarkerWährend Whole-Genome-Sequenzierung erkennt Ganzgenom-Mutationen, Whole-Exom-Sequenzierung konzentriert sich auf 1-2% des gesamten Genoms. Die gesamte Exomsequenzierung deckt jedoch mehr als 95% der Exons ab, was viel höher ist als die gesamte Genomsequenzierung. Transkriptom-Sequenzierung wurde durchgeführt, um die mRNA-Expressionsanalyse zu profilieren und nicht-kodierende RNAs wie miRNA, siRNA, piRNA und lncRNA zu detektieren, die potenzielle Biomarker sein könnten. Zielgerichtet Panel-Sequenzierung zeichnet sich durch hohe Tiefe und hohe Exonabdeckung aus und ist sehr nützlich bei der Erkennung seltener Varianten und wertvoller Varianten.

Zusätzlich, epigenomische Sequenzierungwie zum Beispiel ChIP-Sequenzierung, Ribosomen-Profiling, und Bisulfit-Sequenzierunghat sich als leistungsstarkes Werkzeug für Arzneimittelentwicklung und klinische Praxis. DNA-Methylierung, Histonmodifikation und Chromatin-Remodellierung sind kritische epigenetische Mechanismen für die Expression von Genen und nicht-kodierender RNA. Neben epigenetischen Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit basieren viele Krebstherapien auf epigenetischen Medikamenten. Epigenetische Medikamente haben mehrere Vorteile. Erstens hängen viele Krankheiten nicht nur von Mutationen ab, sondern hauptsächlich von veränderten Expressionsniveaus epigenetischer Modulatoren. Zweitens haben Variationen epigenetischer Komponenten eine relativ niedrige Toxizität und werden in normalen Geweben gut vertragen, solange kritische Schwellenwerte nicht überschritten werden. Drittens ist die Kombination mit Medikamenten, die auf andere Mechanismen wirken, sehr vielversprechend, da epigenetische Medikamente unterschiedliche und häufig orthogonale Zellprozesse nutzen.

Wie kann NGS zur personalisierten Medizin beitragen?

Nächste Generation Sequenzierung hat eine Ära von ... revolutioniert Genomsequenzierung und medizinische Wissenschaft. Es bietet schnellere Werkzeuge zur Screening von Biomarkern, molekularer Profilierung und zuverlässiger Identifizierung genetischer Interaktionen. Für komplexe Krankheiten wie Krebs, NGS ist ziemlich nützlich, um die ursächlichen Faktoren spezifischer therapeutischer Bedingungen zu identifizieren, den Krankheitsverlauf zu überwachen und personalisierte Behandlungen zu bestimmen. Forscher haben neuartige und seltene Mutationen entdeckt, die mit bestimmten therapeutischen Bedingungen in Verbindung stehen.

• Tumormarker

Jeder kann Krebs entwickeln. Wenn er genau und frühzeitig mit geeigneten Methoden diagnostiziert wird, kann ein erheblicher Teil der Krebserkrankungen verhindert werden. Eine Krebsdiagnose kann schwierig sein. Erstens sind die meisten Krebserkrankungen durch Stille gekennzeichnet. Zweitens kann der Patient asymptomatisch sein oder Symptome anderer nicht-krebsartiger Krankheiten aufweisen. Derzeit sind genom-basierte Bluttests ein neuartiger Ansatz zur Erkennung von Tumormarkern.

Tumormarker können durch die Erkennung von SNPs entdeckt werden, die die häufigsten Mutationen in der Bevölkerung sind. Der nächste Schritt ist die Entwicklung von Strategien zur Identifizierung und Nutzung personalisierter Tumormarker unter Verwendung individueller genetischer Profile. Bisher haben personalisierte Tumormarker Forschern in vielen Bereichen ermöglicht, einschließlich der frühen Krebsdiagnose, Screening, Diagnose, Prognose, gezielter Therapie, therapeutischer Reaktion, Überwachung und Rückfall.

• HLA-System in der klinischen Behandlung

Pharmakogenomik stellt die Kombination von Pharmakologie und Genomik dar. Sie untersucht, wie Medikamente von Person zu Person unterschiedlich wirken, basierend auf dem genomischen Inhalt, und wie Genotyp-Phänotyp-Informationen in der personalisierten Medizin genutzt werden können. Die wichtigsten Vorteile der Pharmakogenomik sind wie folgt:

1. Die Entwicklung von Medikamenten, um ihre therapeutischen Wirkungen zu maximieren und ihre unerwünschten Wirkungen zu minimieren.

2. Die Fähigkeit, geeignete Dosierungsmethoden basierend auf dem genetischen Profil der Patienten zu entwerfen.

3. Identifizierung der Ansprechenden und Nicht-Ansprechenden für Medikamente und Bestimmung der Risikofaktoren für dieses Medikament.

Schlussfolgerungen

Der NGS wurde in der Biopharmazeutik, Polypharmakologie, Vakzinologie, Pharmakoepidemiologie usw. angewendet. Für die Antikörperentwicklung, NGS Daten bieten eine genauere Analyse der Multiplexität in einer Antikörperbibliothek. Und NGS kann verwendet werden, um Protein-Protein-Interaktionen und Antikörper-Antigen-Bindungen zu untersuchen. Es gibt jedoch auch einige Überlegungen, die bei der Durchführung zu beachten sind. NGS Experimente. Zum Beispiel kann der genetische Inhalt von Gewebe durch Heterogenität beeinflusst werden, wie es bei Tumorproben der Fall ist. Die Zusammensetzung variiert zwischen den Proben und kann die Diagnose von Krankheiten und die Bestimmung der Behandlung beeinträchtigen. Signale können von verschiedenen Zelltypen stammen, und in silico-Optimierung sowie gene-list-basierte Ansätze wurden angewendet, um Signale in ihre jeweiligen Zelltypen zu stratifizieren. Die Einzelzell-Sequenzierung wurde erfolgreich verwendet, um die Reaktion auf Behandlungen vorherzusagen.

Sie können auch auf unsere Artikel "Next-Generation-Sequenzierung zur Entdeckung von Krebs-Biomarkern" und "Sequenzierungstechnologie für die Entdeckung von Antikörpermedikamenten.

Referenzen:

1. Kumar G, Chaudhary K K, Misra K, et al. Next-Generation-Sequenzierung für Arzneimittelgestaltung und -entwicklung: Ein Omics-Ansatz zur Krebsbehandlung. Int. J. Pharmakologie, 2017, 13(7): 709-723.
2. Lightbody G, Haberland V, Browne F, et al. Überprüfung der Anwendungen von Hochdurchsatz-Sequenzierung in der personalisierten Medizin: Barrieren und Förderer des zukünftigen Fortschritts in der Forschung und klinischen Anwendung. Briefings in Bioinformatik, 2018, 1: 17.
3. Nawab D H. Die pharmazeutischen Anwendungen der Next-Generation-Sequenzierung in der Onkologie bei der Arzneimittelentwicklung und -gestaltung. Journal für Next Generation Sequencing & Anwendungen, 2015, 2:1.