JP2007259847A - 遺伝子型判定結果の評価方法及び評価システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】同一マーカーについて真のピークに対するStutterピークの高さの比及び真のピークに対する+Aピークの高さの比にはそれぞれ再現性があること、同一マーカーの同一アリルであればサイズ値が一定であると期待できることを利用して、遺伝子型判定結果のはずれ値を検出する。また、再現性に着目して、データベースを利用して同一マーカーや同一アリルで過去に処理した波形データを取得したり、はずれ値でなく妥当と判定した波形データをデータベースへ追加登録してデータベースを拡充し評価能力を向上させる。
【選択図】図11
Description
通常、同種の生物の個体間のゲノム同士は多くの部分において全く同じ塩基配列を有しているが、いくつかの個所では異なった塩基配列を有していることが知られている。そのような個体間のゲノム上の塩基配列に差異が見られることを多型という。多型には幾つかの種類があることも知られており、一塩基の多型であるSNPs(Single Nucleotide Polymorphisms)やマイクロサテライト(microsatellite)が特に解析研究への利用において注目されている。
DNAマーカーとしてマイクロサテライトを用いる場合、ゲノム上のマイクロサテライトが現れている箇所を抽出して検出するための実験としてPCR(Polymerase Chain Reaction)や電気泳動などの実験が行われる。PCRは、マイクロサテライトの両端においてプライマー配列と呼ばれる1対の塩基配列とDNA複製酵素を用いて反応させることで、1対のプライマー配列の間にはさまれるマイクロサテライト部分を含むDNA断片を繰り返し複製して増幅させ、一定収量のサンプルを取得する実験技術である。電気泳動には、ゲル電気泳動やキャピラリ電気泳動といった手法があり、増幅したDNA断片を荷電された泳動路で泳動させて、長さの異なるDNA断片を分子量や荷電性による泳動度の違いを利用して分離する実験技術である。図19は、PCR及びゲル電気泳動により、マイクロサテライト部分のDNA断片を増幅する実験手順を示す模式図である。まず、対象となるマイクロサテライトをはさむ1対のプライマー配列1900及び1901を指定し、マイクロサテライト及びプライマー配列を含んだゲノム領域1902がPCR実験により増幅される。図19に示す例では、2本の相同染色体上でのマイクロサテライトの繰り返し数が異なるヘテロ接合であり、それぞれマイクロサテライト部分の長さが異なるため、それぞれから長さの異なる2種類のPCR増幅産物すなわちDNA断片(52塩基及び48塩基)が得られる。これらをゲル上で一定時間電気泳動させると、上記2種類のPCR増幅産物はそのDNA断片の長さの違いによって分離される。あらかじめ各DNA断片を蛍光色素で標識しておき、電気泳動後に各DNA断片からの蛍光シグナルの強度及び位置を検出することで、図19に示すように横軸にDNA断片の長さ(フラグメント・サイズ)、縦軸に蛍光シグナル強度(すなわちDNA断片の存在量)をプロットしたグラフが得られる。また、PCR増幅産物とともに、長さがあらかじめ分かっているDNA断片(サイズマーカー)を同時に電気泳動させて蛍光シグナルを検出することで、サイズマーカーの検出位置を基準として各PCR増幅産物の長さを知ることができる。
上記の図19に示したPCRと電気泳動の結果のピークは、理想的な過程で行われた場合に得られるものであり、実際の実験においては様々なノイズのピークが生じることが多い。結果を解釈する上で主だったノイズピークとして、Stutterピークと+Aピークがある。
遺伝子型判定結果の評価方法について、特許文献1や非特許文献1などに開示されている。また、遺伝子型の判定結果を評価する機能を有するソフトウェアとして、Cybergenetics社のソフトウェア「TrueAllele」、ABI社のソフトウェア「GeneMapperID」などが知られている。
まず、あるマーカーについて得られるStutterピークと+Aピークの高さ比および断片長に関する以下の特徴に着目した。
