この記事の筆者：仲田洋美（医師）
発達障害・自閉症・知的障害染色体シーケンス解析
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発達障害・自閉症・知的障害染色体シーケンス解析とは
次世代シーケンシング（NGS）の出現は、臨床遺伝子検査に革命をもたらしました。 NGS技術の進歩により、臨床遺伝学は単一遺伝子解析から多遺伝子パネル、エクソームシーケンス、さらには全ゲノムシーケンスへと発展しました。 NGSは、これまでに達成されたことのない解像度でコピー数およびシーケンスバリアントの特性解析を可能にし、その結果、診断を受ける患者数が大幅に増加しました。 発達遅延や知的障害を持つ子供の評価におけるエクソーム解析の使用により、49%という高い診断率が示されています（1）。 しかし、現時点では第一選択の検査法として推奨されているわけではありません。むしろ、米国遺伝医学アカデミー（American College of Medical Genetics）（2）や米国小児科学会（American Association of Pediatrics）（3）が発行する専門ガイドラインでは、知的障害などの表現型を示すものの、特定の原因を示唆するものではない小児患者に対する遺伝子検査の第一段階として、ゲノムワイドコピー数バリアント解析（CNV）やFMR1リピートエクステンション解析が推奨されています。
そこで、NGSの能力を活用し、知的障害を持つ子供の評価に時間とコスト効率の高いオプションを提供する統合遺伝子検査が開発されました。 染色体シーケンス解析（CSA）は、NGSデータを使用するIntegrated Reflex System（統合反射システム）であり、最先端の検査に関する専門ガイドラインを満たし、マルチ遺伝子パネルやエクソーム解析へのシームレスな移行を実現します。
【用語】
- 1. 次世代シーケンシング（NGS: Next-Generation Sequencing）
- DNAやRNAの塩基配列を一度に大量に解析する最新の遺伝子解析技術です。従来の方法に比べて高速かつ低コストで、大量の遺伝情報を短時間で読み取ることができます。
大量解析: 一度に数百万〜数十億のDNA断片を同時に解析
幅広い用途: 遺伝子変異の検出、がんや遺伝疾患の診断、個別化医療、ゲノム研究など
応用例: 出生前診断（NIPT）、がん遺伝子検査、感染症の原因解明
簡単に言うと、「本のページを1枚ずつ読む」のではなく、「何百冊もの本を一気にスキャンして内容を解析する」技術です。 - 2. 単一遺伝子解析
- 特定の遺伝子を対象にその配列を詳しく調べる遺伝子検査です。疾患の原因となる遺伝子変異（突然変異）を見つけるために行われ、主に遺伝性疾患の診断や家族性疾患のリスク評価に用いられます。一般的な方法にはSangerシーケンシングや次世代シーケンシング（NGS）があり、精度が高く、1つの遺伝子に特化して詳細な情報を提供します。例として、筋ジストロフィー、嚢胞性線維症、遺伝性がんなどの診断に広く使われています。迅速で比較的コストが抑えられる点が特徴です。
- 3. 多遺伝子パネル（Multi-Gene Panel）
- 複数の遺伝子を同時に解析する遺伝子検査です。特定の疾患や症状に関連する遺伝子群を一度に調べ、病気のリスクや診断、治療方針の決定に役立ちます。次世代シーケンシング（NGS）を用いることで、効率的かつ経済的に多くの遺伝子を網羅的に解析可能です。がんのリスク評価、遺伝性疾患の診断、不明な病態の解明に広く応用されています。検査結果の解釈には専門的な知識が必要で、結果に応じた適切な医療支援が重要です。
- 4. エクソームシーケンス（Exome Sequencing）
- DNAのうちタンパク質を作る遺伝子の部分（エクソン）の配列を解析する技術です。ヒト全ゲノムの約1〜2％に相当するエクソン領域に集中し、遺伝性疾患やがんなどの原因となる遺伝子変異を効率的に見つけることができます。次世代シーケンシング（NGS）技術を使用し、数千の遺伝子を一度に解析できるため、疾患の診断精度が高まります。全ゲノム解析よりコストが低く、医療や研究分野で広く用いられていますが、非エクソン領域の変異は検出できません。
- 5. 全ゲノムシーケンス（Whole Genome Sequencing, WGS）
- DNAのすべての塩基配列（約30億塩基対）を網羅的に解析する技術です。エクソン（タンパク質をコードする部分）だけでなく、イントロンや調節領域などの非コード領域も含め、ゲノム全体を対象とします。遺伝性疾患の診断、がんのゲノム解析、新しい遺伝子変異の発見などに利用されます。次世代シーケンシング（NGS）技術を用いて行われ、変異や構造異常の検出に優れていますが、コストやデータ解析の複雑さが課題です。
