따라올 수 없는 최고의 Whole Genome Amplification (WGA) quality
[논문] PicoPLEX® 기술과 다양한 applications
PicoPLEX
® 기술은 single cell 혹은 극소량의 샘플 분석을 위해 whole genome amplification (WGA)를 가능케 했으며, CTC 혹은 FFPE로부터 얻은 single cell, 산전임신유전자검사를 위한 샘플 등에 적용 할 수 있다.
* WGA 기술 비교
1. Babayan, Anna,
et al. "Comparative study of whole genome amplification and next generation sequencing performance of single cancer cells."
Oncotarget 8.34 (2017): 56066., (doi: 10.18632/oncotarget.10701)
- PicoPLEX®와 타사 제품을 이용해 WGA 결과 비교
- 본 논문의 저자는 PicoPLEX® WGA kit를 이용했을 때, 증폭 전의 DNA와 가장 유사하고, 정확한 CNA (Copy Number Aberration)를 분석할 수 있음을 확인했다.
- SK-BR-3 종양세포를 이용해 WGA를 진행하였으며, exome 유래의 증폭 DNA는 Illumina사의 HiSeq® 2000과 Thermo Fisher사의 Ion Proton platform을 이용해 분석하였다.
2. Deleye, Lieselot,
et al. "Performance of four modern whole genome amplification methods for copy number variant detection in single cells."
Scientific reports 7.1 (2017): 1-9., (doi: 10.1038/s41598-017-03711-y)
- PicoPLEX®와 타사 제품을 이용해 WGA 결과 비교
- 본 논문의 저자는 PicoPLEX® DNA-seq Kit를 이용했을 때, bulk sample에서 확인된 CNV와 100% 일치하는 결과를 확인하였다.
- PicoPLEX® DNA-seq Kit는 별도의 과정 없이 하나의 튜브 내에서 WGA와 library 제작까지 가능하다. “in a sequencing-ready library, using a single-tube reaction”
- Loucy 세포 (Single cell, 3 cells, 5 cells)로 WGA를 진행하였으며, 각각에 대해 Illumina®용 library 제작 후 sequencing하여 aneuploidy screening과 copy number를 분석하였다.
3. Zhang, Xinyi,
et al. "The comparison of the performance of four whole genome amplification kits on ion proton platform in copy number variation detection."
Bioscience reports 37.4 (2017), (doi: 10.1042/BSR20170252)
- PicoPLEX®와 타사 제품을 이용해 WGA 결과 및 CNV 검출 성능 비교
- 본 논문의 저자는 PicoPLEX® WGA kit에서 read depth의 uniformity와 재현성, 정확성 등에서 가장 고품질의 sequencing 결과를 얻었고, 이에 Ion Proton platform으로 CNV를 분석할 때에는 PicoPLEX®를 추천하였다.
- 각기 다른 Karyotype 6종의 cell line (Single cell, 3 cells, 5 cells, gDNA 15 pg)으로부터 WGA를 진행하였으며, 각각에 대해 Ion Proton용 library 제작 및 sequencing하였다.
4. Konstantinidis, Michalis, et al. "Simultaneous assessment of aneuploidy, polymorphisms, and mitochondrial DNA content in human polar bodies and embryos with the use of a novel microarray platform." Fertility and sterility 102.5 (2014): 1385-1392, (doi: 10.1016/j.fertnstert.2014.07.1233)
- PicoPLEX®와 타사 제품을 이용해 single cell WGA 결과 비교
- 본 논문의 저자는 PicoPLEX® 기술을 사용했을 때 가장 성공적인 결과를 얻었으며, 16개의 세포 각각에서 aneuploidy를 정확하게 검출됨을 확인하였다. 반면에 타사 제품에서는 aneuploidy를 하나도 검출하지 못하거나 거의 검출하지 못했을 뿐만 아니라, 몇몇 chromosome의 인위적인 샘플 loss와 gain을 확인하였다.
1. Sho, Shonan,
et al. "Digital PCR improves mutation analysis in pancreas fine needle aspiration biopsy specimens."