蛍光シグナルのStutterピークについて、各ピークの高さの絶対値は実験プレート毎や実験機会毎に変動し再現性がないものの、以下に述べるように同じマーカーの同じアリルを考える場合には、真のピークに対するStutterピークの高さの比に再現性がある。Stutterピークは、それが生じるメカニズムが真のアリルのピークに相対的な現象によるため、同じマーカーで同じアリルの断片長のDNA断片を増幅する場合には真のアリルのピークに対して相対的に同じ程度に(同じ高さの比で)Stutterピークが生じる。例えば図1では、1個体目と2個体目の両方の波形において、2つ目のピークの塊での、真のピークに対する左1unit分の位置のStutterピークの高さ比(100に対する101の高さ比と102に対する103の高さ比)はほぼ等しい。
+Aピークについても同様に、同じマーカーを考える場合には、真のピークに対する+Aピークの高さの比に再現性がある。+Aピークは、元のピーク(真のピークあるいはStutterピーク)に対して相対的に生じる点でStutterピークと同様であるが、+Aピークが生じる度合いに、複製酵素を作用させる時間の長さが強く影響することが知られている。同じマーカーの同じアリルに関するDNA断片を増幅する場合であれば、一般に実験プロトコルは固定されており、酵素を作用させる時間(失活させるまでの時間)は一定と考えられるので、+Aピークについてもやはり再現性を期待することができる。
あるマーカーの遺伝子型判定を行なう場合、そのマーカーでありうるアリル型は十分に調べられて既知である場合が多い。従って、アリル型(真のピーク)としてありうる断片長を基準に左右にunit長の整数倍の断片長がStutterピークとしてありうる断片長であり、元のピーク(真のピーク又はStutterピーク)の断片長に1塩基足した断片長が+Aピークとしてありうる断片長である。例えば、unit長が2塩基のマーカーにおいて真のピークとして44塩基がありうる場合、44−2=42塩基や44+2=46塩基などがStutterピークとしてありうる断片長となり、42+1=43塩基、44+1=45塩基や46+1=47塩基などが+Aピークとしてありうる断片長となる。
真のピークに対するStutterピークの高さ比の再現性を考慮すると、毎回の個体群の波形情報をデータベースに追加していくことで、あるマーカーについての処理を重ねるほど、より豊富な数の個体数のもとで、Stutterピークの現れ方や特徴としての高さ比の情報を統計的により安定した情報として利用できるシステムとなる。ただし、毎回の全ての個体群の全ての高さ比をそのまま追加登録するのではなく、その回の処理に用いた個体群の中でのはずれ値の検出、及びデータベースに格納されている全データに対するはずれ値の検出を行なって、追加登録するデータをフィルタリングしておくことが、統計的により安定したデータを蓄積したデータベースを構築する上で必要である。2通りの検証によるフィルタリングを行なう。
機能1−1において、1つ目または2つ目のフィルタリングにおいて妥当とされなかったものは、2通りの検証結果とともにはずれ値として警告を表示する。この機能により、各回の個体群の遺伝子型の判定結果が妥当かどうかを確認することが可能となる。
真のピークに対する+Aピークの高さ比の再現性を考慮すると、毎回の個体群の波形情報をデータベースに追加していくことで、あるマーカーについての処理を重ねるほど、より豊富な数の個体数のもとで、+Aピークの現れ方や特徴としての高さ比の情報を統計的により安定した情報として利用できるシステムとなる。ただし、毎回の全ての個体群の全ての高さ比をそのまま追加登録するのではなく、その回の処理に用いた個体群の中でのはずれ値の検出、及びデータベースに格納されている全データに対するはずれ値の検出を行なって、追加登録するデータをフィルタリングしておくことが、統計的により安定したデータを蓄積したデータベースを構築する上で必要である。2通りの検証によるフィルタリングを行なう。
機能2−1において、1つ目または2つ目のフィルタリングにおいて妥当とされなかったものは、2通りの検証結果とともにはずれ値として警告を表示する。この機能により、各回の個体群の遺伝子型の判定結果が妥当かどうかを確認することが可能となる。
真のピーク、Stutterピークおよび+Aピークとしてありうる断片長は既知である場合が多いことを考慮すると、あるマーカーについて処理した個体群で検出されたピークの断片長値のうち妥当と判定されるものをデータベースに格納しておく。そうすれば、各回のある個体で検出したピークの断片長値が妥当かどうかを、データベースに格納されている同じマーカーにおいて検出されうるピークの断片長値の範囲内であるかどうかを調べることにより検証可能である(後述する図8のステップ806)。
