空間マルチオミクス革命

NanoString Technologiesの最高科学責任者兼研究開発担当上級副社長であるJoseph Beechem博士は、数年前にAdvances in Genome Biology and Technology（AGBT）会議で行ったプレゼンテーションを心から思い出しています。博士は、NanoStringがイルミナのシーケンサーでどのようにその技術を使用して空間RNAとタンパク質情報を読み取っているかを説明しました。

プレゼンテーションの後、イルミナの元CEOであるJay Flatleyがアプローチし、イルミナの機器を使ってタンパク質を実際に読んでいるかどうかを尋ねました。“はい”とBeechemは言いました。“私たちは常にそれをやっています”。

イルミナとNanoStringの美しい友情が生まれたのは初期のことでした。現在、この関係は次回のAGBT会議で再び更新されています。過去4年間と同様に、NanoStringは会議前のSpatial Multiomics Symposiumを主催し、イルミナはこれらの議論において重要な役割を果たします。

空間認識の時代
最近まで、遺伝子発現研究は主に二次元的なものでした。サンプルがブレンドされシーケンスされたため、驚異的なデータが得られましたが、発現が組織サンプル内のどこから生じたかの情報が失われました。現在、研究者は、GeoMx ^® Digital Spatial Profiler（DSP）などのNanoString製品をイルミナのシーケンサーとともに活用して、空間的な状況を維持しながらRNAとタンパク質の発現を測定することができます。

“ライフサイエンス生物学における最大革命の1つである”とBeechem氏は述べています。“空間マルチオミクスは、ライフサイエンス研究の方法を変えています。”

どの遺伝子が発現しているかを見ることに加えて、空間的オミクスにより、研究者は細胞間の発現差を測定することができます。

これまで、科学者は蛍光マーカーを使用してほんの数個の転写産物しか確認することができませんでした。GeoMx DSPツールは、最大22,000のRNA種と約150のタンパク質を空間分解能で定量化できます。このテクノロジーは、特定の組織における遺伝子とタンパク質の発現に関する、、、およびどの程度の疑問に答えるのに役立ちます。

このアプローチは、研究者や臨床医に多大な利益をもたらしています。COVID-19が初めて感染したとき、人々はウイルスについてほとんど知りませんでした。世界中の多くの主要な医療センターが、疾患をよりよく理解するために組織を抽出するための迅速な剖検プログラムを開発しました。必然的に、この組織は、すべての活性ウイルスが確実に死滅させるために、広範囲にわたって固定する必要がありました。このように組織を強く固定し、影響を受けた臓器を偏りなく空間プロファイリングする必要があるため、NanoString DSPはこれらの研究を達成するために利用できる唯一のツールでした。これらの全トランスクリプトームアトラス空間生物学COVID-19発見研究は、現在、12を超える論文で発表されており、そのうち2つは自然、3つは自然通信、1つは細胞で発表されています。

“人の肺を破壊し、身体にその他の影響を与えた生物学に関する手がかりはありませんでした”とBeechem氏は述べています。生物学について何も知らない場合は、すべてを見る必要があり、それが空間マルチオミクスによって可能になりました。

このテクノロジーは、18,000を超えるヒト遺伝子の解析、ウイルスの発見、そしてその制御不全のさまざまな機能の測定に役立ち、COVID-19が一部の患者の重症化や死亡にどのようにつながったかについて新しい洞察をもたらしました。

同じアプローチががん研究にも役立ちます。空間的リードアウトは、腫瘍と免疫応答の間の進行中の戦いを調べることができます。例えば、チェックポイント阻害剤治療前後の患者サンプルを解析することで、がんや免疫系が治療にどのように反応するかを明らかにすることができます。

強力なパートナーシップ
イルミナとNanoStringは、次世代シーケンサーと空間マルチオミクスを融合させるために数年間提携してきました。最新のNextSeq−(*システムは、DRAGEN−(*バイオインフォマティクスチップを装置に組み込んでプロセスを簡素化するため、このアプリケーションに最適です。

これによりユーザーはボタンを押すだけで、空間内のこれらの異なる領域からトランスクリプトーム全体を取得し、高解像度の画像と併せて取り戻すことができます。

目標は、病理画像を見ることに慣れているが、必ずしもNGSの専門家ではない研究者が、これらのワークフローをシンプルにすることです。その結果、空間的な状況を失うことなく、重要な遺伝子発現情報を入手できるようになりました。

AGBT 2022
トランスクリプトーム全体の空間解析を行う能力は比較的新しいものであり、AGBT開始の数時間前の6月6日米国東部夏時間午後12時に開催されるSpatial Multiomics Symposiumで注目を集める話題になります。Beechemは主要な講演者の1人であり、イルミナのソフトウェア製品管理担当副社長であるMike Leliveltも、DRAGEN Spatial Pipelineについて話します。

“NanoStringとIlluminaは、真のプッシュボタン式空間的全トランスクリプトームワークフローの開発に成功しています”とBeechem氏は述べています。これについて、またこのテクノロジーが今後1年間に何を実現するかについてお話しします。NGSの初期の頃のように、毎週まったく新しい何かを発見したのは刺激的です。