JP5926189B2 - Rna分析方法 - Google Patents
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Description
任意により、前記RNA分子を逆転写し、cDNA分子のプールを提供し、
前記鋳型RNA又はcDNAプールから核酸を分別し(segregating)、分別された鋳型が共有する核酸弁別特徴(distinctive nucleic acid feature)を用いて、相違する可能性がある鋳型を選択することにより、少なくとも第1の核酸のサブプールを提供し、
任意により、更に一回又は二回以上、前記鋳型RNA又はcDNAから核酸を分別し、異なる核酸弁別特徴を用いて核酸を選択的に分別し、1又は2以上の更なる核酸のサブプールを提供し、
前記分別された核酸分子の断片を断片化により生成し、又は、前記分別された核酸分子の断片コピーを取得し、
ここで、各サブプール又は複数のサブプールの組み合わせの断片が、当該サブプールを物理的に分離することにより、又は、当該サブプールの断片に標識を付すことにより、他のサブプール又は他の複数のサブプールの組み合わせの断片から分離可能に維持されており、ここで当該標識が、あるサブプールを特定し、又は、前記分別された核酸分子の部分配列を決定するとともに、好ましくは少なくとも2つの配列又は部分配列を、結合された配列にアラインする、方法を提供する。
i)共通の特性を有する核酸試料の所定のサブプールを提供し、
ii)サブプール特異的な情報を当該核酸及びその断片に連結するための手段を提供し、
iii)サブプール内、惹いては元の試料内における個々の配列の濃度測定を容易にし、
これによって、シークエンシングリードアラインメントの質を向上し、及び/又は、他の手段による元の試料の分析を可能にする分別方法が提供できる点が挙げられる。
マウス(C57Bl/6)肝臓試料から精製された総RNA2μgを、V(C、G又はAの何れか)アンカー型オリゴ−dT配列(Seq−2;リンカー2−T27−V)を3’末端に有するオリゴを用いてプライミングし、逆転写してcDNAを調製した。逆転写酵素の鋳型乗換え(template switch)活性を用いて、逆転写反応時に鋳型乗換えオリゴ(Seq−1;リンカー1)の逆転写を通じて、リンカー配列をcDNAの3’末端に付加した(米国特許第5962271号、米国特許第5962372号)。得られたcDNAの5’末端には、mRNAの元のポリAテール及びリンカー2配列に対応するオリゴによって導入されたポリTストレッチが含まれていた。cDNAの3’末端には、キャップ依存的に付加されたCヌクレオチドに続いて、リンカー1配列の逆相補体が含まれていた。2つの異なる試料のセットをシークエンシング用に調製した。
2009年10月4日に、UCSC Genome Browserウェブページ[6]から、refMrna データベースをダウンロード[1]した。本データベースはマウスゲノムアセンブリー(mm9, NCBI built 37)に基づく24570の参照mRNA配列を含む。分別の有無に応じてこれらの参照mRNAのうち幾つが検出されるかを調べるために、これらの参照mRNAに対するリードセットA及びリードセットBのアラインメントを実施した。両アラインメントについて、以下のCLCパラメーターを用いた(Add conflict annotations = No; Conflict resolution = Vote; Create Report = Yes; Create SequenceList = Yes; Match mode = random; Sequence masking = No; Similarity = 0,8; Length fraction = 0,5; Insertion cost = 3; Deletion cost = 3; Mismatch cost = 2)。セットA(分別無し)については15652のmRNAが検出された。データセットBでは検出されたmRNAは15702まで増加した。データセットBは可能な12のサブプールのうち6しか含んでいないので、この僅かな増加は有意であると言える。
2009年10月4日に、UCSC genomics browserデータベース[6]から、328358のGenBankのmRNA配列[5]をダウンロードした[2]。上記a)と同一のCLCパラメーターを適用し、セットA及びセットBをこれらの328358のGenBankのmRNA配列にアラインメントした。セットAを用いて83199の配列が検出され、セットBでは87794の配列が検出された。これは、シークエンシング前に分別を実施した場合に検出されるmRNA分子より約5%多い値に相当する。
