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人類遺伝学研究
単一遺伝子疾患から多因子遺伝疾患の遺伝学: 効率を上げる方法は？
希少遺伝性疾患を研究する場合、幅広い遺伝的および表現型の不均一性と、同じく原因となる変異タイプも幅広い候補が見つかります。一般的な研究環境で必要とされる、速度とコスト効率で、すべての原因となる変異を見つけ出せる、単一のプラットフォームはありません。
ここでは、サンプルからデータを得るまでに 1 週間以内に有用なデータを提供できるヒト遺伝性疾患プロジェクトとテクノロジーソリューションの例を紹介いたします。
サーモフィッシャーサイエンティフィックなら、解析が必要なのが一つの遺伝子なのか何千もの遺伝子なのかに関わらず、より効率的に答えを見つけのに役立つツールを、お選びいただくことができます。
Educational content
人類遺伝学のさまざまな問題のためにどのような技術を検討すべきか？
単一遺伝子の遺伝パターン（メンデル遺伝病）
オーダーメードで組み立てる遺伝子パネルの次世代シーケンスを使用した候補遺伝子解析を通じて、いかに短時間で遺伝性疾患の原因アレルを特定できるかをご覧ください。
次世代半導体シーケンス技術を使用した遺伝性心筋症の分子解析 - Chaoxia Lu et al
アプローチ：
- 一つのIon AmpliSeq 遺伝子パネルを使用して、異なる遺伝性心筋症の原因変異を特定。
- 候補遺伝子に対してターゲット次世代シーケンス（NGS）を実行。
- サンガーシーケンスで遺伝的変異を検証。
結果：
- 23.6％の研究サンプルに SLC25A4 遺伝子のホモ接合性変異を含む潜在的病原性変異を発見。
- 発見された病原性変異のうち、15 株がヒト遺伝子変異データベースまたは ClinVar データベースに報告されており、11 株が新規。
- 大部分の変異株は MYH7（8/26）および MYBPC3（6/26）遺伝子内で発見。チチン（TTN）短縮型変異が拡張型心筋症の症例の 13％（23 例中 3 例）。
技術について
| 複数遺伝子のマルチプレックス解析には、以下のように低コスト変異検出用の複数サンプルを使用 | |||
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| 単一遺伝子には、以下の単一サンプル変異検出または NGS よる検証を使用 | |||
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複数要因の（メンデル型ではない）遺伝病
遺伝性疾患は、遺伝子座の組み合わせによっても引き起こされる可能性があり、それらが一緒になって複雑で変化する表現型につながる場合があり、疾患の特定をより困難にします。染色体マイクロアレイ解析（CMA）と全エクソーム解析（WES）を組み合わせることにより、全エクソーム解析単独の場合に比べてどれほど発見率が向上するかをご紹介します。
メンデル型ではない遺伝子座の同定と、その疾病への寄与の定量化は、どのようにすれば行えるのでしょうか？
最近の研究で、ゲノムアレイとシーケンスエクソーム解析の組み合わせが、説明のつかない知的障害、自閉症スペクトラム障害、先天性異常などを持つ被験者の評価における効果的なアプローチであることが示されました。これらの試験の期待値は、高精度ゲノムアレイで 15～20％、エクソームシーケンスとの組み合わせで >50％ でした（Vissers L et al.Nature Genetics, 2010, PMID: 21076407）。
例：自閉症の研究
自閉症スペクトラム障害を抱える子供で次世代シーケンスを使用した染色体マイクロアレイ解析と全エクソーム解析の分子診断値。Tammimies K et al.（2015）JAMA
アプローチ：
- 自閉症スペクトラム障害（ASD）を抱えている 258 例のそれぞれ血縁関係のない子供から研究サンプルを収集
- 染色体マイクロアレイ解析（CMA）を実施
- 両親の DNA サンプルが入手可能な被験者 100 例に全エクソームシーケンス（WES）を実施
結果：
- CMA からは被験者 258 例中 24 例で、WES からは 95 例中 8 例で病原性アレルが同定された
- 影響する可能性のある 96 例の de novo 変異も特定された
技術について
