高性能次世代遺伝子シークエンシング(NGS)技術の応用

Ly Thi Thanh Ha 博士の記事 – 医学遺伝学部門 – Vinmec Gene Technology Stem Cell Research Institute

広帯域シーケンシング (MPS-Massive Parallel Sequencing) としても知られる次世代シーケンシング (NGS) 技術は、遺伝子解析で現在使用されている最新の技術です。

1. 次世代シーケンシングとは?

遺伝子配列決定は、機能的に関連するタンパク質をコードしているかどうかにかかわらず、特定の遺伝子のヌクレオチド配列を決定するための技術です。

次世代シーケンシング (NGS) は、何百万もの DNA フラグメントを同時に解読できるようにする技術であり、それによってヒトゲノム解読プロセスの効率を向上させます。 NGS 技術には利点があります。読み取り時間の短縮、出力データの大量化、費用対効果の向上、従来の遺伝子配列決定のいくつかの欠点の克服です。

次世代シークエンシングとは?
多様で柔軟な設計により、次世代シーケンシング技術はさまざまな目的に合わせて変換できます。

用途が広く柔軟な設計により、次世代シーケンシング技術はさまざまな目的に合わせて変換できます。

2. 一般的な次世代遺伝子配列決定手順

高性能の次世代遺伝子シーケンシング (NGS) テクノロジーの適用には、最も一般的なプロセスが 3 つあります。

  • 全ゲノム配列決定: ヒトを含む生物の全ゲノムの配列を決定することです。
  • 全エクソン配列決定: エクソンはゲノムのわずか 1% しか構成していませんが、体内で機能を実行するタンパク質をコードする直接的な情報を含んでいます。 したがって、エクソンの配列の変化は、病気や人間の健康に直接関係している可能性があります。 このプロセスは商用化されているため、実装が簡単で非常に人気があります。
  • 特定の遺伝子/配列の配列決定: 特定の疾患に関与する 1 つまたは複数の遺伝子の配列を決定することです。たとえば、遺伝性のがん症候群に関連する遺伝子群などです。 数が少なく目的が明確であるため、このシーケンスの結果と精度は高くなりますが、コストは低くなります。

3. 次世代遺伝子シーケンシング (NGS) の適用

新世代の遺伝子配列決定は、医療分野で多くのアプリケーションをもたらします。その中には、次のようないくつかの優れたテストが含まれます。

3.1. 非侵襲的出生前スクリーニング(NIPT)

非侵襲的出生前スクリーニング (Non-Invasive Prenatal Test、NIPT) は、2011 年から産科検査に適用されています。この方法は、胎盤および死んだ栄養膜細胞に由来する遊離 DNA を分析します。 NIPTは、胎児の性別、染色体異常を判断できる早期スクリーニング検査と考えられています。

新世代遺伝子シークエンシングの実用化により、 NIPT のテスト 妊娠10週目から、胎児の先天異常のリスクを非常に早期に評価できます。

3.1.1. 正常な染色体数異常:

  • ダウン症 (21 トリソミー): 知的障害、心臓、消化器系、その他の器官の問題を引き起こします。
  • エドワーズ症候群 (18トリソミー):胎児死亡または出生後の死亡を引き起こし、1年以上の生存率は5%~10%。
  • パトー症候群 (トリソミー 13): 流産、死産、または出生後の早期死亡を引き起こし、先天性欠損症を伴います: 神経系 (小脳、単心室…)、心臓欠損症、口唇口蓋裂、多指…

3.1.2 性染色体数の異常:

  • ターナー症候群(モノソミーX)
  • クラインフェルター症候群 (XXY)
  • ジェイコブス症候群 (XYY)
  • トリプルX症候群 (XXX)

