構造バリアント（SV）は、50塩基対（bp）以上の大規模なゲノム変異です。SVはゲノム構造やコピー数、ゲノム内のDNA断片の位置に変化をもたらし、遺伝子の機能や発現制御に影響を及ぼす可能性があります。主な構造バリアントには、欠失、挿入、重複、逆位、転座がが含まれます。これらのゲノム変化は、さまざまな疾患やがんとの関連が知られています。<sup>1</sup> イルミナは、従来のライブラリー調製工程を効率化するとともに、構造バリアントの包括的な検出、可視化、レポート作成を可能にする、シンプルな次世代シーケンサー（NGS）研究ソリューションを提供しています。
短いIndel（挿入と欠失）や1塩基変異（SNV）と比較して、SVはより広範なゲノム領域に影響を及ぼすため、遺伝子発現制御の構造、遺伝子コピー数、さらには表現型にまで影響を与える可能性があります。染色体構造の異常は、表現型の多様性や疾患感受性に直接関わる重要な遺伝的変異の要因です。2 NGSを用いることで、DNAが切断・再構成されたブレークポイントや、その片側を示すブレークエンドを検出できます。この検出によって得られるデータは、希少疾患やがんに関連する複雑なゲノム再編成の解明に広く活用されています。3
構造バリアントは、NGSやマイクロアレイ技術、専用のSVコーラーを用いて、さまざまなサンプルタイプから検出できます。主な解析手法としては、全ゲノムシーケンス（WGS）、ターゲットシーケンス、染色体マイクロアレイ解析（CMA）が挙げられます。4
| 手法 | 定義 | 主な利点 | 利用時の考慮事項 |
|---|---|---|---|
| 近接マップリードテクノロジーによる全ゲノムシーケンス | WGSと近接マップリードテクノロジーを組み合わせることで、包括的で正確かつ高精度なバリアント検出を実現し、新たな知見の獲得を可能にします。 | フローセル上で行うシンプルなライブラリー調製ワークフローにより、ショートリードシーケンスの簡便性と精度を活用しながら、マッピングが困難なゲノム領域の解析、SV検出の向上、フェーズ情報付きリードおよびバリアントコールの取得を実現します。 | 近接性情報の活用により、従来のWGS手法と比較して、曖昧なゲノム領域をより高い信頼性で正確にマッピングできます。 |
| 全ゲノムシーケンス (WGS) | コーディング領域および非コーディング領域を含む、ゲノム全体の包括的なシーケンス情報を取得します。 | 1塩基多型（SNP）、インデル、コピー数多型（CNV）、バランス型SVなど、あらゆる種類のバリアントを検出できます。 | ゲノム全体を高解像度で解析できますが、ターゲットパネル解析よりも計算リソースを多く必要とします。一方で、直感的なNGSデータ解析ツールの利用により、WGSデータ解析へのハードルは大幅に軽減されています。 |
| ターゲットシーケンス | エンリッチメント法またはアンプリコンベースのキャプチャ法を用いて特定の配列を濃縮し、遺伝子パネルやエクソームなどの目的領域に焦点を当てて解析します。 | 高いシーケンス深度で目的領域を解析でき、迅速な結果取得とデータ量の削減を実現します。 | あらかじめ設定された標的領域内でのSV検出に限定されます。また、反復配列領域や非コード領域に存在するブレークポイントは検出できない場合があります。 |
| 染色体マイクロアレイ解析（CMA） | DNAサンプルを特定のプローブにハイブリダイズさせることで、ゲノム全体にわたる遺伝子領域の欠失や増幅を検出します。 | 重複や欠失などの大規模なCNVを高感度に検出できる、実績豊富な解析手法です。 | 小規模なインデル、新規SV、バランス型再構成（逆位や転座）は検出できません。また、主に既知のゲノム領域の解析に使用されます。 |
イルミナのハイスループットソリューションは、ライブラリー調製からシーケンス、データ解析、解釈まで、信頼性の高い構造多型検出をサポートします。SV検出に用いられる近接マップリードテクノロジーは、困難なバリアントやゲノム領域を解決するために強化されたマッピングと、実績のあるスケーラブルなシーケンスケミストリーを組み合わせています。これらの機能は、遺伝性疾患、腫瘍学、マルチオミクス、感染症、集団ゲノミクスなど、多様な研究のための効率的で柔軟なソリューションにより、SV解析と解釈の合理化に役立ちます。
近接マップリードテクノロジーが、元の長鎖DNAテンプレートとショートリードシーケンスとの関連性を維持することで、構造バリアントの検出性能をどのように向上させるのかをご紹介します。
