Fabienne Desmots-Loyer
次世代シークエンシング

強力なRNAシークエンシングソリューションによるトランスクリプトーム洞察の加速

RNAシークエンシングについての説明

RNAシークエンシング(RNA-seq)は、新しい種類のトランスクリプトミクスや遺伝子発現の研究発見を促進する、高感度で正確な次世代シークエンシング(NGS)技術です。生物学的サンプル中のRNA転写産物の完全なセットを捉えることで、RNA-seqは次のようなメリットをもたらします。

  • 遺伝子発現解析のダイナミックレンジの拡大
  • 存在量の少ない転写産物を検出するさらに高い特異性
  • がんゲノミクス、免疫学、マイクロバイオーム研究および医薬品開発に必須の新しいアイソフォームの発見

RNAシークエンシングワークフローは、RNAを細胞や組織から単離するところから始まり、ライブラリー調製へと続きます。ライブラリー調製では、RNAがcDNAに変換され、断片化されてシークエンシングアダプターとライゲーションされます。調製されたRNA-seqライブラリーは、その後シークエンシングされて何百万ものリードを生成し、これがバイオインフォマティクスツールを使用して解析され、トランスクリプトームの洞察が明らかになります。

劣化したRNAや低インプットサンプルしかないという課題に直面していますか?トランスクリプトームの複雑性を克服するように設計されたQIAseq RNA-seqソリューションで、RNA-seqパフォーマンスを最大化しましょう。時間と労力を節約しながら、たとえば、オンターゲットの遺伝子発現リードを改善したり、低品質サンプルやFFPEサンプルの感度を向上させることができます。

RNAは、全血、糞便/マイクロバイオーム、培養細胞や、新鮮な組織、冷凍した組織、またはFFPE組織など、さまざまなソースから抽出できます。培養細胞は、通常高品質で均質なRNAを提供しますが、最適なサンプルタイプは生物学的な問題に依存します。たとえば、小腫瘍生検は不均質で低インプットとなることがあります。

RNAの品質は、スタート物質の品質と取り扱いが大きく影響します。理想的なのは新鮮な物質ですが、冷蔵・解凍のサイクルを最小限に抑えるとともに、すぐに安定化させ、適切に保管することが非常に重要です。

典型的なステップには、サンプルの安定化、破砕、均質化、RNA精製、濃縮、そして定量化と完全性評価のための品質管理(QC)が含まれます。

トータルRNAには、一般にごくわずかな割合のコーディングRNAや機能RNAしか含まれていません。サンプル内のRNAの大半(最大90%)を構成するのは、リボソームRNA(rRNA)です。最高品質の結果となるよう、rRNAはシークエンシング前にトータルRNAから除去する必要があります。

これは多くの場合、具体的にrRNAを除去するか、オリゴ-dT濃縮を使用して選択的にポリアデニル化RNAを濃縮することによって達成されます。rRNAの除去は、コーディングRNAと非コーディングRNAの両方の情報を保持しますが、ポリA分画の濃縮はコーディングmRNAしか保持しません。

非常に大量のrRNAが、遺伝子発現やトランスクリプトミクス研究の感度に影響を与え、リードの無駄やRNA-seqコストの増加につながっていませんか?

QIAseq FastSelect技術を用いて、不要なrRNAを95%以上、効率的にワンステップで除去できます。哺乳類、植物、酵母や細菌RNAサンプル、高品質の、あるいは分解したRNAサンプル、FFPE RNAサンプルのいずれを扱う場合でも、QIAseq FastSelectは、RNA-seqを一変させ、Ribo-Zero、RiboErase、RiboMinusを上回るパフォーマンスを発揮します。

QIAseq FastSelect, monitor screen with barchart in a lab

バルクRNAシークエンシング(バルクRNA-seq)はトランスクリプトーム解析の手法であり、細胞集団、組織、または生検からプールされたRNAを抽出し、シークエンシングします。

シングルセルRNAシークエンシングとは異なり、バルクRNA-seqはさまざまな条件またはサンプルにおける平均遺伝子発現レベルを測定するので、シングルセルの分解能が必要ではない複雑な組織や大きな細胞集団の解析に特に有用です。一般には包括的なトランスクリプトームプロファイリング、差次的遺伝子発現解析、バイオマーカー探索、機能ゲノミクス研究で使用されます。

典型的なバルクRNAシークエンシングのワークフローには、ライブラリー調製(ストランド化または非ストランド化)が含まれます。これは、組織や細胞集団からの直接的なRNA抽出および増幅、cDNA合成、そしてアダプターや結合の付加が始点となります。トータルRNAシークエンシングのために、mRNAの濃縮またはリボソームRNA(rRNA)の除去を行わなければならないこともあります。調製されたライブラリーは、高スループットプラットフォームでシークエンシングされ、これによってトランスクリプトーム環境の堅牢な解析が可能になります。

ストランディッドな(方向性)ライブラリー調製は、転写産物の極性を維持します。ストランド情報はリードを正しい遺伝子に割り当て、“曖昧な”カウントを低下させるため、これは転写産物が逆鎖上で重なる(アンチセンス/IncRNA、UTRが重複する)ときには常に重要になり、非ストランド化データと比較して、重複領域では定量が優れていることが複数の評価で示されています。