3.2. 妊娠中の血縁関係を確認する

DNA検査 非侵襲的な出生前妊娠は、99.99% 以上の精度で出生前の父子関係を判断するのに役立つ、今日最も先進的なソリューションです。

非侵襲的胎児DNA検査 母親の血液サンプルを検査に使用しても、妊娠中の母親と胎児の健康に影響を与えるべきではありません。

胎盤には胎児の DNA が含まれており、胎盤細胞が古くて自然な場合、母親の血液中の遊離 DNA と混合した DNA を放出します (無細胞胎児 DNA)。

妊娠 6 週目から、胎児は母体の血中に遊離 DNA を放出し始め、約 10% を占めますが、胎児の年齢に応じて、胎児の DNA は妊娠が終わるまで母体の血中に存在し、消失します。生後数時間。

スキル 血統DNA検査 分析のためにこれらの遊離胎児 DNA を分離するために非侵襲的に使用されます。 この方法は、検査に必要な母体の血液が 7 ~ 10ml しかないため、従来の羊水穿刺法に比べて母体と胎児の両方にとって安全です。

妊娠中の血縁
非侵襲的な出生前胎児 DNA 検査は、現在利用可能な最も近代的で高度なソリューションです。

3.3. 遺伝性がん検診

統計によると、がんの原因の約 5 ~ 10% は遺伝性です。 遺伝子変異の生成と蓄積のプロセスは、家族内で何世代にもわたって行われ、がんのリスクが高まります。 次世代の遺伝子シーケンシングは、遺伝子検査を行う際に遺伝子の全体像を提供し、それにより、遺伝的変異によって引き起こされる突然変異によって引き起こされる病因や希少疾患に関連する未知の遺伝子を検出します。

3.4。 まれな遺伝子変異と多遺伝子病態の同定

NGS 技術の開発と分析方法の改善により、希少な遺伝病や多くの遺伝子の突然変異によって引き起こされる遺伝病に関連する遺伝子変異の検出が可能になりました.これらの遺伝子変異を特定することは、診断、予後、および治療において非常に重要な役割を果たします.患者に適した治療計画。

今後数十年で 3,500 以上の遺伝子が発見され、ヒトの希少疾患の「アトラス」に追加されると推定されています。 [1]. NGS 技術の強力な開発のおかげで、希少な遺伝性疾患に関する知識はますます完全になり、希少疾患の治療法を見つけるための早期研究が促進されます。

3.5。 個別化医療への応用

個別化医療は、特定の時期における患者の正しい治療法を決定することを目的として、個人のゲノム データ内の情報を検索します。 NGS は、その検出機能により、個別化医療において大きな一歩を踏み出します。

  • 体細胞変異(成人期に生じる変異)
  • 薬剤耐性のメカニズム、変異負荷の決定
  • 生殖細胞変異…
個別化医療への応用
個別化医療は個人のゲノムデータの情報を検索します

次世代遺伝子シーケンシングの結果に基づいて、医師は適切な薬を選択し、患者にとってより安全な用量を選択し、より良い医薬品製造プロセスを促進します。

3.6. 胚移植前の遺伝子検査

健康な赤ちゃんが生まれることはすべての親の願いであり、これは不妊症や不妊症のカップルにとってさらに意味があります. したがって、IVF (体外受精) では、胚の染色体数の変異を検出するために胚遺伝子スクリーニング (PGS または PGT-A) が推奨されます。これは、医師が最も健康な胚を選択し、妊娠の成功の可能性を高めるのに役立ちます。

FISH、リアルタイム PCR、マイクロアレイ、NGS (次世代シーケンシング) など、多くの胚スクリーニング技術が開発されています。 特に、NGS 技術は、PGS 胚遺伝子スクリーニングにおける技術標準と見なされています。

解像度とカバレッジ、高いスクリーニングと検出能力の優れた利点を備えた NGS は、現在の世界の胚スクリーニング ソリューションの最初の選択肢です。 次世代遺伝子シーケンシングは、胚遺伝子スクリーニングのトレンドであり、技術標準であり、体外受精の成功率の向上に貢献しています。

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参考文献

[1] ボイコット、K.、ヴァンストーン、M.、ブルマン、D. ら。 次世代シーケンシング時代の希少疾患遺伝学:発見から翻訳まで。 ナット・レヴ・ジュネ 14, 681–691 (2013)。 https://doi.org/10.1038/nrg3555