Identification of the origins of inherited retinal diseases and clarification of genotype-phenotype correlations based on three major ethnic groups worldwide utilizing artificial intelligence.
| Project/Area Number |
22KJ2665
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| Project/Area Number (Other) |
21J21086 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 43050:Genome biology-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
藤波 優 慶應義塾大学, 医学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 遺伝性網膜疾患 / 人工知能 |
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| Outline of Research at the Start |
近年欧米で先行している遺伝性網膜疾患治療に対して、病的バリアントの起源・分散・民族性を同定するとともに、人工知能を活用した遺伝型表現型相関構築を通じて、各民族を対象とした病態解明をすすめる。本研究が、日本を含む非欧米地域における遺伝性網膜疾患への治療導入の足がかりとなることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、7大陸27カ国の多民族に渡る遺伝性網膜疾患コホートにおいて、病的バリアントの起源・分散・民族性を同定すると伴に、人工知能を活用した遺伝型表現型相関構築を通じて、各民族を対象とした病態解明を世界規模で推し進める事である。
機械学習により、臨床画像から疾患重症度診断、原因遺伝子予測を構築し、日本人コホートにおいて、罹患率の高い遺伝子に対して、遺伝型表現型関連解析（を実践する。構築されたapplication program interface(API)の精度は、Webブラウザを通して国際コホートにおいて検証され、本邦および諸外国での個別化医療の実践に役立てられる。
本研究で構築される、世界規模でのゲノムデータを活用しての、疾患理解の推進、人口知能を活用する事により可能となる民族基盤遺伝型表現型相関の構築は、治療法が確立されていない難病解決モデルとして、大きなインパクトが予想され近未来では、遠隔医療の現場等で、APIを用いた一時スクリーニングが実現する事で、医療の質向上、医療費の削減の両者に大きく寄与する事が期待される。
本研究はこれまでに、研究代表者が参画しているGlobal Inherited Retinal Disease Consortium (GIRDc)を活用し、症例リクルートが完了した。得られたデータの標準化が行われ、人工知能を用いた遺伝型相関の構築が実践され、これまでに対象として抽出された原因遺伝子群ごとに、重症度カテゴリーをアウトカムとして画像のデイープラーニングを行い、実践可能なAPI の作成が予定されている。本研究に関連してこれまでに論文15報、著書5報、学会発表17回、招待講演1回が行われている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は、7大陸27 カ国の多民族に渡る遺伝性網膜疾患コホーにおいて、病的バリアントの起源・分散・民族性を同定すると伴に、人工知能を活用した遺伝型表現型相関構築を通じて、各民族を対象とした病態解明を世界規模で推し進める事である。機械学習により、臨床画像から疾患重症度診断、原因遺伝子予測を構築し、日本人コホートにおいて、罹患率の高い、ABCA4、EYS、RP1L1遺伝子の高頻度病的バリアント に対して、遺伝型表現型関連解析（表現型vs 原因遺伝子、重症度 vs 病的バリアント、重症度 vs ハプロタイプクラスター）を実践する。構築されたapplication program interface(API)の精度は、Webブラウザを通して国際コホートにおいて検証され、本邦および諸外国での個別化医療の実践に役立てられる。
本研究では３年の研究計画の中で５段階を経て遂行される。
(1)データリソースの確保、(2) 臨床情報の標準化、(3) ハプロタイプ解析、祖先解析、(4) 人工知能を活用した診断・重症度と遺伝型の相関構築、(5)社会実装
2022年度では、リクルートされた登録症例に対して、臨床情報・遺伝学的データの双方の紐づけデータの作成が行われた。各臨床情報については、臨床情報の標準化が行われた後、人工知能を活用した診断・重症度と遺伝型の相関構築が実施された。得られた知見については、論文発表等（論文3報、学会発表12回、招待講演1回、著書2報）が行われた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、研究代表者が参画しているGlobal Inherited Retinal Disease Consortium (GIRDc)に登録された症例データを活用し遺伝学的クラスター特異性の高いバリアントが確定される。民族特異的バリアントを対象とし、原因遺伝子カテゴリー、重症度カテゴリー（軽症・中等症・重症）をアウトカムとして画像のデイープラーニングを行い、API作成する。APIを用いた表現型・重症度と原因遺伝子・バリアント・ハプロクラスターにおける統計学的関連（カテゴリカルデータの独立性・一致性検討）が以下の3条件に対して行われ（A 表現型vs原因遺伝子、B 重症度 vs 病的バリアント、C 重症度vs ハプロタイプクラスター）、統計学的優位な相関が確立される。得られたAPIは、各民族や地域を超えて臨床画像により機械診断を可能とし、世界7大陸27カ国のコンソシアムに共有され、臨床診断の場に利用され、その有用性が検証される。2023年度では、抽出された原因遺伝子群ごとに、重症度カテゴリーをアウトカムとして画像のデイープラーニングを行い、実践可能なAPI 作成する。API を用いた表現型・重症度と原因遺伝子・バリアント・ハプロクラスターにおける統計学的関連（カテゴリカルデータの独立性・一致性検討）が以下の3 条件に対して行われ（A 表現型vs 原因遺伝子、B 重症度 vs 病的バリアント、C 重症度vs ハプロタイプクラスター）、統計学的優位な相関が確立される。得られたAPI は、各民族や地域を超えて臨床画像により機械診断を可能とし、世界7 大陸27 カ国のコンソシアムに共有され、臨床診断の場に利用され、その有用性が検証される。
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Report
(2 results)
Research Products
