低速オフレート修飾アプタマー(SOMAmer)テクノロジー

Illumina SomaSeq Discovery対応のSOMAmerテクノロジーによる、大規模かつ高感度なハイスループットNGSベースタンパク質検出

SOMAmerテクノロジーとは?

SOMAmer(Slow Off-rate Modified Aptamer:低速オフレート修飾アプタマー)テクノロジーは、次世代シーケンサー(NGS)を活用して高度にマルチプレックス化されたタンパク質検出を可能にする、先進的なプロテオミクスツールです。SOMAmer試薬は、化学修飾された1本鎖DNA分子であり、精確な3次元形状相補性によってターゲットタンパク質に対する優れた特異性と親和性を発揮するよう設計されています。これらの構造は、タンパク質ターゲットに高感度かつ高精度に結合するため、1回のアッセイで数千種類のタンパク質を同時に定量できます。さらに、SOMAmer試薬は生物学的に生産されるのではなく化学的に設計されるため、従来の抗体ベースのプロテオミクス法と比較して、一貫した性能と高い再現性を有し、バッチ間の信頼性向上も実現します。1

タンパク質検出にSOMAmerテクノロジーを使用する利点は何ですか?

特異性、スケーラビリティ、再現性を兼ね備えたSOMAmerベースのプロテオミクスアッセイは、研究者がプロテオームをより正確に探索できるよう支援します。

SOMAmerテクノロジーの主な利点は次のとおりです。

  • スケーラビリティ:配列定義された合成試薬を採用し、一貫した性能とロット間変動の最小化を実現しながら、数千種類のタンパク質ターゲットを対象としたハイプレックスSOMAmerベースアッセイを大規模に展開できます
  • 卓越した精度:ハイコンテントアッセイの性能をさらに高め、希少なバイオマーカーや疾患に関連する微妙なシグナルを、高い信頼性で検出・解析できます
  • 高感度:フェムトモーラー領域の検出感度と、10-logを超える広いダイナミックレンジにより、多様な発現レベルのタンパク質を定量できます2-5
  • 優れた再現性:完全合成試薬を用いることで、一貫した低CV(約5.5%)を実現し、信頼性が高く生物学的意義のある洞察を提供します

NGSでハイスループットのプロテオミクスを前進させる

このeBookをダウンロードして、Illumina SomaSeqソリューションがハイスループットプロテオミクスをどのようにして身近なものにしたかをご覧ください。

ケーススタディおよびアプリケーション

Genomics EnglandのChief Scientific OfficerであるDr Matthew Brownが、SomaSeq Discoveryを用いたパイロットプロジェクトの成果をご紹介します。同プロジェクトは、希少疾患を有する約1,500名の参加者を対象にスクリーニングを実行し、バイオマーカー探索研究におけるNGSベースのプロテオミクスの可能性を示しました。

このポスターでは、SomaSeq Discoveryアッセイの優れた感度と、SomaLogicのSomaScanデータとの高い一致性をご紹介します。特定の疾患カテゴリーに豊富に存在する差次的タンパク質の検出を通じて、疾患関連遺伝子や分子経路の解明における、高分解能プロテオミクスの有用性と、希少遺伝子疾患研究への貢献を示します。

コロラド大学のAssistant Professor, Kacey Coutsとその研究チームが、Illumina SomaSeq Discoveryを活用して、希少黒色腫に関する新たな洞察をどのように見出しているかをご紹介します。本アッセイは、200を超える生物学的パスウェイにわたり、9,500種のユニークなヒトタンパク質を同定可能です。これにより、新規バイオマーカーの発見や治療の奏功評価における探索力を最大限に高めることができます。

このポッドキャストでは、イルミナの製品管理担当アソシエートディレクターが、SomaLogicとSomaSeq Discoveryのローンチについて語るとともに、バイオマーカー発見の加速や表現型の洞察向上を目指すマルチオミクス戦略との関連性について解説します。

SOMAmer試薬と抗体の比較:親和性ベースのプロテオミクスにSOMAmer試薬を採用する理由

SOMAmer試薬は、高い親和性と特異性でタンパク質に結合する完全合成オリゴヌクレオチドです。一方、抗体は生物由来のタンパク質であるため、本質的にばらつきを伴います。SOMAmer試薬は、合成設計により、優れた再現性、高い検出感度、超高マルチプレックス解析を実現し、現代のハイスループットプロテオミクスアプリケーションのニーズに応えます。

SOMAmer試薬

  • 修飾ヌクレオチド(約20 kDa)を持つ短い1本鎖DNA
  • 化学合成による一貫した構造
  • 制限のないマルチプレックス化
  • ポリアニオン競合物質を用いて一過性の相互作用を抑制し、非ターゲットタンパク質との交差反応性を低減
  • 優れたコンテンツスケーラビリティ

抗体

  • 大きく複雑なタンパク質(約150 kDa)
  • 生物学的に産生されるため、構造にばらつきが生じる
  • マルチプレックス化の選択肢が限定的
  • 非特異的結合を低減する普遍的なソリューションがないため、非ターゲットタンパク質との交差反応性が高い
  • 限定的なスケーラビリティ
サムネール

SOMAmerは、NGSベースのプロテオミクスをどのように実現しますか?