トリプレットリピート病
ハンチントン病、脊髄小脳変性症、脆弱 X 症候群、SBMA などの神経変性疾患は、定義された遺伝子座内の不安定なトリプレットリピートによって引き起こされます。リピートの長さの変動は正常な対立遺伝子で観察され、15 ～ 40ヌクレオチドの範囲です。リピートの長さが特定の閾値（通常は 45 を超える）を超えると、病状が発生します。この疾患の表現型は、生殖細胞系列に新たに生じる突然変異 de novoが原因で、世代ごとに悪化していく場合があります。
疾病を引き起こす単純なタンデムリピート変異をどのようにすれば見つけることができますか？
例：脆弱 X
30 種類を超えるメンデル遺伝疾患が、STR 伸長とのつながりがあります。脆弱 X 症候群では、FMR1 遺伝子内のタンデム CGG リピートが、前頭側頭型認知症および筋萎縮性側索硬化症の発症と重症度に関与しています。
アプローチ：
- FMR1 CGG リピート領域はサイズに変動があり、遺伝子解析には長いフラグメント長で 800bp 以上の分解能が必要
- Applied Biosystems SeqStudio Genetic Analyzer と Asuragen AmplideX PCR/CE FMR1 および C9orf72 試薬を使用して、キャピラリー電気泳動シーケンスによるフラグメントのサイズ決定（フラグメント解析）を実施
- 脆弱 X 研究の被験者から採取した血液サンプルから Asuragen AmplideX PCR/CE FMR1 および C9orf72 試薬を増幅
- AmplideX PCR/CE FMR1 および C9orf72 試薬を分析パラメータ、SeqStudio モジュール = LongFragAnalysis（修飾）、インジェクション時間 = 2 秒、インジェクション電圧 = 6 kV、解析時間 = 3,300 秒、解析電圧 = 6 kV で分析
- 解析の所要時間は約 30 分
結果：
- 期待される n および n + 1 アレルの一貫した検出でシングルリオピートアッセイの分解能を示しています。。
- 遺伝子型およびアレルリピート長は、期待される値で 100％一致。
どのようにして病歴のない家族に新しい変異が起こるのでしょうか？
これらの原因突然変異はどのようにすれば発見できるのでしょうか？
例：線毛機能不全症候群の事例
繊毛機能の珍しい遺伝的疾病であり、出生1／20,000に影響を及ぼしますが、この病気の表現型はまちまちであり、診断が困難です。 効果的な疾病の把握には、早期診断が不可欠です。 Kano G et al.(2016) Mol Med Reports
アプローチ：
- 線毛の微細構造解析を使用して症候群を発症した個人を特定する
- Ion AmpliSeq エクソームシーケンスを実施して変異を特定する
- サンガーシーケンスによる検証
結果：
二つのDNAH5（dynein heavy chain 5）変異を特定しました：
- 母親は、一つの対立遺伝子についてヘテロ接合体でした（DNAH5 c.9101delG）
- 父親は異なる対立遺伝子のヘテロ接合体であった（DNAH5 c.5983C> T）
- 発症した子供は、両親から遺伝した欠陥のある対立遺伝子をそれぞれ持っていました
人類遺伝学の研究では、病気の要因となる対立遺伝子が得られたら、スクリーニングツールに移行します。両親二人とも疾病につながっる関連遺伝子の保因者だった場合、その疾病が子に遺伝する確率は25％です。異なる集団でのリスク因子を理解することが、予防医学の発展の最初の段階です。
遺伝的な要因を特定し次世代への遺伝を防ぐ最も優れた方法は何でしょうか？
キャリアスクリーニング
キャリアスクリーニングでは、健康な人が疾病につながる遺伝子のコピーを保有しているかどうかを調べます。理想的なキャリアスクリーニングツールは、1 度の試験だけですべての被験者に対応できるように、さまざまな人種で見つかる可能性のあるすべての疾病につながる関連遺伝子が含まれている必要があります。 このアプローチで、作業、コスト、および試行錯誤の回数を減らすことができます。
アプローチ：
- 国際的な人々から、疾病に関連のある 600 種の最も一般的な遺伝子の変異を選択
- デザインと検証プロセスは、幅広いスクリーニング研究で高い信頼性と再現性が得られる必要があります
