全ゲノムシーケンシング

全ゲノムシーケンシング（WGS）は、特定の遺伝子や領域を標的とするのではなく、生物のゲノムのほぼ完全なヌクレオチド配列を単一のアッセイで決定します。コードDNAと非コードDNAの両方を読み取ることで、最も包括的な一次ゲノムデータセットを提供し、アセンブリ、バリアントコール、および下流のゲノム解析の入力として機能します。

Definition

全ゲノムシーケンシングは、生物のゲノム全体にわたるほぼすべてのヌクレオチドの順序を決定するための実験室的および計算的プロセスであり、通常はDNAを断片化し、冗長なカバレッジで断片を読み取り、それらを再構築またはアラインメントして完全な配列を回復することによって行われます。

Scope

この項目では、WGSが何を測定するのか、ゲノムを断片化して高カバレッジで読み取るショットガン戦略、全エクソームシーケンシングのような標的アプローチとの対比、および感度を決定する上でのシーケンシング深度の役割について説明します。これは方法論的なトピックであり、臨床的または検査に関する推奨事項を提供するものではありません。

Core questions

• 全ゲノムシーケンシングは、標的シーケンシングが捕捉しない何を捕捉しますか？
• ショットガン戦略は、多くの短い断片からどのようにして全ゲノムを再構築しますか？
• シーケンシング深度は、検出できるバリアントにどのように影響しますか？

Key concepts

• ショットガンシーケンシング
• シーケンシング深度とカバレッジ
• 全ゲノムシーケンシングと全エクソームシーケンシング
• コード領域と非コード領域
• 可逆的ターミネーター化学
• バリアントコール入力

Mechanisms

WGSでは、ゲノムDNAが断片化され、各位置が複数の独立したリードによってカバーされるように何度も読み取られます。この冗長性（深度）により、塩基コールを相互チェックし、バリアントの検出をサポートできます。Venterらがヒトスケールで実証した全ゲノムショットガンアプローチは、ゲノムをランダムな断片に分解し、それらをシーケンスし、計算的に再構築します。その後、可逆的ターミネーター化学が、はるかに低コストでヒトゲノム全体の正確な超並列読み取りを可能にしました。WGSは非コードDNAとコードDNAの両方を読み取るため、標的アッセイでは見逃される調節的および構造的バリアントを捕捉します。

Clinical relevance

全ゲノムシーケンシングは、個人の完全な遺伝子構成を特徴づけるために、研究および臨床ゲノミクスにおいてますます使用されており、コード領域および非コード領域にわたるバリアントの発見をサポートしています。この項目は、この方法とそのデータ特性を説明するものであり、特定の検査や臨床的行動を推奨するものではありません。

Evidence & guidelines

基礎となるエビデンスは、一連の画期的な一次研究です。2001年に発表された2つのヒトゲノム配列（Venterら；International Human Genome Sequencing Consortium）と、Bentleyら（2008）による正確な超並列全ゲノムシーケンシングの実証です。Simsら（2014）のような方法論的レビューは、深度とカバレッジが分析感度をどのように形成するかを文書化しています。

History

ヒトスケールでの全ゲノムシーケンシングは、2001年に2つの並行した取り組みによって初めて達成されました。1つは階層的クローンベースシーケンシングを使用し、もう1つは全ゲノムショットガンアセンブリを使用しました。2008年の可逆的ターミネーター化学を用いた正確なシーケンシングの実証により、集団規模のWGSが実現可能となり、この方法が成熟するにつれて、深度とカバレッジが中心的な設計パラメータとなりました。

Key figures

• J. Craig Venter
• Eric Lander
• David Bentley

Seminal works

• venter-2001
• ihgsc-2001-wgs
• bentley-2008

Frequently asked questions

全ゲノムシーケンシングは全エクソームシーケンシングとどう異なりますか？

全ゲノムシーケンシングは、非コード領域や調節領域を含むゲノム全体をほぼ読み取りますが、全エクソームシーケンシングは、ゲノムのごく一部であるタンパク質コード部分（エクソーム）のみを標的とします。

全ゲノムシーケンシングにおいてシーケンシング深度が重要なのはなぜですか？

深度（各位置をカバーするリードの数）は、塩基コールやバリアントをどれだけ確信を持って行えるかを決定します。深度が高いほど、特に低頻度またはヘテロ接合性のバリアントを検出する際の感度と精度が向上します。