背景

ヒトゲノムにおいて特定の配列が数十回から数千回まで繰り返される現象は、さまざまな疾患の原因となる。ハンチントン病や脊髄小脳変性症（SCA）などの反復配列疾患（REDs）が代表例である。これまでこれらの遺伝病を診断するには、サザンブロットやPCR技術が主に利用されてきた。しかし、反復領域が一定の長さを超えると、正確な長さを測定することが困難とされている。また、100～150塩基対単位に切断して解析するショートリードシーケンシング（SRS）も、切断されたゲノム断片から反復配列の正確な位置や全体の長さを復元するには深刻な技術的限界を抱えていた。正確なゲノムマップがなければ、患者個々の症状予測や個別化治療法の開発も遅れがちであった。

核心的発見

LRS-REDコンソーシアムは、ロングリードシーケンシング（LRS）技術の臨床応用に向けた方法論とバイオインフォマティクス解析ツールの最新成果をまとめ、公開した。今回の報告書で提示された核心技術は、PCR増幅工程を経ずにゲノムを解読する方法である。遺伝子ハサミであるCRISPR/Cas9で疾患原因部位を精密に切断し、単分子リアルタイム解析（SMRT）やナノポア技術によって数万単位の塩基配列を丸ごと読み取る。PCR増幅を省略することで、本来存在するメチル化状態を損傷せずに解析が可能になる。これは、遺伝子発現調節に重要なエピジェネティックな変化をリアルタイムで検出する結果にもつながると研究チームは述べている。LRSは、従来技術では区別不可能な反復配列内部の微細変異である配列中断構造さえも完全に解読する。複雑な反復配列のサイズとタイプを正確に分類するための専用アルゴリズムが、解析精度の向上に貢献している。また、体細胞モザイク現象（Somatic Mosaicism）、つまり同じ患者の体内でも細胞ごとに反復配列の長さが異なる現象までも、分解能レベルで区別できる。従来のPCR検査では複数の細胞の遺伝子が混ざり平均値しか出なかったが、LRSは単分子レベルで個々の細胞の変異分布を可視化するのに効果的である。

意義と展望

今回の研究は、未診断の希少疾患患者に新たな希望をもたらす。従来の検査で病名が特定できなかった多くの神経変性疾患患者が、LRSの導入により確定診断を受ける道が開かれた。疾患の原因となる反復配列の正確なモチーフ情報を把握することで、今後、患者個別に合わせた治療戦略の立案に貢献する見込みである。ただし、装置導入コストが高く、高品質DNA抽出が求められる現実的な導入障壁も存在する。装置性能の標準化や大規模ゲノム解析データを処理するソフトウェアの高度化も未解決課題である。そのため、学界ではLRSを既存検査法と補完的に組み合わせて効率を最適化する臨床指針ガイドラインを作成している。