トランスクリプトーム解析（RNA-seq）

産業医科大学第1内科学講座
　久保 智史

そもそもRNA-seqって何？

一般にRNA-seqとは、組織や細胞集団をまとめて調べるバルクRNA-seq（Bulk RNA-seq）を指します。RNA-seqを1細胞あたりに行うsingle cell RNA-seqは本手法の応用ですが別項で扱います。RNA-seqは一言で言えば、組織や細胞集団のRNAの発現量を網羅的に検索する手法で、おおよそ20000個の分子の発現量を見ることになります。
当然のことながら、生体内で重要な機能を持つのはタンパク質であり、タンパク質はRNAから翻訳されて作られます。そのため、一般にRNA量はタンパク量と相関しています。直接タンパク質を網羅的に測定できれば良いのですが、現在の技術ではタンパク質の網羅的測定（プロテオーム解析）よりも、RNAを網羅的に測定する方が精度、価格、再現性の面で優れているためRNA-seqが世界中で汎用されています。

リウマチ学で使われるRNA-seq

リウマチ学では、末梢血の単核球層（PBMC）や滑膜組織などのRNA-seqが行われています。これらの検体からRNAを取り出し、次世代シーケンサーで配列を読み取ります。例えば「関節リウマチ患者の滑膜」と「変形性関節症患者の滑膜」で遺伝子発現がどのように変化しているかを比較し、病態による大きな方向性の違いを捉えることに適しています。
最近の報告でRNA-seqが好まれるのは2点あります。まず、バイアス（先入観）がない結果が得られることが最も大きな利点です。例えば関節リウマチの研究で、TNFやIL-6だけを測る実験のように「この分子が怪しい」と決め打ちせず、すべての遺伝子を網羅的に解析します。そのため、研究者も予想していなかったようなバイアスのない新しい発見につながる可能性があります。また、網羅的に解析できるため、単一の分子だけではなく、炎症が起きている滑膜組織でどのような経路が活性化しているか、という全体像が分かります。

RNA-seqの結果の見方について

論文でRNA-seqの結果はいくつかの図で示されますが、特に汎用されているのはヒートマップとボルケーノプロットです。ヒートマップ（右図）は発現が高い分子を赤色、発現が低い分子を青色などで示し、色の濃淡で全体像を見る図です。統計的に発現パターンが似ている検体や遺伝子が隣り合うように並べ替えられる（クラスタリング）ため、直感的にグループごとの違いを理解しやすいです。
ボルケーノプロット（下図）は2つのグループ（例えばリウマチ患者と健常人）を比較して、変動した遺伝子を見つける図です。X軸は変化の大きさを示しており、真ん中が変化無し、右に行くほど発現が増加、左に行くほど減少していることを示します。一方で、Y軸はp値の-logを取った値で、統計学な確からしさを示しています。上に行くほど有意差がついていることを意味しています。つまり、簡単にいえば右上（大きく有意に上昇）と左上にある分子（大きく有意に低下）が両群で大きく異なり、かつ再現性が高そうな重要な分子、ということになります。

まとめ

RNA-seqは、組織や細胞における約20,000個の遺伝子発現を網羅的に捉えることで、バイアスのない新しい発見を可能にするツールです。現在のリウマチ学研究におけるスタンダードな手法として確立しています。