SOMAmer試薬は、タンパク質検出と次世代シーケンサー(NGS)の実証されたスケーラビリティを結び付けることで、高精度かつハイスループットなプロテオミクスを実現します。各SOMAmer試薬は、特定のタンパク質に結合し、固有のDNAタグを備えています。キャプチャー後、これらのタグはシーケンスライブラリーに変換され、NGSプラットフォームを用いてシーケンスリードをカウントすることで、タンパク質量を定量します。このアプローチにより、プロテオミクスは自動化されたハイスループットワークフローへと進化し、研究者は他のNGSベース手法と同様の効率性と精度で、数千種類ののタンパク質を並行してプロファイルできるようになります。

統合プロテオミクスとNGSが実現する、より深い生物学的洞察

SOMAmerベースのプロテオミクスは現在、イルミナのNGSシーケンスワークフローに統合されており、プロテオミクスデータと他のオミクスデータを組み合わせた包括的な解析を可能にします。この相乗効果により、タンパク質レベルの洞察をゲノムデータやトランスクリプトミクスデータと結び付けることができ、生物学的システムをより包括的に理解できます。その結果、プレシジョンメディシン、バイオマーカー探索、創薬ターゲットの同定、疾患パスウェイの解明、大規模コホート研究などにおける発見を、ハイスループットかつスケーラブルに加速します。

SomaSeq Discoveryワークフロー

SOMAmer試薬は、SomaSeq Discoveryを使用して、1回の反応で数千種類のタンパク質をキャプチャーします。これらのタンパク質結合イベントは、効率的な自動化プロセスを通じて、シーケンスライブラリーへ変換されます。

1
ライブラリー調製
2
シーケンス
3
データ解析
4
解釈

SomaSeq Discoveryサービスを通じてNGSベースのプロテオミクスにアクセス

自社内にフルワークフローを導入することなく、SomaSeq Discoveryを活用できるようになりました。イルミナと提携するコアラボと、信頼できるサービスプロバイダーのネットワークを通じて、ハイスループットプロテオミクスプロジェクトを外部委託し、SOMAmerテクノロジーとイルミナのシーケンスによる正確で再現性のある結果を得ることができます。このサービスオプションは、採用への障壁を取り除きます。つまり、バイオマーカーの発見、薬剤開発、マルチオミクス研究などにおいて、あらゆる規模のラボでプロテオームを大規模に探索できるようにします。特別なインフラは必要ありません。

Profile image of a male scientist pushing the loading tray, filled with plates on a carrier of a Hamilton ML Star in preparation for a run in a lab setting; female scientist blurry in the background working

よくある質問(FAQ)

従来の抗体は、免疫反応を誘発したタンパク質(すなわち、免疫原性ターゲット)の表面上の3次元構造に通常結合する、大きな親和性試薬(約150 kDa)です。単一のタンパク質エピトープを認識する細胞培養で生成されるモノクローナル抗体として、または同じタンパク質上の複数のエピトープを認識する動物において生成されるポリクローナル抗体として、生物学的に産生されます。

対照的に、SOMAmer試薬は、化学修飾された小さなアプタマー(8~20 kDa)で、3次元タンパク質構造にも結合します。完全な合成試薬なので、バッチ間の性能が一貫しています。また、その明確な化学的性質により、非免疫原性のターゲットや、現在は抗体で標的とされていないエピトープにも結合することができます。

こうした特徴を有するSOMAmer試薬は、従来の抗体ベースのツールに代わる、多用途で信頼性の高い代替品となります。

SOMAmerベースのプロテオミクスは、10-logを超えるダイナミックレンジ、フェムトモーラー感度、スケーラブルなマルチプレックスにより、ハイスループットでコスト効率の高いワークフローを実現します。いずれも従来の手法よりもばらつきが少なくなっています。これにより、ワークフローの変更を必要とせずに、少量のタンパク質を確実に検出することができます。このように、SOMAmerベースのプロテオミクスは、大規模で広範で信頼性の高いタンパク質測定のための強力で効率的なアプローチとなります。

対照的に、質量分析法では通常、少量のタンパク質のカバレッジを改善するために追加のサンプル処理ステップが必要です。

抗体ベースのアプローチと比較して、SOMAmerベースのプロテオミクスは、拡張アッセイマルチプレックスでも一貫して強力な再現性(約5%のCV)を提供します。

本ワークフローでは、サンプルから解析まで約2.5日、ハンズオンタイムは4時間未満です。

SOMAmer試薬はすべて、ターゲットタンパク質への高い親和性結合と遅い解離速度という2つの重要な特性によって特異性を達成します。これらの特性は、試薬固有の化学構造から生じます。

SOMAmer試薬をアッセイで使用する前に、一次検証を行います。一次検証には、プルダウン実験と用量反応アッセイが含まれ、目的のターゲットに選択的に結合することを確認します。さらに、SOMAmer試薬の70%以上が、質量分析法などの直交検証技術を使用して独立した研究者によって生成された、特異性を裏付けるデータを持っています。

SOMAmer試薬は合成試薬であり、一貫性を保って再製造できるため、他の親和性ベースの方法よりもロット間の一貫性と高い再現性が保証されます。

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お問い合わせ

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参考文献

  1. Brody EN, Gold L. Aptamers as therapeutic and diagnostic agents. J Biotechnol. 2000;74(1):5-13. doi:10.1016/s1389-0352(99)00004-5
  2. Eldjarn GH, Ferkingstad E, Lund SH, et al. Large-scale plasma proteomics comparisons through genetics and disease associations. Nature. 2023;622(7982):348-358. doi:10.1038/ s41586-023-06563-x
  3. Rooney MR, Chen J, Ballantyne CM, et al. Plasma proteomic comparisons change as coverage expands for SomaLogic and Olink. Preprint. medRxiv. 2024;2024.07.11.24310161. doi:10.1101/2024.07.11.24310161
  4. Gold L, Ayers D, Bertino J, et al. Aptamer-based multiplexed proteomic technology for biomarker discovery. PLoS One. 2010;5(12):e15004. doi:10.1371/journal.pone.0015004