FEBRUARY 20, 2024 | RARE DISEASE

希少疾患研究 - HiFiシーケンシングは、答えへの道のりの短縮に貢献するか？

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米国国立衛生研究所(NIH)によると、推定7,000の希少疾患は、合わせて世界人口の3.5％から5.9％、2億6,300万人から4億4,600万人に影響を与えるといわれています。希少疾患の最も困難な側面の一つは、患者や家族に診断と将来の可能な方向性を提供するために極めて重要な、その疾患を特定できることです。そのために、世界中の希少疾患の研究者は、より早く答えを得る方法を研究しています。

希少疾患の遺伝的基盤

NIHは現在、希少疾患の約80％が遺伝性であると推定しています。オランダのナイメーヘンにあるラドバウド大学医療センター（Radboudumc）の研究チームは、希少遺伝病の特定と診断にかかる時間をいかに短縮できるかを研究しています。「私の研究の焦点は、希少遺伝病の患者を分子学的に診断する最良の方法を見つけることです。私の究極の目標は、侵襲性の少ない方法で迅速に診断し、しかも医療システムにとって費用対効果の高いものにすることです」と、オランダ、ナイメーヘン、ラドバウド大学医療センター、ヒト遺伝学教室ラドバウドムク医療イノベーション研究所のLisenka Vissers氏は説明します。Vissers氏は、簡単な血液検査で1週間以内に診断がつくようなシナリオを描いています。遺伝子診断を受けられない人々が直面する深刻な困難を認識している彼女は、診断プロセスを可能な限り迅速に進めるために必要なツール、技術、アプローチを絶え間なく追求することに注力しています。

 

技術的制約の克服

「今日、希少な遺伝性疾患を持つ患者のほとんどは、ショートリードエクソームやゲノムシーケンスなどの “1つの検査 “を診断のために行っています。これらの戦略によって、約30〜40％の患者において遺伝子診断が得られるのですから、これはすでに素晴らしいことです。しかし、大半の割合の患者は実際には2つ以上の遺伝子検査を必要とし、しばしば連続して実施されるため、診断までの全体的な時間が長くなります。さらに、大半の患者では、あらゆる検査を行ったにもかかわらず、遺伝的原因がつかめないままなのです」とVissersは述べた。
「研究の観点からは、私は、ショートリード技術が技術的限界のためにまだ遺伝的原因を特定できておらず、それを見つけるために新しい技術が必要である、あるいは、変異箇所が非翻訳領域に影響を与える位置にあるために、遺伝的変異を病原性であると正しく認識できておらず、疾患との関連性を理解するために、より機能的な追跡調査が必要であるという仮説を立てています。」

 

HiFiシーケンスの将来性

Vissers氏とRadboudumcの研究チームは、ロングリードシーケンスをいち早く採用し、研究にPacBio Sequelプラットフォームを使用してきました。「遺伝学的に未診断の神経発達障害を持つ被験者を対象とした初期の研究において、我々はすでにロングリードの大きな可能性を感じていました。これらの領域には、既知の疾患遺伝子を含むヒトゲノムの一部も含まれており、ショートリードよりもロングリードの重要性が強調されました。HiFiシーケンスは、ゲームのルールを再び変えました。（de novoの）SNVもロバストに検出できる精度とRevioの高いスループットとの組み合わせにより、ロングリードシーケンスによってこれまで発見されていなかった遺伝的変異を検出できる、という仮説に焦点を当てた、より大規模な研究を実施することが可能になりました。」

Radboudumcのチームは、希少遺伝病に苦しむすべての患者は、可能な限り最短の期間で説明を得る可能性が最も高い検査にアクセスする権利がある、という確固たる信念を持っています。この原則は、この信念を現実のものとしようと努力している彼らの継続的な研究努力の原動力となっています。この目標を追求するため、チームはNijmegen Revio-500試験を開始し、これらの困難な疾患に対する潜在的な診断研究能力を前進させるというコミットメントにおいて重要な一歩を踏み出しました。

 

研究の最初の部分では、他のワークフローを用いて疾患の遺伝的原因として同定されたことのある “困難な “遺伝子変異を100個選びました。ここでいう “困難 “とは、配列の相同領域に位置するバリアント、偽遺伝子を持つバリアント、（より長い）リピート拡大、メチル化欠損、逆位などを指します。HiFiロングリードゲノムは、これらのバリアントを問題なく検出することができ、「これまで同定できなかったもの」を検出できることを示すことができると期待しています。さらに、ロングリードゲノムから、日常的に使用されているワークフローで得られるよりも詳細な情報、例えば、位相情報やリピート伸長の正確な配列コンテキストが得られることを示したいと考えています。研究の第2部では、ショートリードのエクソームやゲノム、ターゲットアッセイの追加など、他のすべての検出機会を尽くしてもなお、潜在的な遺伝的原因が解明されない被験者のサンプルを使用します。HiFiロングリードゲノムを用いることで、これまで同定できなかったバリアントを同定できることを示したいと考えています。この潜在的な知見は、将来の診断ワークフローの開発において、さらなる実施への良い動機付けとなるでしょう。”

Vissersと彼女の同僚たちは、95％のバリアントが効果的に同定できるという重大な発見をし、研究の初期段階を終えようとしています。このうち87％は既存の解析パイプラインによって自動的に認識され、残りの7％はアラインメントされたリードの検査など、手作業によるキュレーションが必要です。検出が困難であったバリアントには、AGリッチリピートの拡大や、Y染色体のリピート密集領域やアクロセントリックpアームに位置するバリアントが含まれます。印象的なことに、研究チームは、このプロジェクトの第2の目標のために研究されたコホート内で、最初の新規発見もすでに発見しています。

 

新たな説明の獲得とともに、研究チームは嬉しい驚きをも得た。

「私たちは、HiFiシーケンスによって現在のワークフローを置き換えることができる可能性があること、また診断率の向上につながる研究ができる可能性があること、その両方の仮説を証明したいと考えていました。しかし、1回目からすでにこのような高品質のデータを得ることができ、しかもバリアントが容易に検出可能であったことに、私は驚いています」とVisser氏は述べました。

これまでの予備的な結果に基づいて、Vissers氏と彼女の研究チームは、「HiFiリードは、ゲノムの複雑な領域におけるバリアントを検出するために現在使用されている多数の遺伝子アッセイやワークフローを置き換えることができると、すでに確信しています」と述べています。次のステップは、将来のルーチン診断検査においてHiFiゲノムシーケンスがどのように位置づけられる可能性があるのか、また、どの検査がHiFiシーケンスによって代替される可能性があるのかを、研究の中でさらに探っていくことです。