統合ゲノミクスビューア(IGV)ソフトウェアは、臨床的バリアントコールの根拠となるデータに対し、詳細かつ直感的な閲覧ウィンドウを提供します。ここでは、真の病原性イベントとアーティファクトを迅速に判別する方法を示す5つのビネットを提示し、次世代シーケンシングアッセイの分子的な判定(サインアウト)を行う実務者の診断的信頼性を最終的に高める手法を解説します。
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方法論記事
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統合ゲノミクスビューア(IGV)ソフトウェアは、臨床的バリアントコールの根拠となるデータに対し、詳細かつ直感的な閲覧ウィンドウを提供します。ここでは、真の病原性イベントとアーティファクトを迅速に判別する方法を示す5つのビネットを提示し、次世代シーケンシングアッセイの分子的な判定(サインアウト)を行う実務者の診断的信頼性を最終的に高める手法を解説します。
Integrative Genomics Viewer(IGV)は、複雑なシーケンシングデータの可視化および解釈を可能にする、臨床ゲノミクスにおける極めて重要なツールです。シーケンシング結果の視覚的評価に臨床的知見を組み合わせて検討することは、分子病理医などの専門家が症例を評価し、最終診断を下すための主要な手段となっています。さまざまなソフトウェアツールが補助となりますが、それらと基礎データの関係性を理解し、体系的に適用する必要があります。本研究では、次世代シーケンシング(NGS)のデータファイル形式(例:FASTQ、BAM、VCF)について、そのフォーマットと目的を含む不可欠な背景知識を解説します。次に、これらのファイルから得られる詳細な情報を抽出するためのIGVの機能を説明します。また、臨床的なビネットに基づく一連の精選された実例を用い、読者がIGVソフトウェアを使用して臨床NGSシーケンシングデータを操作し、ヒト参照ゲノムに対するさまざまな臨床的に重要なバリアントを確認する方法を提示します。これらの臨床ビネットは、ゲノムデータの解釈における複雑性の例を示し、定型的なバイオインフォマティクス・ソフトウェアのアルゴリズムによるバリアントコールを超えて、日常的なワークフローの一部としてIGVを活用することで、バリアントに関するさらなる解釈上の情報をどのように得られるかを説明するために精選されました。IGV内のツールを用いたゲノムバリアントの視覚的検査により、バリアントアレル頻度、ストランドバイアス、組織特異的コンテキストなど、ゲノムバリアントの解釈に影響を与えうる微細なコンテキスト上の手がかりを明らかにすることができます。本研究は体細胞バリアントの検出および解釈におけるIGVの利用に焦点を当てていますが、提示されたアプリケーションは、複雑なバリアントの解析やモザイク現象の検出を含む、生殖細胞系列の設定での利用にも応用可能です。
近年、次世代シーケンシング(NGS)技術を用いて診断、予後、および治療法の選択に情報を活用することで、腫瘍学的なケアは大きく変貌しました1。NGS検査は、1) 分子レベルで定義された腫瘍の診断の確定、2) 治療決定のための腫瘍型に依存しない(アグノスティックな)バイオマーカー結果の活用、3) 特定の腫瘍型におけるリスク層別化の決定という点において、複数の腫瘍型で標準治療となっています2,3。NGSおよびその他のバイオマーカー検査による正確かつタイムリーな結果は、腫瘍学における患者ケアと治療計画の極めて重要な構成要素となっています。
NGS検査は通常、大規模な参照検査機関、または、そのような検査を開発・維持するための十分な専門知識とリソースを有する病院内や大学の検査室で実施されます。Genomics Organization for Academic Laboratories (GOAL) 組織は、学術的知識の共有および試薬コストの分担に焦点を当てた共同ネットワークとして構想されました4。GOALコンソーシアムの重要な取り組みの一つに、臨床研究のレビューおよび報告における不可欠な構成要素に関するトレーニングセッションがあります。これらは実践的な指導セッションとして開発されており、ゲノム医療における基本的および高度な機能を実演するための integrative genomics viewer (IGV) に関するインタラクティブなワークショップが含まれています。
IGVは、ほとんどのNGSデータが膨大で、グラフィカルユーザーインターフェースなしでは扱いづらいことを考慮し、ユーザーがNGSデータやその他の大規模データセットを容易に確認できるように設計されたデータ可視化ツールです5。IGVは当初から臨床的バリアント解析用に設計されたわけではありません。しかし、バイオインフォマティクスの経験レベルにかかわらず、あらゆる分子生物学の専門家にとって使いやすいため、複雑なデータレビューワークフローの一部として多くの研究室で広く採用されています6。本研究は、ゲノム解析に携わる研究室専門家のより広いコミュニティにこの情報を普及させるためのメカニズムとして構成されました。
臨床ワークフローの一部としてIGVを使用する臨床上の必要性には、シーケンシングエラーの検出、ゲノムバリアントコールの複雑性の処理、および適切なデータ解釈において追加の視覚化が有用となるその他の再発性変異への対応が含まれる。7IGVの使用には、NGS研究に由来する標準的なバイオインフォマティクスファイルが必要です。8IGVソフトウェアのコア機能により、シーケンシングデータの可視化が可能になります。臨床的なバリアント解釈を行うには、一連の設定とオプションを構成する必要があります(付随ファイル 1).
