全エクソームシーケンシング-タンパク質コード領域のみが最適ですか?

全エクソームシーケンスとは何ですか?

全エクソームシーケンシング(WES)は、ゲノム内のすべてのタンパク質コード遺伝子であるエクソームのシーケンシングです。 全エクソームシーケンスには2つのステップが含まれます。 最初のステップは、人間のエクソームのみの配列をターゲットにすることです。 ヒト遺伝学では、これらの標的領域は約6000万塩基対、つまりヒトリファレンスゲノムの約1%です。 2番目のステップは、ハイスループットDNAシーケンスプラットフォームを使用してDNAをシーケンスし、結果を分析することです。

エクソームシーケンシングにより、タンパク質配列の変化につながる遺伝的変化を検出することが可能になり、その結果、次のような病気につながる可能性があります。アテローム性動脈硬化症アルツハイマー病、 その他。 多くの病気はゲノムのタンパク質コード領域で発生し、このプロセスにより、ユーザーは単一の遺伝子分析よりも病気の素因についてより多くを学ぶことができます。 しかし、エクソンの外側のDNA変異は、遺伝子活性とタンパク質産生に影響を及ぼし、遺伝性疾患を引き起こす可能性があることが現在知られています。 全エクソームシーケンシングはこれらのバリエーションを見逃します。

これまで、エクソームシーケンシングの主な利点は、全ゲノムシーケンシングよりも費用効果が高く、時間もかからない方法で、より優れた遺伝子スクリーニングを実行し、コピー数多型などの疾患関連変異を検出できることでした。 しかし、シーケンシング技術の進歩のおかげで、全ゲノムシーケンシングは今や同じくらい速く、同じくらい手頃な価格です。星雲ゲノミクス299ドル以下で最も手頃な30X全ゲノムシーケンスを提供します。 全エクソームシーケンスのように1%だけでなく、100%のDNAをデコードし、DNAの最も包括的なビューを提供します。

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全エクソームシーケンスの実行

全エクソームシーケンシングは、DNAの単離と濃縮から始まり、DNAのシーケンシングと分析で終わります。

DNAの分離と濃縮戦略

DNAは、唾液サンプルや頬スワブなどの提供されたサンプルから分離されます。 DNA分離の最も一般的な形式は、フェノール-クロロホルム抽出です。

サンプルからDNAを濃縮するためのいくつかの戦略があります。 使用される方法は、多くの場合、サンプルと目的の結果によって異なります。

全エクソームシーケンシング-DNAハイブリダイゼーションステップ
ゲノムのエクソーム領域を分離するために使用されるDNAハイブリダイゼーション。ウィキペディアCCアトリビューション3.0移植されていない
  • PCR:ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)は、シーケンシングに必要なDNAフラグメントを増幅する最も一般的な方法です。
  • 分子反転:この方法では、リング内の関心領域を閉じます。 一本鎖DNAオリゴヌクレオチドプライマーは、制限部位を持つ普遍的な配列を持つ中央部分を含み、一方、末端は、目的の配列が位置するゲノムDNAの2つのセクションに相補的です。
  • ハイブリダイゼーション、アレイベースの捕捉:目的の部位をカバーすることができるゲノムからの配列を有する基質に付着した一本鎖オリゴヌクレオチドを含むマイクロアレイが使用される。 ゲノムDNAを断片に切断し、断片の端を鈍くし、ユニバーサルプライマーを追加します。 マイクロアレイ上のプローブとフラグメントのハイブリダイゼーション後、ハイブリダイズしていないフラグメントを基質から洗い流し、残りのフラグメントをPCRを使用して増幅します。
  • 溶液中の捕捉:プローブのセットが溶液中で合成され、ストレプトアビジンビーズに固定されます。 ビーズは、断片化されたゲノムDNAを含む溶液に入れられ、プローブが目的のゲノム部位に選択的にハイブリダイズされた後、目的の断片を含むビーズが沈殿し、洗浄されます。 次に、セクションが順序付けられます。

DNAシーケンシング

沢山あります次世代シーケンシング(NGS)利用可能なテクノロジープラットフォーム。 一部には、Roche454シーケンサーとLifeTechnologies SOLiDシステム、Life Technologies IonTorrentとIlluminaのIlluminaGenome Analyzer II(廃止)、およびそれに続くIllumina MiSeq、HiSeq、NovaSeqシリーズの機器が含まれます。 「ショートリード」 NGSシステムは、エクソームに見られるように、比較的短いDNA配列の多くを分析するのに理想的です。