- 6. ゲノムワイドコピー数バリアント解析（Genome-Wide Copy Number Variant Analysis, CNV解析）
- DNAのコピー数変化（欠失や重複）を全ゲノムレベルで検出する解析手法です。染色体全体を対象にし、疾患関連遺伝子や構造異常を見つけるため、遺伝性疾患、発達障害、がんの診断に広く使われます。主な手法には、マイクロアレイ（CGHアレイ）や次世代シーケンシング（NGS）があり、染色体異常の程度や位置を特定可能です。精密な解析が可能ですが、点突然変異は検出できないため、他の手法と併用することが多いです。
- 7. FMR1リピートエクステンション解析（FMR1 Repeat Expansion Analysis）
- X染色体上のFMR1遺伝子内のCGGリピート配列の数を測定する検査です。この遺伝子の異常なリピート数の増加は、脆弱X症候群（Fragile X Syndrome）の原因となります。通常、リピート数が55回以下なら正常ですが、55〜200回は前変異、200回以上は完全変異とされ、知的障害や発達遅延などの症状を引き起こします。主な解析手法はPCRとサザンブロット法で、遺伝性疾患の診断、家族内の保因者スクリーニングに広く用いられています。
- 8. Integrated Reflex System（統合反射システム）
- 遺伝子検査や診断検査において、特定の検査結果に応じて自動的に追加検査が行われる検査プロセスのことです。
仕組み:
最初に行う基礎検査の結果に基づき、異常が見つかった場合には、詳細な解析や追加の専門検査が自動的に行われます。
例として、遺伝子検査で異常な変異が検出された場合、その変異の詳しい解析や関連遺伝子の調査が進められます。
主な利点:
効率化: 必要な検査を自動的に進めるため、手動で検査を追加する必要がありません。
迅速な診断: 検査プロセスがスムーズに進行し、結果が早く得られます。
精度の向上: 多段階の検査でより正確な診断が可能です。
分子診断学の新たなパラダイム
染色体シーケンス解析は、知的障害を持つ患者を対象に包括的な検査オプションを提供しています。 これまでCNV解析の標準的な手法であった染色体マイクロアレイ解析（CMA）に対し、染色体シーケンス解析は、より優れた解像度（デフォルトでは1遺伝子以上、臨床記録が提供された場合は2エクソンまで）でCNVを検出できるプラットフォームを提供しています。さらに、染色体シーケンス解析はFMR1リピート拡張解析（知的障害を持つ患者の検査で推奨される第一選択検査）を組み込んでおり、単一遺伝子、多遺伝子パネル、エクソームのいずれかにリフレックスする機能も備えているため、診断率が大幅に向上します。
米国医遺伝学会や米国小児科学会などの専門学会は、知的障害児の遺伝学的評価の最初に、コピー数多型やFMR1拡大の解析を推奨している。 染色体シーケンス解析は、これら2つの検査を1つの検査に統合し、多遺伝子パネルまたは全エクソーム解析へのリフレクションを可能にすることで、より時間と費用対効果の高い選択肢を提供します。
以下の参考文献に基づく平均的な理論診断率： FMR1リピート拡大については1～5% [2, 4]、古典的細胞遺伝学では最大3% [2, 5]、マイクロアレイプラットフォームでは10～20% [2, 4, 6]、単一遺伝子または標的マルチ遺伝子パネルでは6～10% [4]、エクソーム全体では24～49% [1, 4]です。但し。マイクロアレイの診断率は使用するプラットフォームによって異なります。
【用語】
- Large CNVs（ラージ コピー数変異）（大きなコピー数バリアント）
- DNAの一部が大きく欠けたり（欠失）、増えたり（重複）する遺伝的な異常です。通常、DNA配列の50kb（キロ塩基対）以上の変化がLarge CNVとされます。
●Large CNVsの特徴
大きさ: 数万から数百万塩基対（kb〜Mb）の規模の変化です。
影響: DNAの量が異常になることで、体の成長や機能に影響を与える可能性があります。
関連疾患: 発達障害、知的障害、先天性疾患、がんなどの病気が関係する場合があります。
●検出方法
マイクロアレイ（CGHアレイ）: 染色体全体の欠失や重複を調べる方法です。
次世代シーケンシング（NGS）: 精密な解析により、変異の位置とサイズを特定できます。
FISH法: 特定の遺伝子領域を対象とした検査です。
●代表的な疾患例
ダウン症候群: 21番染色体が余分に1本あることで発症します。
ディジョージ症候群: 22q11.2領域の欠失が原因です。
