การวิเคราะห์ข้อมูลทางพันธุกรรมของเนื้องอกและการใช้แผงตรวจยีนหลายตัว

การวิเคราะห์ข้อมูลทางพันธุกรรมของเนื้องอกคือการวิเคราะห์ทางห้องปฏิบัติการของดีเอ็นเอของมะเร็งเพื่อระบุการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ (somatic alterations) ที่เกิดขึ้น ซึ่งส่วนใหญ่มักใช้แผงตรวจยีนหลายตัว (multigene panels) ซึ่งเป็นการทดสอบที่ตรวจสอบยีนที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งหลายสิบถึงหลายร้อยยีนในการทดสอบครั้งเดียวด้วยการจัดลำดับดีเอ็นเอแบบขนานจำนวนมาก (massively parallel sequencing) แผงตรวจเหล่านี้อยู่ระหว่างการทดสอบยีนทีละตัวกับการจัดลำดับจีโนมทั้งหมด โดยให้การครอบคลุมยีนที่มีความสำคัญทางคลินิกและชีววิทยาอย่างกว้างขวางจากวัสดุเนื้องอกที่มีจำกัด

Definition

แผงตรวจยีนหลายตัว (multigene panel) คือการทดสอบการจัดลำดับดีเอ็นเอรุ่นถัดไปแบบกำหนดเป้าหมาย (targeted next-generation sequencing assay) ที่ตรวจสอบชุดยีนที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งที่กำหนดไว้พร้อมกันเพื่อหาการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ (somatic alterations) ซึ่งรวมถึงการกลายพันธุ์แบบจุด (point mutations) การแทรกและการลบขนาดเล็ก (small insertions and deletions) การเปลี่ยนแปลงจำนวนสำเนา (copy-number changes) และการจัดเรียงใหม่ที่เลือกไว้ (selected rearrangements) ในกรดนิวคลีอิกที่ได้จากเนื้องอก

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงแผงการวิเคราะห์ข้อมูลทางพันธุกรรมคืออะไร ประเภทของการเปลี่ยนแปลงที่ตรวจพบได้ ความแตกต่างจากการทดสอบยีนเดี่ยวและการจัดลำดับจีโนมทั้งหมดหรือเอ็กโซมทั้งหมด และวิธีการตีความและรายงานตัวแปรที่ตรวจพบ เป็นข้อมูลอ้างอิงทางระเบียบวิธีภายในกรอบการวิเคราะห์โมเลกุลของเนื้องอก และไม่ได้กำหนดว่าควรสั่งการทดสอบใดหรือควรดำเนินการอย่างไรกับผลลัพธ์

Core questions

• แผงตรวจที่กำหนดสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพประเภทใดได้อย่างน่าเชื่อถือ?
• แผงตรวจแบบกำหนดเป้าหมายเปรียบเทียบกับการจัดลำดับเอ็กโซมทั้งหมดและจีโนมทั้งหมดในด้านการครอบคลุมและความลึกอย่างไร?
• ตัวแปรที่ตรวจพบจะถูกกรอง ตีความ และรายงานในระดับที่มีความหมายทางคลินิกได้อย่างไร?
• ปัจจัยการวิเคราะห์ใดบ้าง เช่น ความลึก ขีดจำกัดการตรวจจับ คุณภาพของตัวอย่าง ที่ควบคุมความถูกต้องของแผงตรวจ?

Key concepts

• การจัดลำดับดีเอ็นเอรุ่นถัดไปแบบกำหนดเป้าหมาย
• การจัดลำดับแบบขนานจำนวนมาก
• ความลึกและความครอบคลุมของการจัดลำดับ
• ขีดจำกัดการตรวจจับและสัดส่วนอัลลีลของตัวแปร
• การวิเคราะห์ข้อมูลทางพันธุกรรมแบบครอบคลุม
• การจัดลำดับเอ็กโซมทั้งหมดและจีโนมทั้งหมด
• การตีความตัวแปรแบบแบ่งระดับ
• การตรวจสอบความถูกต้องเชิงวิเคราะห์

Mechanisms

กรดนิวคลีอิกของเนื้องอกจะถูกสกัด ทำให้เข้มข้นสำหรับยีนเป้าหมายด้วยวิธีการจับแบบไฮบริด (hybrid capture) หรือแอมพลิคอน (amplicon methods) และจัดลำดับด้วยความลึกสูง เพื่อให้สามารถตรวจพบตัวแปรที่มีอยู่ในเซลล์เพียงบางส่วนได้เมื่อเทียบกับพื้นหลัง (background) กระบวนการทางชีวสารสนเทศ (Bioinformatic pipelines) จะจัดเรียงลำดับ (align reads) ระบุการกลายพันธุ์แบบจุด การแทรกและการลบขนาดเล็ก การเปลี่ยนแปลงจำนวนสำเนา และการจัดเรียงโครงสร้างที่เลือกไว้ และกรองยีนที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรม (germline) และสิ่งแปลกปลอมทางเทคนิค (technical artefacts) ออก แผงตรวจจะเน้นการจัดลำดับบนยีนที่เกี่ยวข้องกับมะเร็ง ซึ่งช่วยให้มีความลึกและความไวสูงขึ้นสำหรับตัวแปรที่มีความถี่ต่ำกว่าวิธีการทั่วทั้งจีโนมในราคาที่เทียบเท่ากัน ในขณะที่การจัดลำดับเอ็กโซมทั้งหมดและจีโนมทั้งหมดจะแลกความลึกกับความกว้าง ฐานข้อมูลที่คัดสรรมาอย่างดีและเกณฑ์มาตรฐานจะถูกนำมาใช้เพื่อจัดประเภทตัวแปรแต่ละตัวตามความสำคัญทางคลินิกและชีววิทยา

