家系サンプルを用いた遺伝性疾患のエクソーム解析

フィルジェン株式会社 バイオサイエンス部(biosupport@filgen.jp)1

はじめに 遺伝性疾患の責任遺伝子を決定するために全エクソームシークエンスを用いる場
合、患者サンプルの遺伝子変異データを基に、両親や近親者などの家系サンプルの変異データも利用して、疾患の候補遺伝子の絞り込みを行う。
 Golden Helix社VarSeq®では、サンプルの家系情報に基づいたトリオ解析や、遺伝子と疾患の関連のランク付けを行う解析アルゴリズム、また人種ごとのアレル頻度情報のデータベースなどを使用し、膨大な変異データの中から、疾患の原因となる変異を迅速に特定できる。

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Golden Helix ソフトウェア製品ラインナップ

GWAS & SNP Analysis
Large-N DNA-Seq Analysis
Genomic Prediction
Copy Number Analysis
RNA-Seq Analysis••••••••••

Cancer Diagnostics
Gene Testing & Rare Disease Diagnosis
CNV Calling
Clinical Reporting
High-throughput NGS TestingGolden Helix社では、遺伝統計解析ソフトウェア「SNP & Variation Suite」と、遺伝子診断支援ソフトウェア「VarSeq®」の2種類のソフトウェアパッケージを販売



医学・生物学研究や、家畜や作物の品種改良などの農学研究、さらに疾患の診断や最適な治療オプションの決定における医療分野、遺伝学的解析などの教育現場などで利用される
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VarSeq®
 キュレーションされた様々なデータリソースを使用し、変異データへアノテーション付けを実行• dbSNP• RefSeq Genes• COSMIC• 1000 Genome• NHLBI 6500 Exomes• ExAC Variant• gnomAD Exomes• SIFT and PolyPhen• dbNSFP Functional Predictions• ClinVar• CIVic• ICGC Simple Somatic Mutation• 各種遺伝子パネルのターゲットデータ...など

 VCFファイルに含まれる変異データから、任意の検索条
件でデータのフィルタリングを行うワークフローを作成
 HGVDなどの独自定義ファイルもアノテーションデータとして利用可能
 カバレッジ計算やトリオ解析、表現型情報に基づく遺伝子ランキングなどの解析アルゴリズムを搭載
 ゲノムブラウザーを搭載し、BAMファイルデータや各種アノテーションデータをグラフ表示
 無償提供のビューワーソフトウェアが利用でき、解析結果4を容易にシェアすることが可能

有償アドオン- 臨床レポートの作成- アノテーション・フィルタリング- コマンドライン型インターフェース

OncoMD- がん関連データベース

OMIM- 遺伝子・疾患情報データベース- CNV（コピー数多型）解析

CADD- 変異スコアデータベース- データシェアリング用Webサーバー


別途有償のアドオンを追加することで、新たなアノテーションリソースや、新たな機能の使用が可能になる
5使用するデータ

次世代シークエンサーの変異解析パイプラインで作成したVCFファイル（変異データ）とBAMファイル（アライメントデータ）を使用して、各種データ解析を実行
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アノテーションリソース

Golden Helix社によってデータの精査・メンテナンスが行われている各種アノテーションリソースを、Data Source Libraryより自由にダウンロードし、変異データへのアノテーション付けに使用可能

日本人変異データベースHGVDなどのカスタムアノテーションデータをインポートし、アノテーションリソースとして使用が可能
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アノテーションデータ



アノテーション情報は変異データテーブルにそのまま追加され、データベースへのハイパーリンクもつく

変異データテーブル上の任意のデータをクリックすると、アノテーションの詳細情報も閲覧可能
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ワークフロー作成と結果の確認

フィルタリングワークフロー



付加したアノテーション情報などを用いて、変異データに対する任意のフィルタリングワークフローを作成

ワークフローの各項目ごとに、フィルタリング結果の変異データテーブルを確認可能で、項目を変更するとフィルタリング結果の変異データテーブルも自動的にアップデートされる
9ClinVar

NCBIで提供している、ヒト疾患関連の変異情報をまとめたデータベース



遺伝子名や疾患名、疾患に対する重要度、データの信憑性などのアノテーションが、サンプルの変異データに付加される

ワークフローを用いて、疾患に関連する変異の迅速な検索が可能になる

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OMIM



おもにヒトの遺伝性疾患と遺伝子に関連した情報をまとめたデータベースで、使用には別途ライセンスの購入が必要

表現型レベルと遺伝子レベル、変異レベルの3種類のアノテーションデータがサンプルの変異データに付加される



表現型の遺伝様式に基づいた、変異データのフィルタリングが可能

11がん関連変異情報データベース

がんに関連した変異情報のみに絞ったデータベース



CIViC, COSMIC, ICGCの3種類のデータベースを利用可能



がんのタイプや遺伝子名などの他に、データベースごとに様々な詳細情報がアノテーションとして利用できる12

OncoMD

MedGenome社が作成している、がん関連の様々な情報をまとめたデータベースで、使用には別途ライセンスの購入が必要



がん関連遺伝子や変異などの機能情報の他に、承認薬や臨床試験情報、論文情報や機能情報など、様々な情報をアノテーションとして使用できる

有償アドオン「VSReports」を使用することで、効果をもつ承認薬や、現在進行中の臨床試験情報をまとめたレポートの作成が可能

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dbNSFP

コンピュータプログラムで、変異の病原性を予測したデータベース



SIFT, Polyphen2, MutationTaster,MutationAssessor, FATHMM, FATHMM MKLの6種類のプログラムによる予測結果を同時に評価が可能



