Coregulated遺伝子の潜在的な規制モチーフを特定するためにスコープの使用

本実験の全体的な目的は、共調節遺伝子のセットにおける潜在的な調節シグナルを特定し、機能的にこのセットに属する可能性のある他の遺伝子を特定することです。これは、候補遺伝子または配列のリストをscopeアルゴリズムに投入することで達成されます。第二のステップとして、解析結果を検討し、スコアの高いモチーフを特定します。

1つまたは複数のモチーフを選択し、さらに詳細な調査を行います。次に、特定のモチーフに対してscopeで同定された追加遺伝子を元の遺伝子セットに組み合わせ、再度scopeに投入してさらなる解析を行います。これにより、拡大した新しい遺伝子セットにおけるモチーフパターンを示す解析結果が得られます。これらのパターンは、元のモチーフ同定を裏付けるとともに、scopeに投入した元の遺伝子との共調節について、さらなる生物学的調査を検討すべき追加遺伝子を示唆する役割を果たします。

このアプローチの主な利点は、他のモチーフ検索ツールとは異なり、scopeが、特定の種類のモチーフを見つけるために設計された複数の異なるアルゴリズムからなるアンサンブル手法を採用している点にあります。さらに、scopeでは、モチーフの長さや期待される出現回数など、事前に把握することが困難な情報の提供をユーザーに強いることはありません。ユーザーインターフェースは非常にシンプルであり、制御配列の検索に関する専門知識は一切不要です。

これにより、ユーザーは非常に簡単かつ明快な方法で解析を行うことができます。Scopeの出力は極めてグラフィカルであるため、結果が得られた際、パターンを見つけ出し、関心のあるモチーフを特定することが非常に直感的に行えます。まず、共調節されている可能性のある遺伝子の名前のリストを準備してください。

Scopeで解析を行うには、リストをテキストファイルとして保存するか、後でScopeに貼り付けられるようにクリップボードにコピーしてください。ファイルには、追加の情報を含めず、1行につき1つの遺伝子名を記載する必要があります。ウェブブラウザを起動し、こちらのURLに接続してください。

解析の実行に必要な情報を入力します。種のポップアップメニューを使用して、解析対象となる種を選択してください。scopeは背景的な出現頻度を算出するためにゲノムを参照するため、正しい種を選択することが重要です。

任意の候補モチーフについて、上流配列の解析を行います。ラジオボタンを使用して、「遺伝子間（intergenic）」または「固定長（fixed length）」のいずれかを選択します。「遺伝子間」を選択した場合は、目的の遺伝子と前の遺伝子の間の全配列を解析し、「固定長」を選択した場合は、現在の遺伝子の開始点から上流に指定された塩基数分を正確に解析します。

次に、遺伝子リストのテキストボックスに遺伝子リストまたはFastq配列を貼り付けるか、「ファイルを選択」ボタンを押してファイルを選択し、解析対象の遺伝子セットをscopeに通知します。「結果に含める」セクションは、scopeの解析に含めるモチーフを入力するために使用でき、特定のモチーフを探索する場合に有用です。ページ上の最後のセクションでは、解析と共に保存されるメールアドレスとコメントを入力できます。

ここにスコープを入力した場合、結果が含まれるウェブページへのリンクを記載したメールが送信されます。スコープのパラメータについての説明が終わりましたので、サンプル検索ボタンを使用して、スコーププログラムの実行方法を実演します。このボタンを押すと、手動で実行する際に説明したすべての必要情報が自動的に入力されます。

3つの遺伝子が自動的に入力され、その他のフィールドには適切な選択肢が選択されます。これら3つの遺伝子は、croce visierにおける組換えを介したテロメア維持に関与しています。「extra genes」オプションにチェックを入れたままにすると、scopeがゲノム全体を探索し、このアップストリームモチーフを持つ他の遺伝子を特定します。これにより、元の遺伝子セットに追加された際にモチーフスコアが上昇します。

最後に、ページ下部のrun scopeボタンを押して解析を開始します。解析が完了すると、結果が画面に表示されます。ページ上部には、scopeを用いて検出されたモチーフに関する情報テーブルが表示されます。

最初の列には検出されたモチーフのリストが表示されており、小さな色付きの正方形は、以下に示すグラフィカルなモチーフマップの凡例として機能します。色付きのボックスをクリックすることで、任意のモチーフの表示をオンまたはオフに切り替えることができます。その他のデータ列には、全遺伝子セットにおけるそのモチーフの出現回数を示す count、そのモチーフのカバレッジの有意性を示す sig value、提出された遺伝子のうち少なくとも1つの当該モチーフを含む遺伝子の割合である coverage、およびモチーフの検出に使用された3つの scope コンポーネントアルゴリズムのいずれかを示す algorithm が含まれています。

リストされたモチーフのいずれかをクリックすると、そのモチーフの詳細情報を含むページに移動します。このページでは、モチーフが3つの形式（シーケンスロゴ、ポジションウェイト行列、およびすべてのモチーフ出現箇所とその位置、ストランド、遺伝子のリスト）で表示されます。

ページの下方には、このモチーフを含む他の遺伝子を探索した結果に関する詳細が記載されています。今回のケースでは、このモチーフを含む遺伝子が他に65個あり、それらを元のgene.Setに加えたところ、すべてにおいてSIG値が向上しました。「add check genes to search」を押すと、スコープ設定ページに戻ります。

これらの遺伝子を元の遺伝子セットに追加し、この例で以前に使用したパラメータセットを設定すると、元の3つの遺伝子に加えてさらに10個の遺伝子が追加されます。このモチーフに対する追加遺伝子のスコープ解析の結果をここに示します。元の3つの遺伝子は、結果の下部に表示されています。

これらの追加遺伝子のアップストリーム領域におけるモチーフのパターンを確認すると、それらが類似していることが明確に分かります。元のモチーフは、現在ここに示すセットの中で最もスコアの高いモチーフとなっており、これはリボソーム生物発生に関与する別の遺伝子セットを用いた追加解析の結果です。検討しているほとんどの遺伝子において、2つのモチーフからなるパターンがはっきりと見て取れます。

scopeのグラフィカルな出力により、ユーザーはこのようなパターンを非常に容易に識別できます。他の多くのモチーフ検索ツールとは異なり、scopeでは、モチーフの長さやプログラムが検索すべきモチーフの種類をユーザーが推測する必要はありません。エキスパートか初心者かに関わらず、scopeは同一のインターフェースを提供し、同様の結果を導き出します。

さらに、scopeは、初期の遺伝子セットと共に共調節されている可能性のある他の遺伝子を特定できるため、生物学的実験に向けた新たな着想を得ることができます。アンサンブルアプローチを採用しているため、通常、scopeは他のモチーフ検索ツールよりも正確に、かつ極めて有意義な結果を返すことができます。ただし、最終的な結果の解釈を行うのは、生命科学者であるあなた自身であることを忘れないでください。

コンピューターがどのような結果を出したとしても、その結果は生物学的な文脈において妥当である必要があります。