ウィリアムズ症候群: 7q11.23領域の欠失によって起こります。
Large CNVsは、体の成長や健康に大きな影響を与えるため、遺伝性疾患やがんの診断に欠かせない検査対象です。早期の検査と診断は、適切な治療や支援につながります。 - 脆弱X症候群（Fragile X Syndrome）
- X染色体上のFMR1遺伝子の異常によって起こる遺伝性疾患です。FMR1遺伝子内のCGGリピート配列が異常に増加（200回以上）すると、遺伝子の機能が停止し、知的障害、発達遅延、行動問題（自閉症様の特徴）などが現れます。通常、CGGリピートは55回以下ですが、55〜200回は前変異とされ、将来の発症リスクが高くなります。症状の重さはリピート数や性別によって異なり、男性が重症化しやすい傾向があります。早期診断と介入が、発達支援や生活の質の向上に重要です。
- Single Nucleotide Variants (SNVs)
- DNA配列の1つの塩基が別の塩基に置き換わる変異です。一般的な遺伝的変異の一種で、病気の原因となる場合もあります。
- Small Insertions/Deletions (Indels)
- DNA配列に数塩基の挿入（Insertion）または欠失（Deletion）が発生する変異です。これにより、タンパク質の構造や機能が変わることがあります。
- Exon Level CNVs（エクソンレベルのコピー数変異）
- 遺伝子内のエクソン（タンパク質をコードするDNA配列）の欠失（失われる）または重複（増える）を指します。これにより、正常なタンパク質が作れなくなり、遺伝性疾患やがんなどの病気を引き起こす可能性があります。
エクソンレベルのCNVは、全体のゲノム変異に比べて小規模ですが、遺伝子の重要な機能に直接影響を与えるため、特に疾患の原因として注目されています。主な検出方法にはマイクロアレイや次世代シーケンシング（NGS）があり、精密な遺伝子診断や個別化医療に役立ちます。 - Large Areas of Homozygosity（大規模なホモ接合性領域）
- 染色体の特定の部分で、父親と母親から受け継いだDNA配列が同一である領域を指します。この状態は、近親婚や片親性ダイソミー（UPD）の結果として発生することがあります。
これらの領域は、劣性遺伝性疾患のリスクを高める可能性があり、がんのような体細胞変異とも関連します。主な検出法はマイクロアレイ解析や次世代シーケンシング（NGS）で、遺伝的リスク評価、出生前診断、遺伝性疾患の診断に役立ちます。ホモ接合性の広がりは、遺伝子多様性の減少を示す重要な指標です。
1. Kuperberg, M., et al., Utility of Whole Exome Sequencing for Genetic Diagnosis of Previously Undiagnosed Pediatric Neurology Patients. Journal of child neurology, 2016. 31(14): p. 1534-1539. 2. Schaefer, G.B., et al., Clinical genetics evaluation in identifying the etiology of autism spectrum disorders: 2013 guideline revisions. Genetics in Medicine, 2013. 15(5): p. 399-407. 3. Moeschler, J.B. and M. Shevell, Comprehensive evaluation of the child with intellectual disability or global developmental delays. Pediatrics, 2014. 134(3): p. e903-e918. 4. Vissers, L.E., C. Gilissen, and J.A. Veltman, Genetic studies in intellectual disability and related disorders. Nat Rev Genet, 2016. 17(1): p. 9-18. 5. Van Karnebeek, C.D., et al., Diagnostic investigations in individuals with mental retardation: a systematic literature review of their usefulness. European journal of human genetics: EJHG, 2005. 13(1): p. 6.