- 研究者が可能な限り幅広い人々を研究し、発見された新しい対立遺伝子を追加できるように、カスタマイズ可能にします
- サンプル調整を自動にするか手動にするかを選択できます
エクソームオデッセイの解明
エクソンレベルの CNV のコストパフォーマンスが高く、合理的な解析が行えるように、Applied Biosystems CytoScan XON Suite を使用してシングルエクソンの欠失と重複を高い信頼性で検出して、エクソームオデッセイの課題を克服します。7,000 種に増やした臨床的に関連のある遺伝子で全ゲノムを網羅するように設計された CytoScan XON Suite は、次世代シーケンス（NGS）で行われる変異解析の強力な補完となる CNV データを提供します。
アプローチ：
- コストパフォーマンスの高い方法でシングルエクソンの欠失と重複を総合的に検出
- エクソンレベルの欠失と重複を高い信頼性で検出して、NGS 変異解析を補完
- 代替技術で CNV の結果を確認する
- シーケンス変異解析を簡素化および合理化
技術について
ジェノタイピングは、研究および臨床の場面におけるプレシジョン・メディシンにとって、ますます重要な分子生物学的ツールとなっています。近年、大規模なバイオバンクとプレシジョン・メディシンのイニシアチブに導かれて、研究戦略が急速に進化してきました。以下では、複雑な形質ゲノミクスおよびファーマコゲノミクスにおける一般的なジェノタイピングの課題をこの分野のリーダー達がどのように解決してきたかについて、アクセスできます。
ゲノム変異を網羅する最も効果的は方法とはどのようなものでしょうか？
この課題が UK Biobank によってどのように解決されたかについて、イギリス オックスフォード大学の糖尿病の研究者である Robert Turner教授およびオックスフォード大学病院の内分泌学者である Mark McCarthy のインタビューをお読みください。
ジェノタイピングを的確な医療研究に組み込む最も優れた方法とはどのような方法でしょうか？
この e-learning では、米国 AKESOgen の共同設立者兼チーフサイエンティフィックオフィサー Mark Bouzyk 博士が、ファーマコゲノミクスの研究とミリオン退役軍人プログラムに取り組んできた自身の体験についてお話くださいます。
ファーマコゲノミクスの将来の展望とそこに至るまでの障害とは？
このインタビューでは、米国 Right Patient, Right Drug Diagnostics の医学博士 Ulrich Broeckel 氏が、ファーマコゲノミクスの価値と研究について議論してくださいます。
技術について
単一遺伝子の遺伝パターン（メンデル遺伝病）
オーダーメードで組み立てる遺伝子パネルの次世代シーケンスを使用した候補遺伝子解析を通じて、いかに短時間で遺伝性疾患の原因アレルを特定できるかをご覧ください。
次世代半導体シーケンス技術を使用した遺伝性心筋症の分子解析 - Chaoxia Lu et al
アプローチ：
- 一つのIon AmpliSeq 遺伝子パネルを使用して、異なる遺伝性心筋症の原因変異を特定。
- 候補遺伝子に対してターゲット次世代シーケンス（NGS）を実行。
- サンガーシーケンスで遺伝的変異を検証。
結果：
- 23.6％の研究サンプルに SLC25A4 遺伝子のホモ接合性変異を含む潜在的病原性変異を発見。
- 発見された病原性変異のうち、15 株がヒト遺伝子変異データベースまたは ClinVar データベースに報告されており、11 株が新規。
- 大部分の変異株は MYH7（8/26）および MYBPC3（6/26）遺伝子内で発見。チチン（TTN）短縮型変異が拡張型心筋症の症例の 13％（23 例中 3 例）。
技術について
| 複数遺伝子のマルチプレックス解析には、以下のように低コスト変異検出用の複数サンプルを使用 | |||
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| 単一遺伝子には、以下の単一サンプル変異検出または NGS よる検証を使用 | |||
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複数要因の（メンデル型ではない）遺伝病