ショートリードシーケンシングのワークフローは、FASTQ、バイナリアライメントマップ(BAM)、およびバリアントコールフォーマット(VCF)というファイル規格によって特徴づけられます。NGSは、数百万本のショートリードを並行して生成することで、高いスループットを実現しています。この戦略によりデータ生成は大幅に加速されますが、各リードは元のDNAまたはRNAの断片にすぎません。各リードは、アダプター配列によってNGSフローセルの特定の位置に固定されます。光学処理から得られた配列情報とベースクオリティ情報は、FASTQファイルに記録されます。これらの生リードは、塩基配列とそのベースごとのクオリティスコアで構成されています。したがって、生リードを処理する初期段階として、各リードをリファレンスゲノムにアライメントします8。各リードにアライメント確率が最も高いリファレンスゲノム上の特定の位置が割り当てられるため、同一の位置に対応するリードが各遺伝子座に"積み重なり(pile up)"、そのようなデータはシーケンスアライメントマッピング(SAM)仕様(https://samtools.github.io/hts-specs/SAMv1.pdf で入手可能。最終確認日:2025年9月30日)に従ってBAMファイルに保存されます(図1A)。この情報は、IGVなどのゲノムブラウザで視覚的に確認できます。図1Bに示すように、リード同士、またはリードとリファレンス配列自体を比較することで、塩基配列間の差異や不一致を特定できます。ゲノム全体におけるこれら"バリアント"部位のみの要約がVCFファイルにまとめられます。そのため、VCFファイルはBAMファイルよりもサイズが大幅に小さくなりますが、バリアントレビューに必要な有用な情報の多くを保持しています。以上の理由から、VCFファイルは通常、バリアントコールパイプラインの最終出力となります(図1C)。つまり、FASTQファイルには生リードとクオリティデータが含まれ、BAMファイルはそれらのリードがどの程度の信頼性でゲノムにマッピングされているかを示し、VCFはリファレンス配列とサンプル配列の間の差異を表現しており、潜在的なレポート作成に向けたレビューにおいて、より扱いやすい分量のデータを提供します。
本研究における6つの臨床事例では、分子診断検査室における体細胞変異検出に関連する一般的な解析シナリオと、基礎データの正確な理解および解釈を困難にする問題について示しています。全体として、これらの事例は、より高度な解釈シナリオを例示し、IGVの高度な機能を活用することで、包括的なゲノム特徴をより適切に記述できることを示すために選定されました。本研究では体細胞変異の解釈に焦点を当てていますが、これらの機能は生殖細胞系列変異の可視化および解釈におけるIGVの利用にも適用可能です6。なお、本記事で使用される用語はシーケンシング・バイ・シンセシス(合成によるシーケンシング)化学に基づいており、適宜、他のプラットフォームにおける類似の用語や概念を併記しています。
各臨床ビネットは、非常に簡潔な臨床的背景から始まり、続いてバリアント(変異)の調査方法および、存在するバリアントのうちどれが真正で、どれがアーティファクトであるかという疑問を解決するための手順が説明されています。シーケンシングデータの詳細とともに、この臨床的背景が疑問への回答において重要となります。
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ここに提示されたデータは、シミュレーションデータと実際の患者のNGSデータの混合です。ただし、すべての患者データは、ラベルの除去と単一ロカスリードの抽出を組み合わせることで匿名化されています。本プロトコルは、すべての著者の所属機関における人間研究倫理委員会の適用ガイドラインに従っています。
