Cell：给陈年老旧的材料焕发新的生命力！王开乐等开发与福尔马林固定石蜡包埋材料兼容的高通量单细胞DNA测序方法

导管原位癌(DCIS)是浸润性乳腺癌的常见前兆。对其基因组进展到复发性疾病的理解仍然很差，部分原因是与福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)材料的基因组分析相关的挑战。

2023年8月15日，德州大学安德森癌症中心Nicholas E. Navin团队（王开乐为第一作者）在Cell 在线发表题为“Archival single-cell genomics reveals persistent subclones during DCIS progression”的研究论文，该研究开发了Arc-well，一种与FFPE材料兼容的高通量单细胞DNA测序方法。

该研究通过分析来自细胞系、冷冻组织的40330个单细胞，以及保存3-31年的乳腺、肺和前列腺肿瘤的27个FFPE样本来验证该研究的方法。对10例匹配DCIS和2-16年后复发的癌症患者的分析表明，许多原发性DCIS已经经历了全基因组加倍和克隆多样化，并且它们与复发的持续性亚克隆具有相同的基因组谱系。进化分析表明，大多数DCIS病例经历了进化瓶颈，并进一步确定了与复发相关的持续亚克隆中的染色体畸变。

导管原位癌(Ductal carcinoma in situ, DCIS)是浸润性乳腺癌的常见前兆，经常在乳房X光筛查中被发现在大约20%的患者中，DCIS在15年内复发或进展为侵袭性疾病，即使经过局部手术和放疗治疗。然而，DCIS的克隆多样性和DCIS对复发性疾病的基因组进化尚不清楚。由于许多患者在不同的医院或不同的地理位置接受治疗，因此收集初始DCIS和可能在数年至数十年后复发的匹配纵向样本一直具有挑战性。此外，主要以福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)块的形式收集的DCIS组织的基因组图谱具有挑战性，特别是在单细胞基因组分辨率方面。因此，之前的大多数DCIS基因组研究都局限于单时间点样本，要么使用已经发生侵袭的同步DCIS侵入性组织，要么使用不匹配的DCIS和浸润性癌症配对。

关于DCIS生物学的重要问题包括了解进展的进化模型和识别DCIS和复发性疾病之间的持续亚克隆，其中包含与侵袭和复发相关的遗传事件。主要的进化问题是，初始DCIS病变是否与复发性DCIS或浸润性导管癌(IDC)有直接的基因组谱系，或者，不共享任何基因组事件(即，来自独立的谱系)。一些先前使用大量基因组方法的研究表明，许多复发与其匹配的原发DCIS对具有克隆遗传关系，这有利于直接基因组谱系模型。另一项大型基因组研究使用匹配的DCIS和复发性癌症的队列报道，约20%的病例具有独立的血统，这表明一些复发与初始疾病在遗传上无关。然而，上述大量基因组研究的一个主要限制是，它们不能准确地解决DCIS的克隆亚结构和复发，这对于推断进化模型至关重要。

在过去的十年中，单细胞基因组学领域经历了快速的发展，因为开发了第一个单细胞DNA测序(scDNA-seq)方法来分析人体组织的拷贝数。虽然最初的方法是基于全基因组扩增(WGA)化学，并且一次仅限于分析几个细胞，但微滴、纳米孔和组合索引方法的发展极大地提高了细胞通量并降低了成本。然而，这些方法都需要新鲜或快速冷冻的组织样本，这阻碍了它们在分析存档FFPE组织样本中的应用。这代表了一个主要的技术障碍，因为大多数具有长期患者结果数据的临床组织都被存储为存档的FFPE块。保存FFPE的主要问题是福尔马林诱导的DNA-蛋白质交联和双链断裂导致小片段DNA分子，这很难用现有的基于wga的方法扩增。虽然先前的一项研究已经证明了从少数FFPE组织中进行scDNA-seq的初步可行性，但这种方法的细胞吞吐量有限(n = 96)，成本高，并且需要漫长的实验过程为了解决这些问题。

机理模式图（图源自Cell ）

该研究开发了Arc-well(档案纳米孔测序)，这是一种执行高通量单细胞DNA测序的方法，可以同时从FFPE组织中提取数千个细胞进行基因组拷贝数分析。总的来说，Arc-well能够用于研究许多癌症类型和研究领域，如癌前进展、转移传播和治疗反应。除了癌症，Arc-well还可以广泛应用于研究神经系统疾病、正常组织、胚胎样本和发育阶段的拷贝数多样性，以提高人们对基本生物学和人类疾病的理解。

参考消息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00802-4