正しいRNAシークエンシングライブラリー調製法の選択は、実験目標、予算、対象とする生物のリファレンストランスクリプトームの入手可能性など、複数の要因に依存します。

ここに挙げるQIAseqライブラリー調製キットは、市販されている大半の中スループットおよび高スループットのシークエンサーに対応します。

トータルRNA-seq(全トランスクリプトームRNA-seq)は、サンプル内にあるmRNAなど75塩基を超えることも多い全てのRNA種を捕捉し、生物学的反応と関連した遺伝子と経路や、新しい薬物療法や非コーディングRNAに対する反応の欠如を特定します。また、遺伝子や転写産物の存在量を正確に測定できるため、幅広いダイナミックレンジにおける新しい種類の転写産物や代替スプライシングイベントの特定に理想的です。主な用途としては、疾患経路の発見、バイオマーカーの特定、疾患サブタイプの分類の他、治療への反応予測やモニタリングなどがあります。

トータルRNA-seqは、RNA抽出リボソームRNA(rRNA)除去、およびライブラリー調製、シークエンシングおよびデータ解析の4つの基本的なステップに従います。

トータルRNAライブラリーは多数の重複するセンス/アンチセンスやイントロンリードを含んでいるため、ストランド固有のライブラリー調製ケミストリー(dUTP第2鎖マーキングや方向性アダプターライゲーション)を使用することで各リードの転写の方向を保持し、正しい遺伝子やアイソフォームへの明確な割り当てを可能にし、重複する転写産物から曖昧さを排除します。

QIAseq FastSelect RNA Library Kitsは、シンプルな5時間未満のワークフローを使用して1 ngのトータルRNAから完全なトランスクリプトミクスを生成します。

Young male Scientist using micro pipette with DNA
man looking at microscope slide

メッセンジャーRNAシークエンシング(mRNA-seq)では、トータルRNAからポリアデニル化したRNAを濃縮してコーディングトランスクリプトームを高分解能解析します。これにより、タンパク質コード遺伝子が多く存在し、その他のタイプのRNAが少ないRNA-seqライブラリーが生成されます。RNAがポリアデニル化していない場合には、生成されません。FFPEからのサンプルなど、低インプットまたは断片化されたサンプルでは、ポリA濃縮に必要なサンプル品質と量の取得が難しいことがあります。

研究者は、QIAseq Stranded mRNA Enrichment KitのようなmRNA濃縮キットを統合し、QIAseq FastSelect RNA Library Kitsを使用してRNA-seqライブラリー構築をタンパク質コードmRNAに集中させることができます。

この手法は遺伝子発現を定量し、さまざまな種における既知または新しい種類のアイソフォーム、遺伝子融合、アレル固有の発現を検出します。転写産物レベルのバイオマーカーを明らかにすることで、疾患のメカニズムが明らかになり、医薬品開発、患者層別化および安全性評価を支援します。

3' RNAシークエンシング(3′ RNA-seq)は、シークエンシングを各転写産物のポリAテールに集中させますが、従来のワークフローではrRNAキャリーオーバー、断片化されたRNAや低インプットRNA、そして複雑な複数ステップのプロトコールなどの問題が伴います。

QIAseq FastSelect RNA Library Kitsは、3′ RNA-seqを、低インプットやFFPEサンプルからでもストランド固有でrRNAフリーのライブラリーを提供する、ワンチューブ、ワンデイのワークフローに変えます。これにより、シークエンシングコストを削減(各サンプルにつき≈ 1–5百万リード)しながらも、高スループットのマルチプレックス(最大768個のサンプル)と正確な遺伝子レベルの発現定量を実現します。

主な用途には、以下のようなものがあります。

  • 薬物スクリーニング検査、集団コホート、バイオマーカー探索などの大規模差次的発現研究
  • どの遺伝子がアップレギュレーションされどの遺伝子がダウンレギュレーションされるのかが主な問題のコスト重視のプロジェクト
  • 何百個ものサンプルが一度にプロファイリングされる臨床/翻訳研究
rubber, rna, illustration
QIAseq miRNA Library Kits

miRNAシークエンシング(miRNA-seq)は、microRNA(miRNA)などの少量の規制RNAのプロファイリングに使用される、ターゲットRNA-seqアプローチです。この分子は遺伝子調節において中心的な役割を果たし、疾患に関連してますます研究が進んでいます。正確な結果は、最適化されたライブラリー調製と解析ワークフローに依存します。生体液サンプルを用いるときは、低RNAインプットと高い阻害因子レベルは課題となることがあります。たった1 ngのトータルRNAで解析可能な、ゲルフリーmiRNA-seqソリューションは、これらの問題を克服し、miRNA発現の差異を堅牢に検出します。QIAseq miRNA Library Kitsに含まれ、使いやすく、ウェブベースのツールであるRNA-seq Analysis Portalを使って、新たな疾患の洞察をより速く簡単に取得しましょう。

