Exploring human variations by droplet barcoding

QC 2024-02-15

Abstract

Biologiska variationer utforskas i allt snabbare grad, pådrivet av den snabba utvecklingen av analytiska tekniker. Tekniker som massiv parallellsekvensering möjliggör för forskare att noggrant särskilja individers genetiska sammansättningar, cellernas olika funktioner och frisk vävnad från sjuk. Vetskapen dessa tekniker medför ger oss allt djupare insikter om livsformers komplexitet som främjar mänsklig utveckling. Torts dessa framsteg kräver klarläggandet av biologiska variationer i olika prover nya känsliga tekniker med hög kapacitet, kapabla att placera information i dess rätta sammanhang. En särskilt lovande teknik är droppkodning. 

Droppkodning utnyttjar emulsionsdropparnas förmåga att separera prover i dess funktionella komponenter kombinerat med DNA-koder för att gruppera märkta molekyler efter sekvensering. Denna teknik utgör ett mångsidigt verktyg för att studera biologiska variationer i både fenotyp och genotyp. Den här avhandlingen utforskar tekniker baserat på droppkodning för att analysera dessa variationer relaterat till människlig biologi. 

Droppkodning användes i analys av fenotypvariationer genom att studera proteinsignaturer hos enskilda extracellulära vesiklar (Artikel I) samt enskilda celler (Artikel II). Artikel I studerar extracellulära vesiklar, vilka är partiklar som naturligt släpps ut från celler. Dessa vesiklar bär på heterogena protein-signaturer som kan informera om dess cellulära härkomst. I studien undersöks proteinsignaturer från tiotusentals extracellulära vesiklar, inklusive cirka 25 000 från lungcancerpatienter. Utifrån dessa signaturer kunde extracellulära vesiklar sedan grupperas i potentiella subtyper. Artikel II presenterar en ny metod för att studera enskilda celler, som användes för att karakterisera immunceller från blod. Metoden möjliggjorde identifiering av de flesta stora immuncellspopulationerna. 

Haplotyp-upplösta genotypvariationer analyserades med en metod för länkad sekvensering baserad på droppkodning. Länkad sekvensering möjliggör att vid sekvensering med kort läslängd bevara information över långa genomiska distanser genom DNA-kodning av små delar av långa DNA-fragment. Artikel III presenterar en pipeline (BLR) med öppen källkod för helgenoms haplotypning som använder data från länkad sekvensering. BLR genererar haplotyper med stor exakthet och kontinuitet som överträffar diploid genom-sammansättning (“assembly”) med PacBio HiFi data. Vi visar även att integrering med långa sekvenser med begränsad genomtäckning förbättra haplotypning i tandem-repetitiva genomregioner. Med 10X Genomics länkade sekvenser genererade BLR mer kontinuerlig haplotypning jämfört med andra analysflöden. Artikel IV tillämpar länkad sekvensering för att avslöja haplotypkomplexiteten hos cancergenom. Hos två patienter med tjocktarmscancer identifierades flera storskaliga variationer som överlappar cancerrelaterade gener. Dessutom hittades flera korta somatiska varianter som påverkade gener i nästan all onkogena nätverk identifierade av TCGA. En patient uppvisade två nonsensmutationer på separata haplotyper i den välkända tjocktarmscancergenen APC, vilket påvisar vikten av haplotyp-upplöst analys för cancergenomik. 

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-343460