予測値のスコアも確認することができる

14アレル頻度情報データベース

特定の集団内のアレル頻度情報のデータベース

ExAC, gnomAD, NHLBI ESP6500, 1000 Genomes Phase3の4種類のデータベースを利用可能



アレル頻度はヨーロッパ、アジア、アフリカなどのカテゴリーごとに計算されており、これらアレル頻度データを使用することで、集団内に低頻度で存在する変異などを検索可能

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トリオ解析
 VarSeq®では、外部データリソースによる変異データへのアノテーション付け以外に、サンプルの内部的なデータ（変異情報やリード深度情報など）を使用する解析アルゴリズムが搭載されている
 これらの中には、親子サンプルのデータを比較して遺伝様式などを調べるトリオ解析のアルゴリズムが含まれており、遺伝性疾患の研究に活用できる
••
•
•
•

De novo mutation
Compound Heterozygous
Autosomal dominantAutosomal recessive
X-Linked16

サンプルデータのインポート

VCFファイルのインポート時に、親子関係情報を指定

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解析アルゴリズム

Genotype Zygosity• 各変異ごとの接合性情報（Homozygous, Heterozygousなど）によるアノテーション付けの実行

Mendel Error• 各変異ごとのメンデル遺伝情報（親からの遺伝、De Novo変異など）によるアノテーション付けの実行

Compound Het Detection• 複合ヘテロ接合体の検出

Variant PhoRank Gene Ranking• ユーザー指定のヒト表現型名と関連する遺伝子のランキング付け18

Genotype Zygosity

Homozygous, Heterozygous, Hemizygousなどの接合性情報を、各変異ごとにテーブルに追加する

子供がHomo、両親がHeteroというフィルター条件にて、劣性ホモ変異を検出するワークフローを作成が可能
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Mendel Error

親子のサンプルを比較し、各変異ごとに、Transmitted, de Novo Alleleなどの情報をテーブルに追加する
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Compound Het Detection

1遺伝子内に、両親からそれぞれ別の変異を受け継いでいる遺伝子を検出する



検出時に、1000 GenomeやNHLBI 6500 Exome Projectなどの、民族ごとのアレル頻度データを指定し、低頻度変異のみを用いることも可能
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Compound Het Detection



遺伝子-変異の対応テーブルに表示を切り替え、遺伝子ごとに変異を確認することが可能

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トリオ解析ワークフロー作成例
複合ヘテロ接合体

De Novo変異

劣性ホモ

検索条件を分岐させ、複合ヘテロ接合体、De Novo変異、劣性ホモ変異などを同時に検出するワークフローを作成
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トリオ解析ワークフロー作成例



各フィルター結果の数字をクリックすることで、フィルター結果の変異データテーブルを確認
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レディーメイドのトリオ解析ワークフロー

自分でワークフローを作成する以外に、レディーメイドのトリオ解析用ワークフローを使用し、De Novo変異、優性ヘテロ、劣性ホモ、複合ヘテロ接合体、X連鎖、既知の病原変異の同時検出が可能

このワークフローをテンプレートにして、カスタマイズしたワークフローを作成することも可能
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候補遺伝子リスト

候補遺伝子リスト
疾患との関連のランキング付け
遺伝子-変異の対応テーブルより、疾患の候補遺伝子リストを確認する



全エクソームシークエンスの場合、変異のフィルタリングを行っても候補遺伝子数が膨大になることがあり、Variant PhoRank Gene Rankingで遺伝子のランキング付けを行う

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Variant PhoRank Gene Ranking

OMIMなしOMIMあり

任意のGO (Gene Ontology) あるいはHPO (Human Phenotype Ontology)のキーワードを入力すると、検索可能なTermの候補リストが表示される



OMIMアドオンのライセンスを所持している場合、Termの候補リストを拡張するオプションが使用可能になる27

Variant PhoRank Gene Ranking



遺伝子ごとに、指定したキーワードの疾患との関連のランキングやスコアが表示される

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トリオ以外のワークフロー作成例

両方の患者で共通に検出されたDe Novo変異や複合ヘテロ接合体を検出



健常者で検出されたDe Novo変異を差し引いたり、Heterozygousアリルをもつサンプル数を制限して複合ヘテロ接合体を検出

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お問い合わせ先：フィルジェン株式会社

TEL: 052-624-4388 (9:00～17：00）
FAX: 052-624-4389
E-mail: biosupport@filgen.jp

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