2026年6月14日
「Multiomics Explained」シリーズの一環として、1回に1種類の「オーム」を取り上げ、紐解いていきます。全体像を把握するには、最初の記事「マルチオミクスとは？ 生物学の未来へのシンプルなガイド」をご覧ください。これらのオームがどのように連携し、ヒトの健康に関する最も困難な疑問の解決にどのように役立つのかを学びます。研究者たちがすでにマルチオミクスパイプラインをどのように活用しているかも見ていきましょう。
では、プロテオミクスが生物学のより完全な全体像をどのように提供するかに焦点を当てましょう。
プロテオミクスとは？
ゲノミクスが細胞内で起こりうる可能性があることを教えてくれるのに対し、プロテオミクスは今まさに起こっていることを明らかにします。
プロテオミクスは、生物のほぼすべての機能を実行する分子であるタンパク質の大規模研究です。遺伝子は設計図を提供し、RNAは指示を伝達しますが、タンパク質は生物学的プロセスを制御する機能的な最終産物です。
比較的静的なゲノムとは異なり、プロテオームは非常に動的です。細胞の種類、発生段階、環境条件によって変化します。どの時点でも、異なるタンパク質が発現、修飾、活性化、または分解されることで、常に変化する細胞活性の全体像が生まれます。
このダイナミックな性質こそが、プロテオミクスを非常に強力にしています。タンパク質を直接測定することで、研究者は、DNAまたはRNA解析だけでは完全には捕捉できないリアルタイムの生物学的現象に関する洞察を得ることができます。
プロテオミクスからわかること
プロテオミクスは、ゲノミクスとトランスクリプトミクスでは完全には対処できない質問に対して答えを提示し、より深い階層の生物学的洞察を提供します。
1. 存在するタンパク質の種類とその量
遺伝子発現は必ずしもタンパク質の存在量と相関するわけではありません。プロテオミクスは、サンプル中に存在するタンパク質とそのレベルを直接測定し、細胞や組織の真の機能状態を明らかにします。
2. タンパク質の構造と機能
タンパク質の機能は、アミノ酸配列だけでなく、そのタンパク質がどのような三次元構造に折り畳まれるかによっても決定されます。小さな構造変化であっても、機能が劇的に変化する場合があります。
3. 翻訳後修飾（PTM）
タンパク質が合成されると、多くの場合、リン酸化、グリコシル化、ユビキチン化などの化学修飾を受けます。この化学修飾が、活性、局在化、安定性を制御します。これらの修飾は、シグナル伝達や免疫反応などのプロセスに不可欠であり、プロテオミクス解析によってのみ検出可能です。
4. 生物学的パスウェイとネットワーク
タンパク質が単独で作用することはめったにありません。プロテオミクスは、複雑な相互作用ネットワークとシグナル伝達経路をマッピングし、生物学的システムが疾患、治療、または環境刺激にどのように反応するかについての洞察を提供します。
これらの能力が組み合わされたプロテオミクスは、疾患メカニズムの理解、バイオマーカーの同定、潜在的な治療標的の発見に不可欠になります。
イルミナのプロテオミクスへのアプローチ
最近のイノベーションにより、プロテオミクスはターゲットを絞ったロースループットの分野から、シーケンスワークフローと統合できる、スケーラブルかつハイスループットのサイエンスへと変化しています。イルミナのプロテオミクスソリューションは、次世代シーケンサー（NGS）互換のワークフローとマイクロアレイスライドワークフローでタンパク質解析を提供することで、プロテオミクスを大規模に実現します。
Illumina SomaSeq™ Discovery（旧称Illumina Protein Prep）は、タンパク質解析をシーケンス互換のワークフローに組み込みます。このテクノロジーにより、研究者はタンパク質測定値をNGSリードアウトに変換することができます。
Illumina SomaScan™ Discovery（旧称SomaLogic SomaScan® 11K Assay）は、タンパク質測定値をマイクロアレイのリードアウトに変換します。
主な利点：
- 大規模コホートにおけるハイスループットタンパク質測定（約11,000件）
- 既存のシーケンスインフラストラクチャとのシームレスな統合
- マルチオミクス試験デザインとの互換性
- 最小限のサンプルインプット要件
- 大規模集団研究への適合性
Illumina SOMAmerプロテオミクスの詳細はこちら