PloS one 12.1 (2017), (doi: 10.1371/journal.pone.0170897)
- 본 논문의 저자는 Digital PCR로 pancreas fine needle aspirates (FNAs) 샘플로부터 KRAS 유전자 변화를 분석하였다.
- 변이를 확인할 수 있는 최소량의 종양 세포로부터 PicoPLEX® WGA kit를 이용해 WGA한 후, sanger sequencing하여 결과를 얻었다.
2. Lu, Charles,
et al. "A common founding clone with TP53 and PTEN mutations gives rise to a concurrent germ cell tumor and acute megakaryoblastic leukemia."
Molecular Case Studies 2.1 (2016): a000687. (doi: 10.1101/mcs.a00068)
- 본 논문의 저자는 생식세포암 (GCT)과 급성 골수성백혈병 (AML) 환자를 대상으로 두 질병간 유전적 상관관계를 규명하였다.
- GCT의 FFPE 샘플과 동결 보존된 AML 샘플로부터 추출된 gDNA는 PicoPLEX® WGA kit를 이용해 WGA한 후, 변이를 확인하였다.
3. Williamson, Stuart C.,
et al. "Vasculogenic mimicry in small cell lung cancer."
Nature communications 7.1 (2016): 1-14, (doi: 10.1038/ncomms13322)
- 본 논문의 저자는 단일 세포 게놈 분석을 통해, 소세포폐암 (SCLC)의 순환종양세포 (CTC)의 특성을 분석하고, 종양 세포의 내피 혈관 형성에 대해 분석 하였다.
- PicoPLEX® WGA kit를 이용해 FFPE DNA를 WGA한 후, Illumina사의 MiSeq®을 이용해 copy number aberration 분석을 진행하였다.
4. Azad, Arun A.,
et al. "Androgen receptor gene aberrations in circulating cell-free DNA: biomarkers of therapeutic resistance in castration-resistant prostate cancer." Clinical cancer research 21.10 (2015): 2315-2324, (doi: 10.1016/j.juro.2015.06.049)
- 본 논문에서 circulating cell-free DNA (cfDNA)로부터 androgen receptor (AR) 유전자 변이와 아비라테론 (abiraterone acetate)와 엔잘루타마이드 (enzalutamide)에 약물 내성을 가지는 거세저항성전립선암 (mCRPC) 간의 상관관계를 확인하였다.
- 전이된 종양 생검으로부터 cfDNA를 추출한 후, PicoPLEX® WGA kit를 이용해 각 조직의 약 50개의 세포를 WGA 한 후, copy number aberration 분석을 진행하였다.
1. Morrow, Christopher J.,
et al. "Tumourigenic non-small-cell lung cancer mesenchymal circulating tumour cells: a clinical case study."
Annals of Oncology 27.6 (2016): 1155-1160, (doi: 10.1093/annonc/mdw122)
- 본 논문에서는 비소세포폐암 (NSCLC) 환자의 CTC를 농축하여 면역 억제된 마우스에 이식하였다. 이후 환자의 진단 표본과 마우스에서 생성된 종양을 형태학적, 면역조직화학적, 유전적으로 비교 분석하였다.
- CDX 종양에 대해 whole exome sequencing (WES)를 진행하였으며, CTC로부터 추출된 DNA는 PicoPLEX® WGA kit를 이용해 WGA한 후 sanger sequencing으로 분석하였다.
2. Wu, Yu,
et al. "High-resolution genomic profiling of disseminated tumor cells in prostate cancer."
The Journal of Molecular Diagnostics 18.1 (2016): 131-143, (doi: 10.1016/j.jmoldx.2015.08.004)
- 본 논문은 2~40개 세포에서 copy number 변이 확인을 위한 최적의 방법을 규명하였다.
- 파종성 종양세포 (DTC)를 분리하여 PicoPLEX® WGA kit를 이용해 WGA하여 SNP를 분석하였으며, 동일한 환자의 DTC와 전이된 종양 간의 동일한 copy number 변이를 확인하였다.