(42 results)
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[Journal Article] Visual Field Characteristics in East Asian Patients With Occult Macular Dystrophy (Miyake Disease): EAOMD Report No. 32022
Author(s)
Ahn SJ, Yang L, Tsunoda K, Kondo M, Fujinami-Yokokawa Y, Nakamura N, Iwata T, Kim MS, Mun Y, Park JY, Joo K, Park KH, Miyake Y, Sui R, Fujinami K, Woo SJ; East Asia Inherited Retinal Disease Society Study Group
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Journal Title
Invest Ophthalmol Vis Sci
Volume: 63
Issue: 1
Pages: 12-12
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Prediction of causative genes in inherited retinal disorder from fundus photography and autofluorescence imaging using deep learning techniques.2021
Author(s)
Fujinami-Yokokawa Y, Ninomiya H, Liu X, Yang L, Pontikos N, Yoshitake K, Iwata T, Sato Y, Hashimoto T, Tsunoda K, Miyata H, Fujinami K; Japan Eye Genetics Study (JEGC) Group.
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Journal Title
Br J Ophthalmol
Volume: -
Issue: 9
Pages: 1272-1279
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] KCNV2-associated Retinopathy: Detailed Retinal Phenotype and Structural Endpoints - KCNV2 Study Group Report 22021
Author(s)
Georgiou M, Fujinami K,,..., Fujinami-Yokokawa Y, Leo SM, Liu X, Tsunoda K, Hayashi T, Jimenez-Rolando B, Martin-Merida MI, Avila-Fernandez A, Carre?o E, Garcia-Sandoval B, Carmen A, Sharon D, Kohl S, Huckfeldt RM, Boon CJF, Banin E, Pennesi ME, Wissinger B, Webster AR, H?on E, Khan AO, Zrenner E, Michaelides M.
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Journal Title
Am J Ophthalmol
Volume: S0002-9394(21)
Pages: 00117-3
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Long-term follow-up of a Chinese patient with KCNV2-retinopathy2021
Author(s)
Lie H, Wang G, Liu X, Meng X, Long Y, Ren J, Yang L, Fujinami-Yokokawa Y, Kurihara T, Tsubota K, Fujinami K, Li S.
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Journal Title
Ophthalmic Genet
Volume: 42(2)
Issue: 2
Pages: 144-149
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Spatial Functional Characteristics of East Asian Patients With Occult Macular Dystrophy (Miyake Disease); EAOMD Report No. 22021
Author(s)
Yang L, Joo K, Tsunoda K, Kondo M, Fujinami-Yokokawa Y, Arno G, Pontikos N, Liu X, Nakamura N, Kurihara T, Tsubota K, Iwata T, Li H, Zou X, Wu S, Sun Z, Ahn SJ, Kim MS, Mun YS, Park KH, Robson AG, Miyake Y, Woo SJ, Sui R, Fujinami K; East Asia Inherited Retinal Disease Society Study Group
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Journal Title
Am J Ophthalmol
Volume: 221
Pages: 169-180
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Clinical and Genetic Characteristics of East Asian Patients with Occult Macular Dystrophy (Miyake Disease): perimetric features and their association with genotype2023
Author(s)
Yu Fujinami-Yokokawa, Oscar Onyango, Yasutaka Suzuki, Motosh Yamamoto, Kayoko Komatsu, Natsuki Maetani, Hisateru Tachimori, Hiroaki Miyata, Jeffrey Farmer, Kei Shinoda, Kazushige Tsunoda, Yozo Miyake, Kaoru Fujinami.