遺伝性疾患は、遺伝子座の組み合わせによっても引き起こされる可能性があり、それらが一緒になって複雑で変化する表現型につながる場合があり、疾患の特定をより困難にします。染色体マイクロアレイ解析（CMA）と全エクソーム解析（WES）を組み合わせることにより、全エクソーム解析単独の場合に比べてどれほど発見率が向上するかをご紹介します。
メンデル型ではない遺伝子座の同定と、その疾病への寄与の定量化は、どのようにすれば行えるのでしょうか？
最近の研究で、ゲノムアレイとシーケンスエクソーム解析の組み合わせが、説明のつかない知的障害、自閉症スペクトラム障害、先天性異常などを持つ被験者の評価における効果的なアプローチであることが示されました。これらの試験の期待値は、高精度ゲノムアレイで 15～20％、エクソームシーケンスとの組み合わせで >50％ でした（Vissers L et al.Nature Genetics, 2010, PMID: 21076407）。
例：自閉症の研究
自閉症スペクトラム障害を抱える子供で次世代シーケンスを使用した染色体マイクロアレイ解析と全エクソーム解析の分子診断値。Tammimies K et al.（2015）JAMA
アプローチ：
- 自閉症スペクトラム障害（ASD）を抱えている 258 例のそれぞれ血縁関係のない子供から研究サンプルを収集
- 染色体マイクロアレイ解析（CMA）を実施
- 両親の DNA サンプルが入手可能な被験者 100 例に全エクソームシーケンス（WES）を実施
結果：
- CMA からは被験者 258 例中 24 例で、WES からは 95 例中 8 例で病原性アレルが同定された
- 影響する可能性のある 96 例の de novo 変異も特定された
技術について
トリプレットリピート病
ハンチントン病、脊髄小脳変性症、脆弱 X 症候群、SBMA などの神経変性疾患は、定義された遺伝子座内の不安定なトリプレットリピートによって引き起こされます。リピートの長さの変動は正常な対立遺伝子で観察され、15 ～ 40ヌクレオチドの範囲です。リピートの長さが特定の閾値（通常は 45 を超える）を超えると、病状が発生します。この疾患の表現型は、生殖細胞系列に新たに生じる突然変異 de novoが原因で、世代ごとに悪化していく場合があります。
疾病を引き起こす単純なタンデムリピート変異をどのようにすれば見つけることができますか？
例：脆弱 X
30 種類を超えるメンデル遺伝疾患が、STR 伸長とのつながりがあります。脆弱 X 症候群では、FMR1 遺伝子内のタンデム CGG リピートが、前頭側頭型認知症および筋萎縮性側索硬化症の発症と重症度に関与しています。
アプローチ：
- FMR1 CGG リピート領域はサイズに変動があり、遺伝子解析には長いフラグメント長で 800bp 以上の分解能が必要
- Applied Biosystems SeqStudio Genetic Analyzer と Asuragen AmplideX PCR/CE FMR1 および C9orf72 試薬を使用して、キャピラリー電気泳動シーケンスによるフラグメントのサイズ決定（フラグメント解析）を実施
- 脆弱 X 研究の被験者から採取した血液サンプルから Asuragen AmplideX PCR/CE FMR1 および C9orf72 試薬を増幅
- AmplideX PCR/CE FMR1 および C9orf72 試薬を分析パラメータ、SeqStudio モジュール = LongFragAnalysis（修飾）、インジェクション時間 = 2 秒、インジェクション電圧 = 6 kV、解析時間 = 3,300 秒、解析電圧 = 6 kV で分析
- 解析の所要時間は約 30 分
結果：
- 期待される n および n + 1 アレルの一貫した検出でシングルリオピートアッセイの分解能を示しています。。
- 遺伝子型およびアレルリピート長は、期待される値で 100％一致。
どのようにして病歴のない家族に新しい変異が起こるのでしょうか？
これらの原因突然変異はどのようにすれば発見できるのでしょうか？
例：線毛機能不全症候群の事例
繊毛機能の珍しい遺伝的疾病であり、出生1／20,000に影響を及ぼしますが、この病気の表現型はまちまちであり、診断が困難です。 効果的な疾病の把握には、早期診断が不可欠です。 Kano G et al.(2016) Mol Med Reports
アプローチ：
- 線毛の微細構造解析を使用して症候群を発症した個人を特定する