プロテオミクスの応用
プロテオミクスは、すでに多くの研究分野で重要な役割を果たしています。
- 疾患研究とバイオマーカーの発見：プロテオミクスは、がん、神経変性疾患、心血管系疾患などの疾患に関連するタンパク質シグネチャーを同定するのに役立ちます。これらのシグネチャーは、疾患の早期指標を提供し、研究環境における患者集団の層別化に役立ちます。
- 創薬と開発：ほとんどの薬物ターゲットはタンパク質です。プロテオミクスでは、タンパク質パスウェイと相互作用をマッピングすることで、研究者は潜在的な薬物ターゲットを特定し、化合物が生物学的システムにどのように影響するかを評価することができます。また、開発の早い段階でオフターゲット効果を明らかにすることもできます。
- 免疫学と感染症：タンパク質は免疫応答を制御します。プロテオミクス解析は、免疫系が病原体、ワクチン、または治療法にどのように反応するかを明らかにし、防御のメカニズムや疾患進行に対する洞察を提供します。
- 集団規模の研究：イルミナのSomaScan DiscoveryアッセイやイルミナのSomaSeqアッセイなどのハイスループットプラットフォームにより、研究者は数千のサンプルのタンパク質データを解析できるようになりました。これにより、大規模なデータ駆動型の発見のための新しい可能性が開かれます。
研究者によるプロテオミクスの活用
研究者は、存在するタンパク質の種類、それぞれのタンパク質の量、およびそれらのタンパク質が異なる条件下でどのように変化するかを理解するために、プロテオミクスを活用します。タンパク質は、健康や疾患においてどのような生物学的機能が働いているかを、直接的に示します。
- Cleveland Clinicの研究者は、COPDのタンパク質バイオマーカーを同定するために、SomaScan Discoveryアッセイを使用しました。これにより、肺気腫の重症度と進行を分類するより良い方法の考案につながりました。研究チームは、ゲノミクスとプロテオミクスを組み合わせて洞察を得て、これらの疾患の予測モデルを向上させました。
- SomaScan Discoveryアッセイは、神経疾患の病因の重要な部位である脳脊髄液（CSF）中のタンパク質を測定します。2023年のNature Parkinson’s Diseaseの論文では、研究者はSomaScan Discoveryアッセイを使用して、アフィニティーベースのCSFプロテオミクス研究をこれまでで最大の規模で実施しました。
- 研究者は、SomaScan DiscoveryアッセイとAIの力を組み合わせることで、目の年齢を予測する26タンパク質モデルを開発しました。26種のモデルタンパク質のうち、5種のタンパク質はそれまでは加齢との関連が知られておらず、この研究では初めて報告されました。
プレシジョンメディシンにおけるプロテオミクスの未来
プロテオミクスは、プレシジョンメディシンとシステム生物学において、これから中心的な役割を果たすようになることが見込まれています。テクノロジーが拡大し、ゲノムプラットフォームとよりシームレスに統合される中で、研究者は以下のことができるようになっていくでしょう。
- 遺伝子変異を機能的タンパク質の転帰に直接関連付ける
- より正確な疾患サブタイプを特定する
- 治療への反応をより正確に予測する
- 新しい治療ターゲットを発見する
多くの点で、プロテオミクスはDNAから始まるストーリーを完結させます。これは、生物学的システムが健康と疾患においてどのように機能するかを理解するために必要な機能的な背景を提供します。
研究者は、マルチオミクスデータを組み合わせることで、個別の観察を統合し、複雑な生命を包括的に理解することができるようになります。SomaSeq DiscoveryやSomaScan Discoveryプラットフォームなどのイノベーションにより、プロテオミクスはかつてないほど拡張性、アクセス性、統合性を高めています。
その結果、より明確で、より強い相互連関性を持つ生物学の全体像が生まれ、プレシジョンメディシンの可能性を最大限に引き出すことに近づきます。
SomaSeq Discoveryの詳細については、当社のオンラインリソースをご覧ください
SomaScan Discoveryプラットフォームを使用した論文をお読みください
マルチオミクスによる機能の解明については、こちらのリンクを参照してください
