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哈佛大学副教授Charles Lee谈微阵列技术在细胞遗传学应用中的现状与未来

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发表于 2011-7-31 18:57:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
姓名:Dr.  Charles  Lee
职位:哈佛癌症研究中心细胞遗传学主任;哈佛医学院副教授;麻省理工学院和哈佛大学Broad研究院准教员;布里格姆妇女医院临床细胞遗传学家;
背景:
2002年,通过美国医学遗传学委员会的临床细胞遗传学认证;

1998-2001年,在哈佛医学院攻读博士后学位;

1996-1998年,在英国剑桥大学攻读博士后学位;

1996年,获得加拿大阿尔伯塔大学遗传学博士学位;

1990年,获得阿尔伯塔大学遗传学学士学位。

在近十年的大部分时间里,Dr.  Charles  Lee设在波士顿的实验室一直专注于利用最新的分子细胞遗传学技术来研究脊椎动物的基因组结构,以此加深对人类疾病的了解。
Dr.  Charles  Lee目前从事的研究主要涉及三个部分:将分子细胞遗传学工具用于模式生物的开发及应用;基因组结构变异;以及癌症生物标记的识别与特征化。
Dr.  Charles  Lee  还是基因组结构变异识别与解释方面的权威,他积极投身于目前正在进行的1000  基因组计划,还加入了基因组结构变异联合会,利用自身在细胞遗传学上的丰富经验,以及微阵列和第二代测序等技术,帮助更好地探索人基因组结构变异。
为了解细胞遗传学界目前对这些最新技术的运用情况,BioArray  News在上周采访了Dr.  Charles  Lee。以下是采访记录。
您何以会成为一名细胞遗传学家?
Charles  Lee:我曾在阿尔伯塔大学攻读遗传学本科学位,我很喜欢这门科学,因为我发现攻读遗传学更多地需要理解概念和解决问题,而不是对事实的死记硬背。在我大四的时候,我在C.C.  Lin的带领下参与了一个研究项目,Lin既是阿尔伯塔大学附属医院的细胞遗传学主任,同时还是一个热点研究实验室的负责人。我对像他这样能成功地兼顾治疗与研究的人很敬仰。我对研究的热情就是这样慢慢培养起来的,我发现自己很擅长显微镜检查,当看到染色体显色时我就很有成就感,这比单纯地观察凝胶中的谱带有趣多了,而且我能积极利用最新的细胞遗传学技术,这都让我很有满足感。
在此之后,我开始从事两项博士后研究,一项为基础研究,另一项涉及临床细胞遗传学。我的第一个博士后研究是与英国剑桥大学的  Malcolm  Ferguson-Smith  一同进行的。他是世界知名的细胞遗传学家,致力于研究尖端的分子细胞遗传学技术,包括光谱核型分析、Rx-FISH、染色体流式分拣与涂染,以及性别判定和产前诊断方面的研究。而我的临床细胞遗传学培训是与哈佛医学院的Cynthia  Morton一同进行的。现在,我已成为美国医学遗传学委员会的认证会员,平时我有20%的时间在布里格姆妇女医院提供临床细胞遗传学方面的服务,此外我在BWH/哈佛医学院负责一家23人的研究室,我把剩余80%的时间都花在那里。对我来说,这一时间分配是最为平衡的。
您最初在阿尔伯塔大学,后来又到剑桥大学从事研究时,当时可供您利用的技术有哪些?
Charles  Lee:在阿尔伯塔大学时我们做了大量的  G带染色体分析,那时刚开始在采用特定基因座的染色体涂染探针的原位杂交中使用荧光技术。后来我到了剑桥大学,那里的实验室使用了许多先进的分子细胞遗传学技术,包括光谱核型分析、染色体流式分拣、跨物种染色体涂染和纤维FISH。当时阵列技术还未进入实验室,因为首个阵列  CGH  论文直到1997年才公布与世。