Clinical relevance

แผงการวิเคราะห์ข้อมูลทางพันธุกรรมเป็นเครื่องมือสำคัญในการวินิจฉัยทางพยาธิวิทยาเนื้องอกระดับโมเลกุล และเป็นวิธีการปฏิบัติที่ใช้ในการจำแนกลักษณะของเนื้องอกในวงกว้าง ในฐานะหัวข้ออ้างอิง บทความนี้จะอธิบายว่าการทดสอบดังกล่าวทำงานอย่างไร และผลลัพธ์มีโครงสร้างและการตรวจสอบความถูกต้องอย่างไร โดยจะอธิบายระเบียบวิธีทางห้องปฏิบัติการและหลักฐาน และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการเลือกการทดสอบหรือการรักษาสำหรับแต่ละบุคคล

Epidemiology

การวิเคราะห์ชุดเนื้องอกขนาดใหญ่มากด้วยแผงตรวจที่ครอบคลุมได้ระบุความถี่ของการเปลี่ยนแปลงที่เฉพาะเจาะจงในมะเร็งประเภทต่างๆ และสนับสนุนเมตริกที่ได้จากจีโนม เช่น ภาระการกลายพันธุ์ของเนื้องอก (tumor mutational burden) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าข้อมูลแผงตรวจที่รวบรวมจากผู้ป่วยจำนวนมากสามารถอธิบายภาพรวมที่กว้างขึ้นของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพในมะเร็งของมนุษย์ได้

History

การทดสอบโมเลกุลของเนื้องอกเริ่มต้นด้วยการทดสอบยีนเดี่ยวและฮอตสปอต (hotspot assays) แต่การมาถึงของการจัดลำดับแบบขนานจำนวนมากทำให้สามารถตรวจสอบยีนหลายตัวพร้อมกันจากตัวอย่างปกติซึ่งมักมีขนาดเล็กได้ การทดสอบการวิเคราะห์ข้อมูลทางพันธุกรรมทางคลินิกที่ได้รับการตรวจสอบความถูกต้องได้รับการพัฒนาและอธิบายในช่วงต้นทศวรรษ 2010 และสมาคมวิชาชีพได้เผยแพร่มาตรฐานสำหรับการตีความและรายงานตัวแปรทางกายภาพที่การทดสอบเหล่านี้สร้างขึ้น ซึ่งเป็นการกำหนดให้การวิเคราะห์ข้อมูลโดยใช้แผงตรวจเป็นแนวปฏิบัติการวินิจฉัยที่ชัดเจน

Debates

แผงตรวจแบบกำหนดเป้าหมายเทียบกับการจัดลำดับจีโนมทั้งหมดหรือเอ็กโซมทั้งหมด

แผงตรวจแบบกำหนดเป้าหมายให้ความลึกและความไวสูงสำหรับยีนมะเร็งที่รู้จักในราคาที่ต่ำกว่า ในขณะที่การจัดลำดับที่กว้างขึ้นจะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงนอกชุดยีนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและสนับสนุนเมตริกทั่วทั้งจีโนม ความกว้างที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการทดสอบและยังคงเป็นประเด็นถกเถียงทางระเบียบวิธีที่กำลังดำเนินอยู่

Seminal works

• frampton-2013
• li-2017

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างแผงตรวจยีนหลายตัวกับการจัดลำดับจีโนมทั้งหมดคืออะไร?

แผงตรวจยีนหลายตัวจะจัดลำดับชุดยีนที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งที่กำหนดไว้ด้วยความลึกสูง ซึ่งช่วยเพิ่มความไวสำหรับตัวแปรที่มีความถี่ต่ำและลดต้นทุน ในขณะที่การจัดลำดับจีโนมทั้งหมดจะอ่านจีโนมทั้งหมดด้วยความลึกที่ต่ำกว่า โดยตรวจจับการเปลี่ยนแปลงได้ทุกที่แต่มีความไวลดลงสำหรับตัวแปรโคลนย่อยที่หายาก

แผงการวิเคราะห์ข้อมูลทางพันธุกรรมสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงประเภทใดได้บ้าง?

ขึ้นอยู่กับการออกแบบ แผงตรวจสามารถตรวจจับการกลายพันธุ์แบบจุด การแทรกและการลบขนาดเล็ก การเปลี่ยนแปลงจำนวนสำเนา และการหลอมรวมหรือการจัดเรียงยีนที่เลือกไว้ และสามารถสนับสนุนการวัดค่าที่ได้มา เช่น ภาระการกลายพันธุ์ของเนื้องอก