全エクソームDNAシーケンシング
増幅後、ターゲットDNAはハイスループットシーケンシングによって分析されます。ウィキペディアCCアトリビューション3.0移植されていない

データ解析

ヒトゲノムのわずか1%をデコードするだけでも、約8 GBの全エクソームシーケンスデータサイズが生成されるため、大量のデータ分析が必要になります。そのため、読み取りを調整およびアセンブルするための多数のプログラムがあります。 データ生成の品質を向上させるために使用されるいくつかの戦略は次のとおりです。

  • シーケンシングとアレイベースのジェノタイピングの間で特定された遺伝的変異の比較(可能な場合)
  • コーディングSNPを、障害のある全ゲノム配列決定された個人と比較する
  • コーディングSNPとHapMap個人のサンガーシーケンシングの比較

作成するにはバリアント呼び出し、分析プログラムは、シーケンスデータからバリアントを識別して、さまざまなファイルを作成します。 一般的なファイルには、FASTQ、BAM / CRAM、およびVCFファイルがあります。

全エクソームシーケンスの結果
全エクソームシーケンシングの結果は、希少疾患の診断、癌の変異体の特定、または感染症の追跡に使用できます。ウィキペディアCCアトリビューション2.0ジェネリック

エクソームシーケンス全体のエクソームシーケンス手順全体の詳細を読むことができますwikiページ

誰がテストを受けるべきですか?

ザ・アメリカンカレッジオブメディカルジェネティクスアンドゲノミクスシーケンス手法をいつ使用するか、どのような結果が生じるか、および結果が何を示すかに関するポリシーがあります。

具体的には、以下を含む特定の個人に対して遺伝子検査を検討することを推奨しています。

  1. 表現型または家族歴のデータは遺伝的病因を強く示唆しているが、表現型は特定の遺伝子を標的とする遺伝子検査が臨床的に利用可能な特定の障害に対応していない
  2. 患者は、高度な遺伝的異質性を示す定義された遺伝的障害を呈し、複数の遺伝子のWESまたはWGS分析を同時により実用的なアプローチにします
  3. 患者は遺伝性疾患の可能性がありますが、その表現型に利用できる特定の遺伝子検査は診断に到達していません
  4. 特定の遺伝子検査が行われる可能性のある遺伝性疾患の胎児

全エクソームシーケンシングの利点

他のように、全エクソームシーケンス技術DNA検査法は、ゲノムを使用してメンデルの法則の診断と治療の指針を示すことを目的としています。 また、家族にリスクについてアドバイスするのに役立つ情報をユーザーに提供します。

この方法には、DNAシーケンシングの最も一般的な方法の1つである単一遺伝子分析に比べていくつかの利点があります。 まず、全エクソームシーケンシングにより、テストされていない候補遺伝子の幅広い変異を特定することができます。 このようにして、ユーザーは、リスクがあるとは思わなかった可能性のある疾患遺伝子を特定できます。 第二に、クリニックでは、全エクソームシーケンシングにより、異なる遺伝子からの変異が同じ患者の異なる表現型に寄与するケースを特定することができます。

全エクソームシーケンシングは、マイクロアレイでは検出できない遺伝性の希少疾患を特定するための科学研究にも使用できます。 たとえば、いくつかの重度の障害の対立遺伝子変異体はエクソンに位置することが知られていますが、集団では非常にまれです。 したがって、効果的であるために大きな対立遺伝子データベースを必要とする標準的なジェノタイピングアッセイは、しばしばこれらの変異体を見逃します。 複数のケーススタディは、エクソームシーケンスアプローチ全体の有用性を強調しています。 2009年には、科学者全エクソームシーケンシングを使用して、バーター症候群と先天性塩化物下痢を引き起こす変異を特定しました。

2011年、AmbryGeneticsは最初の会社臨床疾患診断のためのエクソームシーケンシングサービスを提供する。 同社は、エクソームシーケンシングの結果により、従来の診断アプローチが適用できない疾患を診断できるようになると主張しています。 あなたはの歴史と結果についてもっと読むことができますアンブリージェネティクス私たちの製品レビューで!