Quick facts
• 染色体シーケンス解析は反射システムです。これは、多数のコピー数バリアント、エクソンレベルのコピー数バリアント、FMR1の拡大、ホモ接合領域、および表現型関連遺伝子の配列解析を含みます。
• 検査結果が出るまでの時間：
- CNV（コピー数バリアント）解析 + FMR1リピート拡大
- 2～4週間
- CNV解析 + FMR1リピート拡大 + 多遺伝子パネル
- 3～5週間
- CNV解析 + FMR1リピート拡大 + エクソーム解析
- 5～7週間
• コピー数バリアントの感度：1遺伝子以上、詳細な臨床記録が提供される場合は2エクソン以上
• qPCRまたはMLPAによる確認検査
• UPD/ホモ接合領域：5 Mbの解像度
• 常染色体劣性遺伝子における欠失または重複の特定により、追加料金なしで、もう一方の対立遺伝子の配列分析が実施されます。
診断率を高めるために
●希少疾患の診断課題
米国では、希少疾患の患者が正式な診断を受けるまでに平均8年もの歳月を要します。この長い「診断の旅」の間、患者とその家族は複数の専門医を訪ね歩き、時には侵襲的な検査を受けなければならないこともあります。
このような長期にわたる不確実な状況は、正しい診断への道を遠ざけ、貴重な時間とリソースを浪費します。これは年齢に関係なく非常に困難な経験ですが、特に医師が診断も治療もできない病気で苦しむ子供たちを見るのは胸が痛みます。
現実として、希少疾患に苦しむ患者の約半数は子供であり、その数は米国だけで約1500万人にのぼります。
●希少疾患の診断と遺伝子検査の進化
希少疾患の診断は、必ずしも治療法の提供を意味するわけではありませんが、治療、緩和ケア、または支援につながる重要な一歩です。この情報が得られることで、患者と家族は安心感を得られ、将来的な家族計画の選択肢も広がります。
近年、技術と医療の進歩により、遺伝学の専門家が希少疾患の原因を特定できる機会が増えました。これにより、知的障害、先天性異常、遺伝性症候群の評価に役立つ包括的な遺伝子検査の選択肢が拡大しています。最新の染色体シーケンス解析は、複数の検査を1つのパッケージに統合し、診断の精度と臨床効率を大幅に向上させます。
●遺伝子検査の標準プロセスと課題
希少疾患の80％は遺伝性であるとされています。小児の遺伝性疾患を評価する最初のステップとして、一般的に染色体マイクロアレイ（CMA）が使用されます。CMAはDNA配列の欠失や重複を検出しますが、診断率は約12％にとどまります。残る88％の患者では、次に行うべき検査の選択が難しく、段階的な診断プロセスが課題となります。
●包括的な染色体シーケンス解析の利点
新しい染色体シーケンス解析（CSA）では、以下のようなさまざまな遺伝的異常を一度の検査で検出できます。
大きなコピー数バリアント
片親性ダイソミー（UPD）
エクソンレベルの欠失および重複
脆弱X症候群などの反復配列の拡大
シーケンスバリアント
この包括的なアプローチにより、診断率は約40％に向上し、従来のCMAと比較して3倍以上の成果が得られます。最近の研究では、シーケンス分析による診断の可能性がCMAの8倍にのぼることが確認されています。
●診断精度の向上とカスタマイズ対応
シーケンス解析では、患者の症状に関連するすべての可能性を考慮し、広範な遺伝子リストを網羅的に調査します。検査結果は専門の科学者チームによって慎重に評価され、患者一人ひとりに応じたカスタマイズされたレポートが作成されます。
診断プロセスの効率化と正確な結果の提供を目指し、常に改善を重ねています。1回の検査で幅広い結果を得られる統合的な遺伝子検査が、患者とその家族の未来を切り開く一助となるよう努めています。
検査費用
495,000（税込）
遺伝カウンセリング料金はおひとり様別途16,500円（税込）。検査を受けなくても遺伝カウンセリング料金は診察料ですのでお支払いください。
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