CHARACTERIZATION OF CANCER

GENOMES THROUGH WHOLE-

EXOME AND mRNA-SEQUENCING

R. Piazza

Dip. Medicina Clinica,

Università di Milano-Bicocca

R. Piazza – Roma, 23/6/11

WHOLE-EXOME SEQUENCING

PERCHÉ WHOLE-EXOME ?

RIDUZIONE DELLE DIMENSIONI

DEL PROBLEMA 50-100X

RIDUZIONE DELLA COMPLESSITÀ

DI ANALISI

RIDUZIONE PROPORZIONALE

DEI COSTI

MAGGIORE RAPIDITÀ

MUTAZIONI IN REGIONE

CODIFICANTE ?

R. Piazza – Roma, 23/6/11

WHOLE-EXOME SEQUENCING

R. Piazza – Roma, 23/6/11

THE EXOME – GALAXY AND UCSC

WHOLE-EXOME SEQUENCING - COVERAGE

R. Piazza – Roma, 23/6/11

BIOINFORMATICA:

OBIETTIVI

SEMPLICITÀ D’USO

- GRAFICO, NO SCRIPT

PORTABILITÀ:

- WINDOWS XP, 7, VISTA, 2000

- LINUX (UBUNTU, RED HAT…)

- MAC

RISORSE HARDWARE:

- NOTEBOOK, DESKTOP PC

WHOLE-EXOME SEQUENCING: BIOINFORMATICA

R. Piazza – Roma, 23/6/11

Mapping Quality

Read Coverage

Mutation ratio

Mutation Coverage

Read Quality

Control Pileup Cancer Pileup

Cancer vs. Control

Matching Algorithm

Filters

Output data Annotations: SIFT, UCSC

- SNP ?

- Contamination ?

- Artefact ?

- Is the SNP/Mut heterozygous?

Somatic model call

Somatic mutation P-value

LOH model call - Somatic

LOH P-value

LOH model call - SNP

LOH P-value

WHOLE-EXOME SEQUENCING: BIOINFORMATICA

C T ….ACTGAATTGCTGATTG….

G

A A A G G G

A A A A A A

G G G G T T

A A G G G G

T T T T T T

….ACTGAATTGCTGATTG….

A A

A A

T T T

T T T T

G G G G G

C C C C C C

T T T T T T

TUMORE

CONTROLLO

G G

CELLULE NEOPLASTICHE CELLULE SANE

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PATIENT 1: IDH2 (Isocitrate dehydrogenase) R140Q

IDH2 – Control

IDH2 – Leukemia

aCML-Ph+001 Atypical CML – Pt 1

aCML-Ph+002 Atypical CML – Pt 2

aCML-Ph+003 Atypical CML – Pt 3

R. Piazza – Roma, 23/6/11

mRNA-seq – DRIVER FUSION TRANSCRIPTS

Bridge reads

Junction reads

R. Piazza – Roma, 23/6/11

Tyr Kinase Domain

Exon 7 (Bcr)

Exon 8 (Bcr)

Exon 9 (Bcr)

Exon 10 (Bcr)

Exon 11 (Bcr)

Exon 12 (Bcr)

Exon 13 (b2)(Bcr)

Exon 14 (b3)(Bcr)

Exon 6 (Bcr)

Exon 5 (Bcr)

Exon 4 (Bcr)

Exon 3 (Bcr)

Exon 2 (Bcr)

Exon 1 (Bcr)

Exon 2 (Abl)

Exon 3 (Abl)

Exon 4

Exon 5

Exon 6

Exon 7

Exon 8

Exon 9

Exon 10 Exon 11

Ex4 Ex3 Ex2 Ex14 Ex13 Ex12

2 1 3

BCR ABL

SAMBUILDER

ARTIFICIAL SAM

RANDOM PAIRED

END READS

4

AML1-ETO t(8;21)

BCR-ABL1 p190 t(9;22)

BCR-ABL1 p210 (e13a2) t(9;22)

BCR-ABL1 p210 (e14a2) t(9;22)

CBFB-MYH11 inv(16)

CEP110-FGFR1 t(8;9)

EWSR1-ERG t(21;22)

MLL-MLLT1 t(11;19)

MLL-MLLT3 t(9;11)

MLLT10-PICALM t(10;11)

NCOA4-RET inv(10)

NPM-ALK t(2;5)

NUP98-HOXD13 t(2;11)

PLZF-RARa t(11;17)

PML-RARa t(15;17)

SRSF3-BCL6 t(3;6)

TCF3-PBX1 t(1;19)

TEL-AML1 t(12;21)

TEL-JAK2 t(9;12)

TEL-NTRK3 t(12;15)

TRIP11-PDGFRb t(5;14)

R. Piazza – Roma, 23/6/11

AML1-ETO t(8;21) BCR-ABL1 p190 t(9;22) BCR-ABL1 p210

e13a2 t(9;22)

BCR-ABL1 p210

e14a2 t(9;22)

CBFB-MYH11 inv(16) CEP110-FGFR1 t(8;9) EWSR1-ERG t(21;22) MLL-MLLT1 t(11;19)

MLL-MLLT3 t(9;11) MLLT10-PICALM t(10;11) NCOA4-RET inv(10) NPM-ALK t(2;5)

R. Piazza – Roma, 23/6/11

NUP98-HOXD13 t(2;11) PLZF-RARa t(11;17) PML-RARa t(15;17) SRSF3-BCL6 t(3;6)

TCF3-PBX1 t(1;19) TEL-AML1 t(12;21) TEL-JAK2 t(9;12) TEL-NTRK3 t(12;15)

TRIP11-PDGFRb t(5;14)

R. Piazza – Roma, 23/6/11

R. Piazza – Roma, 23/6/11

‘BRIDGE’ EVENTS

ANNOTAZIONE ‘STRAND’

ANNOTAZIONE ‘JUNCTION’

ANNOTAZIONE ‘FRAME’

ANNOTAZIONE ‘RECIPROCAL’

BCR/ABL1 ARPC4/TTLL3

READTHROUGH FUSION ?

R. Piazza – Roma, 23/6/11

RIASSUMENDO…

Le tecnologie di sequenziamento whole-exome e

trascrittomico sono ormai mature e pienamente

utilizzabili

Per qualunque tipo di approfondimento in relazione ai

temi trattati, ci trovate presso l’università di Milano-

Bicocca! (rocco.piazza [at] unimib.it)

- Alessandra Pirola

- Roberta Spinelli

- Simona Valletta

- Carlo Gambacorti

L’uso di queste tecnologie e lo sviluppo di strumenti

bioinformatici ‘user-friendly’ consentono oggi anche a

team privi di informatici/programmatori di realizzare

progetti di sequenziamento complessi

R. Piazza – Roma, 23/6/11