RNA-seqプロジェクトについて相談したいですか?
当社のスペシャリストがあらゆるご質問にお答えし、プロジェクトに最適なソリューションを見つけるお手伝いをいたします。
tubes illustration

低インプットRNAライブラリー調製は非常に困難な場合がありますが、必ずしも信頼性が低いというわけではありません。各ワークフローのステップは、さらなるRNAの損失につながる可能性を秘めています。低インプットRNA-seq プロトコールは、多くの場合、ライブラリー調製にテンプレートスイッチ法を利用して、従来のライゲーションベースの方法よりも高い感度になっています。QIAseq Low Input RNA Library Kitsは感度を最大にし、わずか1 ngのトータルRNAからストランド構造を保持します。逆転写におけるrRNA/グロビン除去のオプションを利用すれば、5時間もかからずにサンプル損失を最低限に抑えて、きれいで即使用可能なNGSライブラリーを調製可能です。

低インプットプロジェクトをさらに拡大したいとお考えですか?サンプル数、リード予算、シークエンシングプラットフォームに基づいて、QIAseq Low Input RNA Library Kitがどのようにワークフローをカスタマイズできるかをご覧ください。

ターゲットRNA-seqは、トランスクリプトーム全体ではなく、RNA転写産物の具体的なサブセットのシークエンシングを重視しており、濃縮またはアンプリコンベースのアプローチいずれかによって達成できます。存在量の少ない転写産物が検出でき、バイオマーカーのバリデーションや、具体的な遺伝子や経路が対象となるような研究で特に有用です。

ターゲットRNA-seqを用いて遺伝子発現の変化をモニタリングしたり、融合遺伝子や変異の同定を検討している場合、ライブラリー構築やNGS解析中におけるPCRバイアスやシークエンシングアーチファクトなどの課題は、データの感度や再現性を損なう可能性があります。

ターゲットRNAシークエンシングのQIAseqパネルは、独自のQIAseq濃縮技術やUnique Molecular Index(UMI)技術を使用してこのような課題に対応します。これらを組み合わせることで、精度、正確性、カバレッジ均一性が改善され、従来のRNA-seqの制限を克服でき、バイアスを少なくすることができます。

QIAseq Targeted RNA
より迅速に-定量せずにライブラリーを正規化
時間がかかるライブラリーの定量を恐れていませんか? わずか30分で、qPCRレベルの精度で効果的なNGSライブラリーの正規化を容易に実現します。

シングルセルRNAシークエンシング(scRNA-seq)は、シングルセルレベルでRNA転写産物の不均一性を調べ、複雑な組織や生物内の多様な細胞の種類、機能、相互作用を明らかにします。このため、分化、増殖、腫瘍形成などのダイナミックプロセスの研究に特に有用となります。

標準scRNA-seqワークフロー

  • 細胞分離 – 個々の細胞が、大きな組織や細胞懸濁液から分離されます
  • mRNAキャプチャーとcDNA合成 – ポリアデニル化したmRNAが抽出され、cDNAに変換されます
  • ライブラリー調製 – 分子バーコード(UMI)と細胞バーコードが追加され、細胞毎に転写産物が識別されます
  • シークエンシング – ライブラリーがNGSプラットフォーム上でシークエンシングされます
  • バイオインフォマティクス解析 – リードが解析され、各細胞の遺伝子発現プロファイルが生成されます

シングルセルまたは限られたRNAを使うからといって、必ずしもトランスクリプトームの見解が限定されるわけではありません。

QIAseq Single Cell RNAライブラリーキットが、わずか5.5時間で、どのようにして分離した細胞からNGSに対応する高度に複雑なライブラリーをもたらすかをご覧ください。最適化したケミストリーとPCRフリープロトコールにより、バイアスの問題を解消し、感度の高い正確なトランスクリプトームカバレッジを実現します。

PCRと比べて優れた増幅技術であるQIAseq Single Cell REPLI-gは、シングルセルまたは他の低インプットDNA/RNAサンプルからのゲノム研究やトランスクリプトーム研究を実現し、信頼できるカバレッジと均一な表現を提供します。

RNA-seqデータの意味を理解するのに苦労していませんか? 当社にはまさにその解決策があります! QIAseq RNA Library KitとFastSelect Kitには、データ解析を簡素化するために生物学者向けに作成された直感的なWebベースのソリューションであるRNA-seq Analysis Portal–への無償アクセスが含まれています。GeneGlobeと完全に統合されたRNA-seq Analysis Portalでは、RNA-seqデータ生成から遺伝子発現の洞察獲得までをシームレスに行うことができます。

ライブラリー調製の自動化および加速
NGSライブラリー調製の自動化は、ラボにとってどのようなメリットがありますか?

成功事例

劣化した、低品質の、またはシークエンシングが困難なRNAサンプルでRNA-seqを成功させるためのガイド

オンターゲットリードを十分に得られませんか?限られたRNAや断片化したRNAを使用していますか?QIAseq RNA-seq技術は、最も困難なサンプルでも最適な結果が得られるというメリットがあります。ぜひご覧ください。

Genomic Servicesをご覧ください
比類のない専門知識とサポートを、当社の高性能RNA-seq技術と組み合わせます

RNAシークエンシングのよくある質問