2009年10月4日に、UCSC Genome browserデータベース[6]から、完全参照マウスゲノムをダウンロードした[3]。上記a)と同一のCLCパラメーターを用いてアラインメントを実施したところ、結果として得られたゲノム被覆度は、データセットAについて0.494%、データセットBについて0.561%であった(図10)。従って、セットBではセットAと比べて、約13.5%多くのゲノムが検出された。これは約1835663のヌクレオチドが新たにマッピングされたことを意味する。マウスのエクソンサイズの平均を約300〜400塩基とすれば、約4589〜6118の更なるエクソンが検出されたことになる。
ゲノム及びトランスクリプトーム情報を総合し、既知の遺伝子の上下流最大1000塩基というより狭い範囲内に存在する可能性のある、未知のエクソンの特性決定を実施した。ここで、NCBI[4]データベースからダウンロードした完全アノテート付参照マウスゲノム(NCBI Build 37, mm9, C57BL/6J, July 2007)を参照として用いた。RNA−Seq分析[7]は、再度CLC Genomics Workbenchを用いて実施した。アノテート付遺伝子配列の上下流1000ヌクレオチドを含めるようにパラメーターセットを変更した(Additional upstream bases = 1000; Additional downstream bases = 1000; Create list of unassembled reads = Yes; Exon discovery = Yes; Maximum number of mismatches (short reads) = 2; Minimum length of putative exons = 50; Minimum number of reads = 10; Organism type = Eukaryote; Unspecific match limit = 10; Use colorspace encoding = No; Use gene annotations = Yes; Expression value = RPKM; Minimum exon coverage fraction = 0,2; Minimum length fraction (long reads) = 0,9)。データセットAを統合することにより、新規と思われる207のエクソンが明らかとなった。これらのうち少なくとも73は、セットA単独で独自に検出されたものである。これらの数はデータセットBによって顕著に上昇し、新規と思われるエクソンの数は256、うち少なくとも122がB単独で発見された。従って、既知の遺伝子のコンテクストでさえ、分別によってより新規な情報が判明することが分かる。
上記d)と同様に、アノテート付参照マウスゲノムを用いて、RNA−Seq分析[7]における発現値(RPKM)を、CLC Genomics Workbenchによって決定した。個々のサブプール及び組み合わせた6つのサブプールの間で遺伝子発現値を比較した。サブプール6を複数のサブプールの組み合わせと比較する散布図を図11に示す。
斯かる分別が単一遺伝子に及ぼす結果について、一例を挙げてより詳細に説明する。例として挙げるのはチコチンアミドN-メチルトランスフェラーゼ遺伝子である(Nnmt: ENSMUSG00000032271)。Nnmtは、2つのタンパク質コード化mRNAアノテーション、即ちENSMUST00000034808及びENSMUST00000119426と、3つの更なるアノテーションを有する。0マトリックス(セットA)及び1×1マトリックス(セットB)に加えて、RNA−seqプロトコル[7]の4.96Mioのリードを比較に使用した。
[2]http://hgdownload.cse.ucsc.edu/goldenPath/mm9/bigZips/mrna.fa.gz
[3]http://hgdownload.cse.ucsc.edu/goldenPath/mm9/bigZips/chromFa.tar.gz
[4]http://www.ncbi.nlm.nih.gov/.
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第1のステップでは、組織試料の精製されたmRNAが逆転写及び予備増幅されることになる。第2のステップでは、PEG濃度を上昇させることにより、予備増幅されたcDNAを異なる画分内に沈殿させる[8]。この手法によれば、溶解性が異なるcDNAを含む10のプールが調製される。溶解性は主にcDNAの長さによる影響を受ける。
組織試料のmRNA10μgをアガロースゲルで電気泳動により分離する。ゲル画像の濃度測定による特性決定後、12のバンドを切り出す。バンドは概ね同じ量のmRNAを含有する。質量マーカーに従い、下限及び上限それぞれ1つのカットオフ長を設定して、各バンドを画定する。これらのバンドによって、全てのmRNAが、1)25〜100bp、2)100〜500bp、・・・12)12000〜∞bpの何れかに分別される。ゲルのバンドからmRNAを精製し、12のサブプールの各々に対して配列タグを加え、個別にNGSシークエンシング用に調製する。タグ化された12のサブプールを等量ずつ混合し、IlluminaゲノムアナライザーII装置の1レーンを用いてシークエンシングする。
Random Letter Sequence Generator(http://www.dave-reed.com/Nifty/randSeq.html)を用いてランダム配列を生成し、データベース内に配置した。サイズが小さいゆえに、斯かる作業はスプレッドシートを用いて、モデルゲノムの遺伝子をアセンブルして行うことができる。全てのランダム数(例えば遺伝子及び転写物数)は乱数発生器を用いて生成した。次いで、図2〜4のグラフに示す統計上の条件に従って、遺伝子を用いてモデルトランスクリプトームを生成した。その総数は表5の「トランス」という列に示す。簡略化のため、全ての転写物は親遺伝子の完全コピーとし、バリアントは導入していない。
i)検出された24のリードを用いて、全ゲノム/トランスクリプトームに対するアラインメントを試みたところ、一義的にヒットしたのは1つだけであった。総ヒット数は224であった。アラインされたリードのうち、最も特異性が高いリードでも、4つの異なる遺伝子/転写物にマッチした。
ii)分子末端に基づく7つのサブプールへの分別後は、69のリード(31%)が既に一義的にアラインしていた。
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Claims (35)
- 多様性を有し得るRNA分子のプールに由来する核酸分子の断片を分類する方法であって、
− 任意により、前記RNA分子を逆転写することにより、cDNA分子のプールを提供し、
− 前記鋳型RNA分子又はcDNA分子のプールから、核酸弁別特徴を共有するが互いに相違し得る核酸分子を分別することにより、少なくとも第1の核酸分子のサブプールを提供し、
− 任意により、更に一回又は二回以上、前記鋳型RNA分子又はcDNA分子のプールから、別の核酸弁別特徴を共有する核酸分子を分別することにより、1又は2以上の更なる核酸分子のサブプールを提供し、
− (a)前記分別された核酸分子をランダム断片化することにより、又は(b)前記分別された核酸分子の断片コピーを取得することにより、前記分別された核酸分子の断片を生成し、更に、
− 前記生成された断片に、リンカー又はアダプターを付与する
ことを含み、
ここで前記核酸弁別特徴は、特定の位置にある少なくとも1つの所与のヌクレオチドの種類であり、ここで前記特定の位置は、i)鋳型核酸分子の全長配列の5’末端又は3’末端から100ヌクレオチド以内のヌクレオチドから選択され、或いはii)ポリAテール又はcDNAのポリTテールに隣接する1〜100ヌクレオチドから選択され、或いはiii)鋳型RNA分子又はcDNA分子に人工的に付加されたテールに隣接する1〜100ヌクレオチドから選択され、ここで前記i)〜iii)における選択は、前記少なくとも1つの識別可能なヌクレオチドに対して特異的なプライマー又はプローブを用いて行われ、
ここで各サブプール又は複数のサブプールの組み合わせの断片は、他の断片から物理的に分離され、又は、当該サブプールの断片に当該サブプールを特定する標識を付すことにより、他の断片から分離可能に維持される、方法。 - 前記第1のサブプールの断片について、及び、任意により更なるサブプールの断片について、配列又は部分配列を決定することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも10、又は少なくとも18、又は少なくとも25のヌクレオチドの部分配列が決定される、請求項2に記載の方法。
- 前記RNA分子が、生物試料に由来する、請求項1〜3の何れか一項に記載の方法。
- 前記RNA分子が、ウイルス、原核生物又は真核生物に由来する、請求項4に記載の方法。
- ランダム断片化が、物理的手段による断片化により行われる、請求項1〜5の何れか一項に記載の方法。
- ランダム断片化が、剪断、超音波処理又は昇温により行われる、請求項1〜5の何れか一項に記載の方法。
- 多様性を有し得るRNA分子のプールに由来する核酸分子の断片を分類する方法であって、
− 任意により、前記RNA分子を逆転写することにより、cDNA分子のプールを提供し、
− 前記鋳型RNA分子又はcDNA分子のプールから、核酸弁別特徴を共有するが互いに相違し得る核酸分子を分別することにより、少なくとも第1の核酸分子のサブプールを提供し、
− 任意により、更に一回又は二回以上、前記鋳型RNA分子又はcDNA分子のプールから、別の核酸弁別特徴を共有する核酸分子を分別することにより、1又は2以上の更なる核酸分子のサブプールを提供し、