- Ion AmpliSeq エクソームシーケンスを実施して変異を特定する
- サンガーシーケンスによる検証
結果：
二つのDNAH5（dynein heavy chain 5）変異を特定しました：
- 母親は、一つの対立遺伝子についてヘテロ接合体でした（DNAH5 c.9101delG）
- 父親は異なる対立遺伝子のヘテロ接合体であった（DNAH5 c.5983C> T）
- 発症した子供は、両親から遺伝した欠陥のある対立遺伝子をそれぞれ持っていました
人類遺伝学の研究では、病気の要因となる対立遺伝子が得られたら、スクリーニングツールに移行します。両親二人とも疾病につながっる関連遺伝子の保因者だった場合、その疾病が子に遺伝する確率は25％です。異なる集団でのリスク因子を理解することが、予防医学の発展の最初の段階です。
遺伝的な要因を特定し次世代への遺伝を防ぐ最も優れた方法は何でしょうか？
キャリアスクリーニング
キャリアスクリーニングでは、健康な人が疾病につながる遺伝子のコピーを保有しているかどうかを調べます。理想的なキャリアスクリーニングツールは、1 度の試験だけですべての被験者に対応できるように、さまざまな人種で見つかる可能性のあるすべての疾病につながる関連遺伝子が含まれている必要があります。 このアプローチで、作業、コスト、および試行錯誤の回数を減らすことができます。
アプローチ：
- 国際的な人々から、疾病に関連のある 600 種の最も一般的な遺伝子の変異を選択
- デザインと検証プロセスは、幅広いスクリーニング研究で高い信頼性と再現性が得られる必要があります
- 研究者が可能な限り幅広い人々を研究し、発見された新しい対立遺伝子を追加できるように、カスタマイズ可能にします
- サンプル調整を自動にするか手動にするかを選択できます
エクソームオデッセイの解明
エクソンレベルの CNV のコストパフォーマンスが高く、合理的な解析が行えるように、Applied Biosystems CytoScan XON Suite を使用してシングルエクソンの欠失と重複を高い信頼性で検出して、エクソームオデッセイの課題を克服します。7,000 種に増やした臨床的に関連のある遺伝子で全ゲノムを網羅するように設計された CytoScan XON Suite は、次世代シーケンス（NGS）で行われる変異解析の強力な補完となる CNV データを提供します。
アプローチ：
- コストパフォーマンスの高い方法でシングルエクソンの欠失と重複を総合的に検出
- エクソンレベルの欠失と重複を高い信頼性で検出して、NGS 変異解析を補完
- 代替技術で CNV の結果を確認する
- シーケンス変異解析を簡素化および合理化
技術について
ジェノタイピングは、研究および臨床の場面におけるプレシジョン・メディシンにとって、ますます重要な分子生物学的ツールとなっています。近年、大規模なバイオバンクとプレシジョン・メディシンのイニシアチブに導かれて、研究戦略が急速に進化してきました。以下では、複雑な形質ゲノミクスおよびファーマコゲノミクスにおける一般的なジェノタイピングの課題をこの分野のリーダー達がどのように解決してきたかについて、アクセスできます。
ゲノム変異を網羅する最も効果的は方法とはどのようなものでしょうか？
この課題が UK Biobank によってどのように解決されたかについて、イギリス オックスフォード大学の糖尿病の研究者である Robert Turner教授およびオックスフォード大学病院の内分泌学者である Mark McCarthy のインタビューをお読みください。
ジェノタイピングを的確な医療研究に組み込む最も優れた方法とはどのような方法でしょうか？
この e-learning では、米国 AKESOgen の共同設立者兼チーフサイエンティフィックオフィサー Mark Bouzyk 博士が、ファーマコゲノミクスの研究とミリオン退役軍人プログラムに取り組んできた自身の体験についてお話くださいます。
ファーマコゲノミクスの将来の展望とそこに至るまでの障害とは？
このインタビューでは、米国 Right Patient, Right Drug Diagnostics の医学博士 Ulrich Broeckel 氏が、ファーマコゲノミクスの価値と研究について議論してくださいます。
技術について
For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedures.