Multimodal analysis of cell-free DNA whole-methylome sequencing for cancer detection and localization

DNA甲基化 表观遗传学 计算生物学 胎儿游离DNA 甲基化 生物 生物信息学 DNA 遗传学 基因 基因表达 胎儿 产前诊断 怀孕
作者
Fenglong Bie,Zhijie Wang,Y Li,Wei Guo,Yuanyuan Hong,Tiancheng Han,Fang Lv,Shunli Yang,Suxing Li,Xi Li,Peiyao Nie,Shun Xu,Ruochuan Zang,Moyan Zhang,Peng Song,Fenling Feng,Jianchun Duan,Guangyu Bai,Yuan Li,Qilin Huai,Bolun Zhou,Yu S. Huang,Weizhi Chen,Fengwei Tan,Shugeng Gao
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-023-41774-w
摘要

Multimodal epigenetic characterization of cell-free DNA (cfDNA) could improve the performance of blood-based early cancer detection. However, integrative profiling of cfDNA methylome and fragmentome has been technologically challenging. Here, we adapt an enzyme-mediated methylation sequencing method for comprehensive analysis of genome-wide cfDNA methylation, fragmentation, and copy number alteration (CNA) characteristics for enhanced cancer detection. We apply this method to plasma samples of 497 healthy controls and 780 patients of seven cancer types and develop an ensemble classifier by incorporating methylation, fragmentation, and CNA features. In the test cohort, our approach achieves an area under the curve value of 0.966 for overall cancer detection. Detection sensitivity for early-stage patients achieves 73% at 99% specificity. Finally, we demonstrate the feasibility to accurately localize the origin of cancer signals with combined methylation and fragmentation profiling of tissue-specific accessible chromatin regions. Overall, this proof-of-concept study provides a technical platform to utilize multimodal cfDNA features for improved cancer detection.

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