DNAコピー数計算ツール | ゲノム解析ツール

DNAコピー数計算機

DNAコピー数計算機は、DNA試料中に標的配列が何コピー存在するかを推定します。試料の濃度、体積、および標的配列がより長いDNA配列内に現れる頻度を用いて計算します。分子生物学の研究室では、より高価で高精度なアッセイを実施する前に、qPCR（定量的ポリメラーゼ連鎖反応）などの実験計画を立てるために、この種の推定を利用します。

DNAコピー数の意味

DNAコピー数とは、ゲノムまたは試料中に特定の配列が現れる回数です。典型的なヒト遺伝子は、両親から1コピーずつ受け継ぐため、2コピー存在します。この数は複数の要因によって変化します。

• 増幅：2コピーを超えること。一部の乳腺腫瘍では、がん細胞が増殖を促進する遺伝子、例えば HER2 を増幅することがあります。
• 欠失：2コピー未満になること。場合によっては0コピーになります。欠失は遺伝性疾患の原因となることがあります。
• 重複：1コピーまたは2コピーであるはずの場所に、余分なコピーが現れること。
• コピー数多型（CNV）：ヒトゲノムのかなりの割合にわたって見られる、個人間のコピー数の正常な違い。

DNAコピー数の計算式

この計算機は、次の式により、配列の出現回数と試料の質量をコピー数に変換します。

$\text{コピー数} = \frac{\text{出現回数} \times \text{濃度} \times \text{容積} \times N_A}{\text{DNA長} \times 660 \times 10^{9}}$

ここで、

• 出現回数 — 完全なDNA配列内に標的配列が何回現れるか。重複する一致もそれぞれ別個に数えます。
• 濃度 — DNAの濃度。単位はナノグラム毎マイクロリットル（ng/μL）で、通常は分光光度計または蛍光光度計で測定します。
• 体積 — 試料の体積。単位はマイクロリットル（μL）です。
• $N_A$ — アボガドロ定数。1モル当たり6.022 × 10²³分子です。DNAのモル数を分子数に変換します。
• DNA長 — 完全なDNA配列の長さ。単位は塩基対です。
• 660 — DNAの1塩基対の平均分子量。単位は1モル当たりのグラム（g/mol）です。塩基対とは、DNAの各鎖に由来する1個ずつのヌクレオチドが対になったものです。
• 10⁹ — ナノグラムをグラムに変換します。

この式ではまず、試料の質量をDNA分子のモル数に変換し、アボガドロ定数を掛けて試料中のDNA分子の総数を求め、次に各分子内で標的配列が現れる回数を掛けます。

このツールで使用できるのはA、T、C、Gの文字だけです。空白と改行は無視され、大文字と小文字は同じものとして扱われます。

DNAコピー数の計算方法：計算例

12塩基対のDNA配列ATCGATCGATCGについて、標的配列をATCG、濃度を10 ng/μL、体積を20 μLとします。

ステップ1：出現回数を数える。 ATCGATCGATCG内にはATCGが3回現れます（位置1、5、9）。

ステップ2：DNAの総質量を求める。 濃度 × 体積 = 10 × 20 = 200 ng。

ステップ3：モル数に変換する。 200 ng = 2 × 10⁻⁷ g。12塩基対 × 660 g/mol = 7,920 g/mol で割ります。結果は2.53 × 10⁻¹¹ molです。

ステップ4：分子数に変換する。 アボガドロ定数を掛けます：2.53 × 10⁻¹¹ mol × 6.022 × 10²³ 分子/mol ≈ 1.52 × 10¹³ DNA分子。

ステップ5：出現回数を掛ける。 3 × 1.52 × 10¹³ ≈ 4.56 × 10¹³、つまり約45,621,212,121,212コピーです。

20 μLの試料に10 ng/μLのDNAが含まれていても、短いDNA分子が数兆個含まれるため、この数は非常に大きく見えます。実際の試料では通常、より長い配列を使用するため、同じ質量でも分子数は少なくなります。

DNAコピー数解析の用途

がん診断。 病理検査室では、乳腺腫瘍組織中の HER2 のコピー数を調べます。正常細胞は2コピーを持ちます。増幅された腫瘍では6コピー以上になることがあり、これはトラスツズマブなどの分子標的薬の適応に影響します。

遺伝性疾患の検査。 ディジョージ症候群などの疾患では、染色体の一部が欠失しています。ダウン症候群では、染色体21が余分に1コピー存在します（21トリソミー）。コピー数を数えることで、これらの診断の確認に役立ちます。

導入遺伝子とプラスミドの定量。 研究者は、挿入した遺伝子が植物、動物、または細菌の細胞内に何コピー入ったかを調べます。複数コピーでは細胞による遺伝子サイレンシングが起こることがあるため、通常は1コピーが望まれます。

病原体とウイルス量のモニタリング。 コピー数の推定により、試料中に存在するウイルスまたは細菌のDNA量を追跡します。感染の監視や環境検査に利用されます。

コピー数を測定するその他の方法

この計算機は、配列と濃度のデータから迅速な推定値を示します。より高い精度が必要な研究室では、通常、次のいずれかの方法を使用します。

• 定量PCR（qPCR）：DNAをリアルタイムで増幅・測定します。良好な検量線があれば、およそ15–20%の精度です。
• デジタルPCR（dPCR）：試料を数千個の微小な反応に分割して直接数えるため、検量線を必要としません。
• 蛍光 in situ ハイブリダイゼーション（FISH）：細胞または染色体上の配列を、顕微鏡下で直接視覚的に数えます。多くのがん診断研究室で標準的な方法です。
• 次世代シーケンシング（NGS）：試料全体をシーケンスし、ゲノム全体のコピー数を一度に解析します。

よくある質問

DNAコピー数とは？ ゲノムまたは試料中に、特定のDNA配列が現れる回数です。ほとんどのヒト遺伝子は、両親それぞれに由来する1コピーずつ、計2コピー存在します。余分なコピーや欠けたコピーは、健康状態や疾患リスクに影響することがあります。

この計算機の精度はどの程度ですか？ 入力された値に基づく理論的な推定であり、実験室での測定値ではありません。精度は、濃度をどれだけ正確に測定したか、また標的配列がどれだけ特異的かによって異なります。公表用の結果には、デジタルPCRなどの方法のほうが高い精度を得られます。

この計算機はRNAにも使用できますか？ いいえ。RNAはチミンの代わりにウラシルを使用し、糖も異なるため、分子量がDNAとは異なります。RNAの平均分子量は、ヌクレオチド1個当たり約330 g/molであるのに対し、DNAの塩基対1個当たりでは約660 g/molです。DNA用の式をRNAのデータに使用すると、誤った結果になります。

重複する配列が複数回数えられるのはなぜですか？ この計算機は、標的配列が一致するすべての位置を数えます。一致部分の文字が共有されている場合も同様です。ATATATでは、配列ATAは位置1と位置3の2回一致します。これは各開始位置を個別に調べるためです。

どのDNA濃度範囲が最適ですか？ 10–100 ng/μLの濃度では、標準的な実験機器で最も信頼性の高い測定値が得られます。10 ng/μL未満では測定誤差が大きくなるため、標準的な分光光度計よりも蛍光光度計などの高感度な方法が推奨されます。

この計算機でプラスミドのコピー数を推定できますか？ はい。DNA配列としてプラスミド全長の配列を入力し、標的配列として挿入配列内の固有領域を入力します。測定したプラスミド濃度と試料の体積も入力してください。