1. Integrative Genomics Viewer (IGV) の最新版のダウンロード
注:IGVは、ヒトゲノムを含むさまざまなゲノムを視覚化するための無料ダウンロードプログラムです(https://igv.org/doc/desktop/#DownloadPage/)。IGVは定期的に更新されており、最新バージョンの転写産物、フィーチャー、トラックが追加されます。通常、リストの最上部に最新バージョンが表示されます。
2. 臨床ビネットの理解と必要ファイルのダウンロード
3. カバレッジトラックの設定
注:IGVのメインウィンドウには"カバレッジトラック"が含まれています。特定の状況下では、特定の癌変異を含むリードがごくわずかであっても、臨床的に重要な意味を持つ場合があります。そのため、解析対象となるゲノム領域において非常に高いリード深度を達成することが極めて重要です。ある変異を含むリードがわずか2%である場合、その変異を確実に判定するには数百から数千のリード深度が必要になることがあります。これが"ディープシーケンシング"という用語の由来です。
4. ソフトクリップリードの設定
注意:この設定は、遺伝子再編、コピー数変化、または挿入・欠失の複合イベントなどの大きな構造変異を検出するために非常に有用です。ソフトクリップされたリードが、標準的なバリアントコール法では見落とされる可能性のある構造変異の存在をどのように裏付けるかは、EGFR増幅および欠失に焦点を当てた高度なビネットなどで実証されています。
5. 臨床事例
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なお、本研究は臨床報告におけるIGVを用いたバリアントレビューの詳細な検討に焦点を当てています。最終的な臨床報告は、各検査機関が検証済みのパイプライン、品質基準、および報告方針に従って行う必要があります。この重要なトピックに関する完全な議論は本研究の範囲を超えていますが、米国医学遺伝学・ゲノミクス専門医認定委員会(ACMG)および分子病理学会(AMP)によって推奨される標準およびガイドライン7がまとめられており、臨床検査室で日常的に導入されています。
臨床事例 #1 の解釈:
高いVAF(変異アレル頻度)、均衡のとれたストランド分布、および既知の発生率を考慮すると、 KRAS c.34G>T (肺癌における(p.G12C)図2A)、ケースAにおける変異は標的治療につながる可能性があり、そのため臨床的に報告することが極めて重要である...
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臨床報告のための正確なバリアントレビューは、複雑なバイオインフォマティクスアルゴリズムと、IGVを用いた複雑なバリアントの視覚的レビューの統合に依存している。5,6本研究は、IGVにおいて単純および複雑なゲノム変異を可視化するための推奨設定を簡潔なリソースとしてまとめることを目的として設計されました。補足ファイル 1)。本研究では、一般的な体細胞変異と、それらをIGVで確認する方法に焦点を当てる。
本プロトコルでは、まず単純置換変異(図2A)と複雑置換変異(図2C)の評価から始め、同定された所見が実際のものであるか、あるいはアーチファクトであるかの判定に特に重点を置きます。次に、単純挿入(図3)および単純欠失(図4...