3. Premasekharan, Gayatri,
et al. "An improved CTC isolation scheme for pairing with downstream genomics: Demonstrating clinical utility in metastatic prostate, lung and pancreatic cancer."
Cancer letters 380.1 (2016): 144-152, (doi: 10.1016/j.canlet.2016.06.017)
- 본 논문의 저자는 암환자로부터 말초혈액 유래의 침습성 CTC를 분리한 후, PicoPLEX® WGA kit를 이용해 WGA한 후, array로 copy number profiling을 분석하였다.
4. Cayrefourcq, Laure
, et al. "Establishment and characterization of a cell line from human circulating colon cancer cells."
Cancer research 75.5 (2015): 892-901, (doi: 10.1158/0008-5472.CAN-14-2613)
- 본 논문의 저자는 대장암 환자 CTC로부터 세포주를 구축한 후, 유전적, 전사체적, 단백질체 및 분비 수준에서 특성화를 진행하였다.
- 유전적 분석을 위해 PicoPLEX® WGA kit로 WGA한 후 library를 제작하여, Illumina사의 HiSeq® 2000로 copy number 변이를 분석하였다.
1. Weizman, Noga Fuchs,
et al. "towards Improving embryo prioritization: parallel Next Generation sequencing of DNA and RNA from a single trophectoderm Biopsy."
Scientific reports 9.1 (2019): 1-11, (doi: 10.1038/s41598-019-39111-7)
- 본 논문의 저자는 착상 전 이수성 및 전사체에 대한 유전자 검사법 (PGT-AT)을 규명하였으며, 본 검사법을 도입함으로써 임상 PGT-A 효율을 높일 수 있음을 확인하였다.
- 4-6개의 외배엽세포 (trophectoderm cell)로부터 SMART 기술과 PicoPLEX® 기술을 이용해 ploidy 상태와 전사체를 분석하였다. 동일한 샘플의 PGT-A 결과와 100% 일치한 CNV 분석 결과를 확인했으며, 이배체 (euploid sample)에서 유전자 발현 및 에너지 대사 조절 경로의 downregulation을 확인하였다
2. Ho, Jacqueline R.,
et al. "Pushing the limits of detection: investigation of cell-free DNA for aneuploidy screening in embryos."
Fertility and sterility 110.3 (2018): 467-475. (doi: 10.1016/j.fertnstert.2018.03.036)
- 본 논문에서는 Spent embryo medium (SEM) 유래 cfDNA로부터 ploidy와 성별을 확인하고, 배양 정도와 형태가 cfDNA 양과 예측 정도에 미치는 영향을 확인함으로써 cfDNA가 PGT-A의 비침습성 검사 적용 가능성을 시사하였다.
- 모든 샘플은 PicoPLEX® WGA kit를 이용해 PGT-A 분석을 진행하였으며, cfDNA 양은 배양 정도와 관계없이 이수성 검사에 적용되기에 충분하였다.
3. Kuznyetsov, Valeriy,
et al. "Evaluation of a novel non-invasive preimplantation genetic screening approach."
PLoS One 13.5 (2018).
- 본 논문의 저자는 blastocoel fluid (BF)가 비침습성 PGT 검사의 검체로 적합한지 확인하기 위해 PicoPLEX® 기술을 이용하였다.
- 침습성 검사와 비침습성 검사의 결과가 높은 연관성을 가질 뿐 아니라, SEM 혹은 BF 각각을 이용하는 것 보다 두 샘플을 모두 활용하는 것이 더 우수한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
4. Tsuiko, Olga,
et al. "Karyotype of the blastocoel fluid demonstrates low concordance with both trophectoderm and inner cell mass."
Fertility and sterility 109.6 (2018): 1127-1134.
- 본 논문의 저자는 blastocyst-blastocoel fluid (BF), trophectoderm (TE), inner cell mass (ICM)로부터 NGS 분석을 진행하였고, TE 샘플이 핵형을 확인하는데 가장 효과적이고 안전하며 BF는 적합하지 않음을 확인하였다.