− 前記分別された核酸分子の部分配列をナノポアで決定することにより、前記分別された核酸分子の断片を生成する
ことを含み、
ここで前記核酸弁別特徴は、特定の位置にある少なくとも1つの所与のヌクレオチドの型であり、ここで前記特定の位置は、i)鋳型核酸分子の全長配列の5’末端又は3’末端から100ヌクレオチド以内に存在し、或いはii)ポリAテール又はcDNAのポリTテールに隣接する1〜100ヌクレオチドから選択され、或いはiii)鋳型RNA分子又はcDNA分子に人工的に付加されたテールに隣接する1〜100ヌクレオチドから選択され、ここで、前記i)〜iii)における選択は、前記少なくとも1つの識別可能なヌクレオチドに対して特異的なプライマー又はプローブを用いて行われる、方法。 - 前記断片が、10〜10000ヌクレオチドからなる、請求項1〜8の何れか一項に記載の方法。
- 前記断片が、25〜500ヌクレオチドからなる、請求項9に記載の方法。
- 前記核酸弁別特徴が、核酸分子の特定の位置における所与のヌクレオチドの種類である、請求項1〜10の何れか一項に記載の方法。
- 前記ヌクレオチドの種類が、A、T、U、G、Cから選択される、請求項11に記載の方法。
- 前記核酸分子の特定の位置が、核酸分子の5’又は3’末端から100ヌクレオチド以内に存在する、請求項11又は12に記載の方法。
- 前記核酸分子が、5’及び/又は3’末端に隣接する10ヌクレオチド内の共通のヌクレオチドに基づいて選択される、請求項11〜13の何れか一項に記載の方法。
- 前記核酸分子が、1又は2以上の共通の5’及び/又は3’末端ヌクレオチドの種類について選択される、請求項14に記載の方法。
- 前記RNA分子が全長RNAである、及び/又は、前記分別された核酸分子が、全長又は完全cDNA又はRNAの配列を含む、請求項1〜15の何れか一項に記載の方法。
- 配列の決定が、前記断片の少なくとも5ヌクレオチド、又は少なくとも8ヌクレオチドの配列を決定することを含む、請求項2又は3に記載の方法。
- 配列の決定が、前記断片5’又は3’末端からの少なくとも5ヌクレオチド、又は少なくとも8ヌクレオチドの配列を決定することを含む、請求項17に記載の方法。
- 配列の決定が、前記断片の全長配列を決定することを含む、請求項17又は18に記載の方法。
- 前記核酸分子がサブプールに分割され、ここで全サブプールの少なくとも10%が、全サブプールの核酸分子の平均量±50%を含む、請求項1〜19の何れか一項に記載の方法。
- 前記核酸分子がサブプールに分割され、ここで前記サブプールの少なくとも10%が、2つ以下の核酸分子を含む、請求項1〜20の何れか一項に記載の方法。
- 核酸分子の分別が、前記鋳型プールから、核酸分子を特異的に増幅することを含む、請求項1〜21の何れか一項に記載の方法。
- 増幅が、プライマーからのヌクレオチド伸長によって行われる、請求項22に記載の方法。
- 増幅がPCRによって行われる、請求項23に記載の方法。
- 増幅が、非特異的プライマー部位の後の少なくとも1つ、又は少なくとも2つ、又は少なくとも2つの隣接する異なるヌクレオチドを選択するプライマーを用いて行われ、これにより、前記選択されたヌクレオチドを、或るサブプールに特異的な核酸弁別特徴として含む核酸分子が増幅される、請求項23又は24に記載の方法。
- サブプール特異的標識を前記断片に付すことを特徴とする、請求項1〜25の何れか一項に記載の方法。
- 前記サブプール特異的標識が、1又は2以上のヌクレオチドである、請求項26の何れか一項に記載の方法。
- 前記サブプール特異的標識が、請求項2又は3に記載のシークエンシング時に共に決定される、請求項27の何れか一項に記載の方法。
- 前記核酸分子を増幅することを更に含む、請求項1〜28の何れか一項に記載の方法。
- 前記増幅が、分別の後、配列の決定の前に行われる、請求項29に記載の方法。
- 前記増幅がPCRによって行われ、少なくとも1つのヌクレオチド分子がPCRの飽和相に達するまで増幅される、請求項29又は30に記載の方法。
- 前記異なるヌクレオチド分子の少なくとも10%が、PCRの飽和相に達するまで増幅される、請求項31に記載の方法。
- 核酸分子を豊富に含むサブプールがシークエンシングから除外され、ここで核酸分子を豊富に含むサブプールとは、全サブプールの平均量の1000%を超える核酸分子を含むサブプールである、請求項1〜32の何れか一項に記載の方法。
- 核酸の分別時に、選択された1つの鎖が分別され、又は、選択された1つの鎖が標識される、請求項1〜33の何れか一項に記載の方法。
- 前記選択された鎖の断片も標識される、請求項34に記載の方法。
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