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全著者は、利益相反がないことを開示します。
IGVソフトウェアのすべての開発者、および現在IGVの開発を支援しているNIHグラント U24CA258406に深く感謝いたします。本研究の開発にあたって、外部からの資金提供は受けておりません。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| BLAT | BLAT Search Genome | https://genome.ucsc.edu/cgi-bin/hgBlat | スタンドアロンのBLATウェブページ。BLAT APIはIGV内で利用可能であり、追加のインストールは不要です |
| CNVKit | GitHub | https://github.com/etal/cnvkit | CNVKitを無料でダウンロード可能な公開GitHubリポジトリ。CNVKitのダウンロードおよび実行手順もこちらで確認できます |
| ビネット #5 用の比較セグメントファイル #1 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/c1.seg | コピー数ファイル |
| ビネット #5 用の比較セグメントファイル #2 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/c2.seg | コピー数ファイル |
| ビネット #5 用の比較セグメントファイル #3 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/c4.seg | コピー数ファイル |
| ビネット #5 用の比較セグメントファイル #4 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/c5.seg | コピー数ファイル |
| ビネット #5 用の比較セグメントファイル #5 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/c6.seg | コピー数ファイル |
| ビネット #5 用の比較セグメントファイル #6 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/c7.seg | コピー数ファイル |
| ビネット #5 用の比較セグメントファイル #7 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/c8.seg | コピー数ファイル |
| ビネット #5 用の比較セグメントファイル #8 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/c9.seg | コピー数ファイル |
| ビネット #5 用の比較セグメントファイル | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/c3.seg | コピー数ファイル |
| ヒトゲノム配列 | ヒトゲノム配列 | https://hgdownload.soe.ucsc.edu/goldenPath/hg38/bigZips/latest/hg38.fa.gz | Hg38ヒトゲノムビルドを含むダウンロード可能なfastaファイル。 これはIGV内で利用可能であり、追加のダウンロードは不要です |
| ヒトゲノム配列 | ヒトゲノム配列 | https://hgdownload.soe.ucsc.edu/goldenPath/hg19/bigZips/latest/hg19.fa.gz | Hg19ヒトゲノムビルドを含むダウンロード可能なfastaファイル。これはIGV内で利用可能であり、追加のダウンロードは不要です |
| IGVソフトウェアバンドル | IGVソフトウェア | https://data.broadinstitute.org/igv/projects/downloads/2.19/IGV_Win_2.19.7-WithJava-installer.exe | Java (JDK 21) 搭載の IGV ソフトウェアバージョン 2.19.7。無料でダウンロード可能です。提示されているリンクはWindows用ですが、LinuxおよびMac用リンクも利用可能です |
| ビネット #5 ケース用セグメントファイル | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/proband.seg | コピー数ファイル |
| チュートリアルGitHubリポジトリ | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/tree/main | 6つのビネットを再現するために必要なすべてのファイルを含む公開GitHubリポジトリ |
| ビネット #1 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/KRAS.xml | セッションファイル |
| ビネット #1 ケース A bai インデックス | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/kras2A_fixed_backbone_ 2A_new_final_sorted.bam.bai | アライメントファイル |
| ビネット #1 ケース A bam アライメントファイル | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/kras2A_fixed_backbone_ 2A_new_final_sorted.bam | アライメントファイル |
| ビネット #1 ケース B bai インデックス | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/kras2B_fixed_backbone_ 2B_new_final_sorted.bam.bai | アライメントファイル |
| ビネット #1 ケース B bam アライメントファイル | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/kras2B_fixed_backbone_ 2B_new_final_sorted.bam | アライメントファイル |
| ビネット #2 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/BRAF.xml | セッションファイル |
| ビネット #2 bai インデックス | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/fig2C_braf_v600k_2bp_ backbone_2CD_new_final_sorted.bam.bai | アライメントファイル |
| ビネット #2 bam アライメントファイル | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/fig2C_braf_v600k_2bp_ backbone_2CD_new_final_sorted.bam | アライメントファイル |
| ビネット #3 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/KIT.xml | セッションファイル |
| ビネット #3 bai インデックスファイル | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/KITdupmod2.bai | アライメントファイル |
| ビネット #3 bam アライメントファイル | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/KITdupmod2.bam | アライメントファイル |
| ビネット #4 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/EGFR.xml | セッションファイル |
| ビネット #4 アライメントファイル | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/EGFRE746_A750delmod.bam | アライメントファイル |
| ビネット #4 bai インデックス | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/EGFRE746_A750delmod.bai | アライメントファイル |
| ビネット #5 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/copynumber.xml | セッションファイル |
| ビネット #6 | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/egfr_vIII.xml | セッションファイル |
| ビネット #6 bai インデックス | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/proband.bai | アライメントファイル |
| ビネット #6 bam アライメントファイル | GitHub | https://github.com/Eitan177/Demo_IGV/blob/main/proband.bam | アライメントファイル |
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