- PicoPLEX® 기술을 이용해 모든 샘플로부터 DNA를 분리하여 NGS 기반 PGT-A를 분석한 결과, TE와 ICM 샘플에서는 86%의 연관성을 확인한 것에 비해, BF와는 40% 정도의 낮은 연관성을 확인하였다.
5. Vera-Rodriguez, M.,
et al. "Origin and composition of cell-free DNA in spent medium from human embryo culture during preimplantation development."
Human Reproduction 33.4 (2018): 745-756.
- 본 논문의 저자는 Blastocyst 배양을 위한 SEM 유래의 cfDNA 양과 그에 따른 염색체 진단 결과를 TE 샘플과 비교하여, 염색체 변이를 확인하였다.
- 모체 DNA 오염을 검출하기 위해 PicoPLEX® 기술을 이용하여 NGS 기반의 이수성 검사 및 SNP 분석을 진행하였으며, FISH를 이용해 mosaicism을 검출하였다.
6. Vendrell, Xavier,
et al. "New protocol based on massive parallel sequencing for aneuploidy screening of preimplantation human embryos."
Systems biology in reproductive medicine 63.3 (2017): 162-178.
- 본 논문의 저자는 단일세포 수준의 blastomeres와 5~10개의 trophectoderm (TE) 세포를 이용하여, 정확하게 이수성을 분석할 수 있는 방법을 규명하였다.
- PicoPLEX® 기술을 이용하여, pg ~ ng 수준의 gDNA 샘플로부터 NGS 분석을 진행하였고, single blastomeres와 WGA 한 샘플 간의 서열과 mapping에서 동일한 결과를 얻었다.
7. Tortoriello, Drew V.,
et al. "Reanalysis of human blastocysts with different molecular genetic screening platforms reveals significant discordance in ploidy status."
Journal of assisted reproduction and genetics 33.11 (2016): 1467-1471.
- 본 논문에서는 테스트 성능과 정확성이 검증된 방식으로 PGT-A를 진행할 것을 권장한다.
- 비정상적인 PGT-A 결과를 나타내는 blastocysts를 다른 방법으로 재분석하였으며, NGS 분석을 위해 PicoPLEX® 기술을 이용하였다.
8. Vera-Rodriguez, Maria,
et al. "Distribution patterns of segmental aneuploidies in human blastocysts identified by next-generation sequencing."
Fertility and sterility 105.4 (2016): 1047-1055.
- 본 논문의 저자는 TE 샘플의 염색체 이수성을 분석하기 위해, NGS 기반의 PGT-A와 aCGH 분석법과 비교하였으며, NGS를 이용했을 때 더 정확한 결과를 얻었다.
- NGS 분석 과정에서 PicoPLEX® 기술을 이용해 WGA와 library 제작을 진행하였다.
9. Macaulay, Iain C.,
et al. "G&T-seq: parallel sequencing of single-cell genomes and transcriptomes."
Nature methods 12.6 (2015): 519-522.
- 본 논문에서는 single cell로부터 full-length RNA-seq, whole genome 혹은 targeted sequencing, CNV 검출 및 분석을 보다 심층적으로 진행할 수 있도록 유전체와 전사체 서열 분석법 (G&T-seq)을 규명하였다.
- gDNA로부터 polyA+ mRNA를 분리한 후, 증폭 및 library 제작하여 서열을 확인하였으며, PicoPLEX® 기술을 이용해 CNV를 분석하였다.
10. Jaroudi, Souraya, and Dagan Wells. "Microarray-CGH for the assessment of aneuploidy in human polar bodies and oocytes."
Mammalian Oocyte Regulation. Humana Press, Totowa, NJ, 2013. 267-283.
- 본 논문에서는 single human oocytes와 polar bodies로부터 얻은 모든 염색체의 copy number를 분석하기 위한 WGA와 microarray 방법에 대해 소개하였다.