機能3−1において、妥当とされなかったものは、検証結果とともにはずれ値として警告を表示する。この機能により、各回の個体群の遺伝子型の判定結果が妥当かどうかを確認することが可能となる。
(2)判定された真のピークと+Aピークとの高さ比は、前記データベースに蓄積された複数個体についての同比と著しく異なっていないか。
(3)判定された真のピーク、Stutterピーク及び+Aピークの断片長は、前記データベースに蓄積された複数個体についての同長さと著しく異なっていないか。
図2は、本発明の一実施形態として構築される遺伝子型判定結果の評価システムの内部構成を概略的に示す機能ブロック図である。この遺伝子型判定結果の評価システムは、各回のPCR及び電気泳動実験の後PCR増幅産物を蛍光分析した結果得られる波形データ(対象個体群の波形データ)を保存した波形データDB200、波形データ及びその遺伝子型判定結果を表示するための表示装置201、表示された波形データや遺伝子型判定結果に対して個体やピークを選択するなどの操作を行うためのキーボード202とマウスなどのポインティングデバイス203、必要な演算処理、制御処理等を行う中央処理装置204、さらに過去に行なった処理で用いた波形データでの高さ比を格納したDB205を備えている。
次に、この遺伝子型判定結果の評価システムにおいて行われる処理の流れについて、図5、図6、図7、図8に示すフローチャートを参照しながら説明する。
201 表示装置
202 キーボード
203 ポインティングデバイス
204 中央処理装置
205 過去に処理した波形データを格納したDB
206 +Aピーク分離処理部
207 真のピーク分離処理部
208 警告表示処理部
209 個体の波形データ
210 ピークデータ
211 実験プロトコル入力データ
Claims (3)
- マイクロサテライトを含むDNA断片のPCR増幅産物について長さを分析した結果を表示するシステムであって、
前記PCR増幅産物の検出シグナルを、検出シグナル強度及び断片長を軸にとってグラフ表示するグラフ表示処理部と、
前記PCR増幅産物の検出シグナルにおいて、DNA断片端に1つのアデニンが付加したPCR増幅産物の検出シグナルに対応する+Aピークと、+Aピーク以外のピークとを判定する第1の判定処理部と、
前記PCR増幅産物の検出シグナルにおいて、前記DNA断片のPCR増幅産物の検出シグナルに対応する真のピークと、マイクロサテライトの繰り返し配列が1単位以上増加又は減少したPCR増幅産物の検出シグナルに相当するStutterピークとを判定する第2の判定処理部と、
前記+Aピークと+Aピーク以外のピークとの判定結果、及び前記真のピークとStutterピークとの判定結果を前記グラフとともに表示する判定結果表示処理部とを有するシステムにおいて、
さらに、複数の個体について、マイクロサテライトを含むDNA断片のPCR増幅産物について長さを分析した結果を蓄積したデータベースを有しており、
前記第1の判定処理部及び第2の判定処理部による判定結果に対して、以下のうち少なくとも1つの判断基準に基づいて、判定結果の評価を行うことを特徴とするシステム。
(1)判定された真のピークとStutterピークとの高さ比は、前記データベースに蓄積された複数個体についての同比と著しく異なっていないか。
(2)判定された真のピークと+Aピークとの高さ比は、前記データベースに蓄積された複数個体についての同比と著しく異なっていないか。
(3)判定された真のピーク、Stutterピーク及び+Aピークの断片長は、前記データベースに蓄積された複数個体についての同長さと著しく異なっていないか。 - 前記データベースは、さらに、個体ごとに前記分析結果とともに前記分析を行った際の実験プロトコルを蓄積しており、
前記判定結果の評価においては、前記データベースに蓄積されたデータのうち、判定対象と実験プロトコルが所定程度一致するデータのみを前記判断基準に用いることを特徴とする請求項1に記載の評価システム。 - 前記判定結果の評価において判定結果が妥当であると評価された場合には、当該判定対象の分析結果を前記データベースに蓄積することを特徴とする請求項1又は2に記載の評価システム。
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