您从何时开始接触微阵列技术?
Charles  Lee:2003年,我在哈佛医学院刚从讲师升任助理教授,并设立了我自己的研究实验室,能够从事基于阵列的比较基因杂交实验。但在那时,我们还远远未在aCGH  领域占据领先地位。那时在该领域走在前列的是加州大学旧金山分校的  Dan  Pinkel  和Joe  Gray、英国桑格中心的Nigel  Carter  、荷兰内梅亨大学的  Joris  Veltman  等人。正是这些举足轻重的人物在不久后的将来让所有的细胞遗传学家都能利用aCGH  技术进行研究或临床诊断。
您最早使用的是哪种类型的阵列平台?
Charles  Lee:那时所用的阵列主要是基于BAC的阵列,含有约150  K碱基的插入  dna。一开始我们也考虑过自己开发阵列,但我的实验室刚起步不久,显然没有足够的人力和财力这么做。于是有人向我引见了一家新成立的名为Spectral  Genomics的公司,他们生产供aCGH  实验所用的BAC阵列。我先试用了他们的小鼠BAC阵列,发现他们有许多BAC克隆图谱都是错误的。在约1/3的克隆中,不仅染色体基因图有误,甚至还将不同的非同源染色体列入了图谱。当我把我们的FISH  验证实验结果给他们看后,他们请我担任该公司的无薪顾问。这是了解阵列生产详情和解决aCGH实验疑难问题的大好机会。
看起来每个实验室所用的技术组合都有所不同。能否请您谈一下,目前学术界是如何解决不同实验室在同一实验上结果不一致的问题?
Charles  Lee:我前面已经提过,应当对不同的技术进行一项公正且全面的比较研究,以评估每种平台可检测与无法检测的具体方面。我认为,对于大规模的基因组失衡,大部分平台都能检测出来。解释上可能出现的偏差主要存在于较小的基因组上,特别是当这些基因组被嵌入或靠近带有片段重复或其他重复性元素的复杂基因组区域时。
在临床诊断中,对阵列平台实施标准化将很有帮助。现有的标准化机构-  细胞遗传学阵列国际标准化联合会由埃默里大学的David  Ledbetter  和Christa  Lese  Martin负责,他们的目标是对体质细胞遗传,最终对围产期细胞遗传病例做出准确的解释。该联合会正在尝试设立相关的最低要求,比如,此类临床细胞遗传学诊断阵列应当检测出哪些靶区域,应获得的最低有效分辨率是多少。该团体还力争让所有的成员都能共享阵列数据,帮助对拷贝数变化做出准确的解释。这样的话,每位细胞遗传学家就能根据自己的意愿选择适合的平台,只要其阵列满足ISCA设立的最低要求即可。至于癌症细胞遗传学目前所用的阵列,现在美国杜兰大学的Marilyn  Li正在带头设立一个癌症细胞遗传学阵列联合会。
您怎样在从事日常科研工作的同时,密切关注全世界层出不穷的最新基因组结构变异信息?
Charles  Lee:如果我没理解错的话,你的意思是指,随着正常人拷贝数变异信息资料的日益增多,我们是如何实施转化型研究或临床研究项目的。这无疑是个持续的挑战。过去五年来,基因组变异数据库将已公布的健康正常人的CNV检测数据都收编到目录中。当然,所有的CNV项目在检测中都出现了一定程度的假阳性率,比例在5%-20%甚至更高,而这一信息不可避免地被错误地列入了正常变异中。对于临床细胞遗传学家来说,我们参考基因组变异数据库中的信息,对病人的CGH阵列结果中出现的基因组失衡的致病性做出解释。简单地说,在健康的正常人身上出现的基因组失衡不太可能在临床识别的病人身上成为病原。但我们知道基因组变异数据库中存在假阳性数据,所以不能仅根据这些标准来解释某位病人的基因组失衡。令人庆幸的是,我们还可以结合数十年来细胞遗传学家们在全基因组重排上一直使用的标准。举例来说,如果在某位病人身上发现染色体重排,同时其健康的双亲中有一方也存在这一情况,那么就不太可能视之为病原。当然这也有例外。比如,当病人出现染色体缺失,其健康的母亲的缺失情况看起来与之一样时,但病人的染色体缺失显露出隐性突变  -  其母亲则没有这一突变,那么两者的表型效应也有很大差别。
显然,所有的临床细胞遗传学家在解释阵列CGH结果时都必须格外小心,充分利用现有的所有临床数据和网上数据库中的数据,如基因组变异数据库和DECIPHER,以及基因组失衡的内容,同时与遗传学顾问紧密合作,帮助他们告知病人,阵列CGH解释虽然不是绝对正确的,但是根据我们所获得的大量相关信息做出的。虽然我不想这么说,但有时候,在解释基因组失衡上是有点小技巧的。我想,随着时间的推移,我们获得的基因型及相应的表型数据将越来越多,结果解释也将变得越来越容易和准确。当然了,在进行产前阵列CGH测试时应格外谨慎,应将此类测定结合其他现有信息一同使用,如超声检查结果和家族史等等。
您参与了众多的科研项目。目前您主要从事的是哪方面的研究?

Charles  Lee:目前在我们的实验室进行的研究中,有3/4  与某种形式的结构变异识别或特征化有关,包括人类与模式生物。有人劝我少接一些项目,将精力专注于少数几个最重要且有潜在影响的项目。但实际上要做到这一点不太容易。在人类与模式生物的基因组结构变异上仍有许多未知的信息-    比如这些变种处于哪个位点上,它们的基因组影响如何,随后这些变种又会生成哪些表型,包括疾病易感性等,我对充分利用有限的时间和现有资源来揭示这些答案充满了兴趣。看到我热情高涨的样子,一些同事开玩笑说,他们认为我也患有轻度的多动症。我想他们是对的。

您利用哪类生物信息学工具来应对这些研究问题?
Charles  Lee:直到最近,我们一直非常依赖于各家阵列生产公司推出的软件。我们也会使用其它独立平台分析算法开发公司的软件产品,比如BioDiscovery的Nexus程序。但在去年,我们幸运地请到Ryan  Mills加盟我们的研究团队,他是一位资深的生物信息学家,也是卓越的团队领导者,在分析新一代DNA测序数据和识别基因变异上颇有研究。他为我们的研究团队注入了无法估量的价值。我无法想象,如果缺少优秀的生物信息学家,任何基因组研究或临床实验室将如何运作下去。我知道临床细胞遗传学家在北美很稀缺,但我估计,如今对生物信息学家的需求更为旺盛。
从整个细胞遗传学研究界来看,您认为是否只有顶尖的实验室才会采用阵列技术?
Charles  Lee:如果在两年前,确实只有顶尖的实验室才会使用。但这一情况在发生改变。虽然不是很清楚确切数字,但据我估计,本国至少有20家甚至更多的实验室现以某种形式采用了阵列CGH技术。作为美国人类遗传学协会程序委员会的成员,我发现今年有关aCGH的研究摘要比往年多出许多。我们的会员即将在夏威夷聚首,交流和分享彼此的科研成果,这无疑是件让人振奋的事  -  原因之一是,现在aCGH已经不再是一流实验室的专利,而得到了广泛的普及。让细胞遗传学家热血沸腾的时刻终于到了。
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