遺伝子ターゲットの同定とパスウェイ解析

発現差解析は,さまざまな条件下や一定の刺激に対する応答における遺伝子発現の変化を同定および測定するために使用されます。疾患の表現型とともに過剰発現または過小発現している遺伝子を把握することは,疾患で影響を受けている,または疾患に関与しているであろう遺伝子やパスウェイを判定するうえで重要なステップです。アレイは大規模な発現解析に用いられた最初のテクノロジーですが,大部分は,新たなベストプラクティスであるRNAシーケンス(RNA-Seq)に置き換わっています。RNA-Seqでは,遺伝子発現に加えて,転写産物アイソフォーム,遺伝子融合,スプライスバリアントなどの特徴に関する情報を,予備知識の制限なく得られます。

遺伝子発現差解析のRNA-Seqワークフローの最初のステップは,RNAの抽出,ライブラリー調製,シーケンスです。データ解析では,リードのポストラン処理,個々の遺伝子発現レベルの評価,発現差のある遺伝子のノーマライゼーションおよび同定が実行されます。複雑な疾患のトランスクリプトームと,想定されるその役割に関する情報を得る手法としては,以下のものがあります。

RNAシーケンス

シングルセルRNAシーケンス

エピジェネティクスは、脱氧核糖核酸配列を変化させず、制御メカニズムによって遺伝子活性を変化させる生物学的メカニズムの研究です。オープンクロマチン、メチル化、プロモーターおよび転写制御因子の結合などの遺伝子制御メカニズムの状態を同定することで、一定のレベルで遺伝子が発現している理由に関する情報が得られます。通常の生物学的プロセスにおける重要な機能に加えて、エピジェネティックなプロセスが、がん、自己免疫障害、神経障害、精神疾患などのさまざまな複雑な疾患に関連していることが確認されています。エピゲノムと、複雑な疾患におけるその潜在的な役割に関する情報を得る手法としては、以下のものがあります。

DNAメチル化解析

クロマチンアクセシビリティ解析

DNAタンパク質結合解析

量的形質遺伝子座（QTL）は、ある集団内で差異の見られる特定の表現型または形質と関連づけられる脱氧核糖核酸の領域です。QTLは一般的に、髪や目の色などの不連続な相違のある形質ではなく、身長や肌の色などの連続的な相違のある形質に関連しています。QTLマッピングは、特定の形質の量的変化をもたらす分子マーカーを同定する統計解析手法です。単一の遺伝子座に多くのバリアントが存在する可能性があるため、インピュテーションや全ゲノムシーケンスは、要因となる分子マーカーをQTLマッピングで精密に同定するうえで重要な必要条件です。QTLは、遺伝型から表現型までのさまざまなレベルで作用するバリアントを含むよう拡張されています。

QTL解析は疾患に関連するバリアントにアノテーションを付加する効果的な手法です。バリアントの機能的な影響を解明することにより,疾患と関連するバリアントの中で,疾患に関与するバリアントを識別することができます。さまざまなQTL解析の利用で,影響を与えるバリアントと遺伝子の分子相互作用のネットワークが明らかになり始め,実際に疾患を亢進させている,根底に存在する遺伝子やパスウェイに関する証拠がもたらされています。これにより,疾患に関与している可能性がきわめて高いターゲットへの時間,リソース,資金の投入が実現します。