Organizer
The 60th Symposium of the International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV) 2023
Related Report
Int'l Joint Research
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[Presentation] East Asian Patients with Occult Macular Dystrophy Report No.4; Genotype Phenotype Association2022
Author(s)
Yu Fujinami-Yokokawa, Kwangsic Joo, Kazushige Tsunoda, Mineo Kondo, Xuan Zou, Hui Li, Kyu Hyung Park, Izumi Naka, Jun Ohashi, Hisateru Tachimori, Hiroaki Miyata, Se Joon Woo, Ruifang Sui, Kaoru Fujinami.
Organizer
The Association for Research in Vision and Ophthalmology annual meeting 2022. RVO 2022 Annual Meeting
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[Presentation] 東アジアの黄斑変性症患者における2つのRP1L1ホットスポットの異なる臨床症状; EAOMD Report No.42022
Author(s)
Yu Fujinami-Yokokawa, Seong Joon Ahn, Kwangsic Joo, Kazushige Tsunoda, Mineo Kondo, Hui Li, Kyu Hyung Park, Izumi Naka, Jun Ohashi, Hisateru Tachimori, Hiroaki Miyata, Se Joon Woo, Ruifang Sui, Kaoru Fujinami ,EAIRDs group.
Organizer
日本人類遺伝学会第67回大会
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Int'l Joint Research
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[Presentation] Deep phenotyping of RBP3-retinopathy; inherited pathological myopia and retinal dystrophy2022
Author(s)
Motoshi Yamamoto, Yu Fujinami-Yokokawa, Oscar Onyango, Yasutaka Suzuki, Gavin Arno, Nikolas Pontikos, Kayoko Komatsu, Natsuki Maetani1, Kazushige Tsunoda, Michel Michaelides, Kaoru Fujinami
Organizer
The 60th Symposium of the International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV) 2023, KYOTO
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Int'l Joint Research
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[Presentation] Deep phenotyping of NR2E3 G56R-retinopathy in a Japanese patient2022
Author(s)
Kayoko Komatsu, Yu Fujinami-Yokokawa, Oscar Onyango, Yasutaka Suzuki, Gavin Arno, Nikolas Pontikos, Motoshi Yamamoto, Natsuki Maetani, Kazushige Tsunoda, Kaoru Fujinami
Organizer
The 60th Symposium of the International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV) 2023, KYOTO
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Int'l Joint Research
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[Presentation] The electrophysiological and clinical features of CERKL-associated retinal dystrophy with genotype-phenotype associations.2022
Author(s)
Anthony G. Robson, Malena Daich Varela, Samantha De Silva, Emma Duignan, Rola Ba-Abbad, Yu Fujinami-Yokokawa, Shaun Leo, Kaoru Fujinami, Omar A Mahroo, Andrew R. Webster, Michel Michaelides.
Organizer
The 60th Symposium of the International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV) 2023, KYOTO
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Int'l Joint Research
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[Presentation] Prediction of Causative Genes in Inherited Retinal Disorders From fundus photography and autofluorescence imaging Utilizing Deep Learning Techniques2021
Author(s)
Fujinami-Yokokawa Y, Ninomiya H, Liu X, Pontikos N, Yoshitake K, Iwata T, Sato Y, Hashimoto T, Tsunoda K, Miyata H, Fujinami K
Organizer
日本人類遺伝学会第66回大会 第28回日本遺伝子診療学会大会 合同開催
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[Presentation] Prediction of Causative Genes in Inherited Retinal Disorders from Fundus photography and Fundus Autofluorescence Imaging Utilising Deep Learning Techniques).2021
Author(s)
Fujinami-Yokokawa Y, Ninomiya H, Liu X, Yang L, Pontikos N, Yoshitake K, Iwata T, Sato Y, Hashimoto T, Tsunoda K, Miyata H, Fujinami K
Organizer
The Association for Research in Vision and Ophthalmology (ARVO) 2021 Annual Meeting
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[Presentation] The clinical and genetic spectrum of cone-dominated retinal dystrophies with normal funduscopic appearance2021
Author(s)
Fujinami K, Ueno S, Hayashi T, Kuniyoshi K, Kondo M, Mizota A, Shinoda K, Mochizuki K, Kameya S, Ideta R, Naoi N, Ikeda Y, Fujinami-Yokokawa Y, Yang L, Liu X, Yoshitake K, Miyake Y, Iwata T, Tsunoda K; Japan Eye Genetics Consortium Study Group.
Organizer
The Association for Research in Vision and Ophthalmology (ARVO) 2021 Annual Meeting
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