TruPath Genomeは、複雑なゲノム領域の解析、構造バリアント検出の強化、超長距離フェージングを実現する包括的なヒトゲノム解析を、シンプルなワークフローで提供します。
NovaSeq Xシリーズは、包括的かつ高品質なゲノム解析を実現する、生産規模に対応したシーケンスシステムです。
DRAGEN Germlineは、FASTQファイルからVCFファイルの生成までをカバーする、高精度かつ効率的なエンドツーエンドの二次解析ソリューションです。全ゲノムシーケンス、全エクソームシーケンス、ターゲットパネルのNGSデータにおいて、解析が困難なゲノム領域でのイルミナリードのマッピング性能を向上させます。
従来の単一リファレンスへのアライメントでは、複雑なゲノム領域や高度に多型性の高い領域に存在するバリアントを見逃してしまう可能性があります。DRAGEN Multigenomeは、複数のリファレンスゲノムに対してアライメントを行い、拡張性の高いIllumina NGSシステムと組み合わせることでマッピングが困難な領域の解析精度を向上させ、検出可能なバリアント数を増加させます<sup>5</sup> 構造変異（SV）の検出精度向上から、オンコロジー研究向けのシンプルなプッシュボタン解析まで、最新のDRAGEN二次解析ソリューションの進化をご覧ください。
全ゲノムシーケンス（WGS）は、ヒトゲノム全体を高いカバレッジで解析し、希少疾患研究を支援します。
がんWGSソリューションは、ライブラリー調製、シーケンス、データ解析までを包括的にサポートし、SV、染色体変化、体細胞バリアントなどの検出を支援します。
NGSテクノロジーへのアクセス拡大を支援し、大規模なゲノムデータセットの構築と医療イノベーションの促進を実現するシーケンスおよびインフォマティクスソリューションです。
全ゲノムシーケンス解析における、Illumina NovaSeq XシリーズとUltima Genomics UG 100プラットフォームを比較します。
すべてのコピー数変異は構造バリアントに含まれますが、構造バリアントにはコピー数の変化以外のものも含まれます。欠失、挿入、重複はコピー数変異の例であり、遺伝物質の総量が増加または減少するため、不均衡型構造バリアントの一種です。一方、逆位や転座などの均衡型構造バリアントでは、DNAの総量は変化しません。6
コピー数バリアント解析の詳細はこちら。
構造バリアントは、ゲノム内のDNAをどのように変化させるかによって定義され、サイズが50 bp以上のものを指します。SVには次のようなタイプがあります。
はい、イルミナのNovaSeq Xシーケンスシステム、近接マップリードテクノロジー、そしてグラフベースのアライメントとバリアントコーラーを用いるDRAGEN二次解析バイオインフォマティクスパイプラインは、構造バリアントの検出に優れています。
近接マップリードテクノロジーの詳細をご覧ください。
SV検出機能を備えたイルミナのNovaSeq XシーケンスシステムおよびDRAGEN二次解析をご覧ください。
構造バリアントの検出が難しいとされるのは、サイズや構成が多岐にわたり、そのタイプによって必要なリード深度が異なるためです。さらに、SVコーラーによって精度や感度も異なります。SV自体の多様性とSVコーラーの性能の違いが組み合わさることで、シーケンス解析や計算解析によるSVの検出は困難になります。特に、標準的なリード深度ベースのアプローチでは、その影響が顕著です。7
SV検出性能を向上させる、オンフローセルライブラリー調製と新しいインフォマティクスを活用した;近接マップリードテクノロジーをご覧ください。
SV検出 解析を合理化するDRAGEN 二次解析を効率化するDRAGEN 二次 解析パイプラインについてご確認ください。
ショートリードシーケンスは、高精度な全ゲノムシーケンスを柔軟かつ確実に実施できる手法ですが、SVなどの特定の領域やバリアントタイプの解析には課題がありました。一方、ロングリードシーケンスは、より大きく複雑なゲノム領域にわたる連続したリードを取得できるため、SVの解明に役立ちます。しかし、ワークフローが複雑で、精度に関する課題も広く認識されており、結果にばらつきが生じることがあります。8–11
近接マップリードテクノロジーにより、 研究者はショートリードシーケンスの簡便さと高い精度を活かしながら、SV検出を向上させ、その他のマッピングが困難なゲノム領域の解析にも対応できます。
構造バリアント検出ソリューションの詳細については、お気軽に問い合わせください。