全エクソームシーケンスワークフロー
全エクソームシーケンスワークフロー。ウィキペディアCCアトリビューション2.0ジェネリック

全エクソームシーケンスの制限

全エクソームシーケンシングと全ゲノムシーケンシング:これらの手順は両方とも次世代シーケンシングテクノロジーです。 全エクソームシーケンシングは、疾患リスクの臨床分析のためのマイクロアレイベースのジェノタイピングに比べていくつかの利点を示していますが、制限もあります。 全エクソームシーケンスと全ゲノムシーケンスの最も重要な違いは、シーケンスされたDNAの量です。 全エクソームシーケンシングはゲノムの1%しかデコードしないため、構造領域と非コード領域を含む他の99%の分析に失敗します。 一方、全ゲノムシーケンスでは、30億塩基対すべてを含むDNAの完全な100%が明らかになります(全エクソームシーケンスでカバーされるのは4000万塩基対のみです)。

全エクソームシーケンシングの費用はいくらですか? しばらくの間、全ゲノムシーケンシングよりもはるかに低価格でマイクロアレイジェノタイピングと比較してDNAコード領域の拡張ビューを提供するため、全エクソームシーケンシングは最も有益なタイプのDNAシーケンシングと見なされていました。 ただし、これはもはや当てはまりません。

全ゲノムシーケンスは、元の価格の何分の1かで実現でき、全エクソームシーケンスよりも多くの情報を提供します。 で星雲ゲノミクス、299ドル未満でゲノム全体のシーケンスを取得できます。 これは、多くの家庭用全エクソームシーケンス製品に匹敵し、さらに安価です。

染色体マイクロアレイvs全エクソームシーケンシングvs全ゲノムシーケンシング

マイクロアレイジェノタイピング全エクソームシーケンシング全ゲノムシーケンス
目的特定のバリアントを特定するすべての遺伝子をデコードするすべての遺伝子とすべての構造領域および非コード領域をデコードします
スループット低スループットハイスループットハイスループット
バリアントの事前識別が必要はい番号番号
カバレッジの量50万ポジション
(ゲノムの0.02%)
6000万ポジション
(ゲノムの約1%)
60億のポジション
(ゲノムの約100%)
費用〜$ 100〜$ 300〜$ 1000
(ただし、Nebula Genomicsは299ドルで提供しています)

消費者の全エクソームシーケンス会社に直接

さまざまな企業が全エクソームシーケンス製品を販売しています。 これらの製品の一部は、医療提供者を通じて注文する必要があり、保険の対象となる場合があります。 これらの検査は、病気の診断によく使用されます。 一部の企業は、CLIA承認およびCAP認定ラボで分析される消費者向け在宅テストとしてサービスを提供しているため、診断ツールとして使用することはできませんが、医療提供者に相談することができます。

23andMeは、2011年9月に発表され、2012年に中止されたパイロット全エクソームシーケンスプログラムを実行しました。 消費者は999ドルの費用でエクソームデータを入手できます。 同社は生データを提供し、分析は提供していません。

  • アンブリー遺伝学は、臨床疾患診断のためのエクソームシーケンスサービスを提供した最初の会社でした。 今日、顧客は医療提供者を通じてテストを注文することができ、費用のほとんどは保険でカバーされています。
  • CircleDNA自宅でWESを189ドルから629ドルで提供し、多くの検査には遺伝カウンセリングが含まれます。 この会社も協力していますDNAFit
  • ダンテラボWESは849ドルからで、競合他社よりもはるかに高い価格です。 この会社は、599ドルから全ゲノムシーケンスも提供しています。
  • フルゲノム525ドルからWESを提供しています。
  • GeneDx 2012年にWESの提供を開始しました。 それらの価格は変動します。
  • HelixDNA WESを145ドルのリーズナブルな価格に加えて、便利なアプリのために299ドルで提供します。
  • 両方ともInvitae WESと無数の遺伝学診断テストを提供します。 これらの検査は費用がかかりますが、保険でカバーされる場合があります。
  • テルメゲン病気と健康に関連していることが知られているエクソームの選択された領域を調べます。 テストの費用は235ドルです。

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