日米英蘭の先端ゲノムコホートと戦略的AI解析技術を用いた多因子疾患の病態解明

• Project/Area Number: 23K24604
• Project/Area Number (Other): 22H03346 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 58030:Hygiene and public health-related: excluding laboratory approach
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 栗山 進一 東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (90361071)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松崎 芙実子 東北大学, 東北メディカル・メガバンク機構, 助手 (60897669)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2024: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2022: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
• Keywords: 自閉スペクトラム症 / アトピー性皮膚炎 / 糖尿病 / ゲノムコホート / クラスター / AI

Outline of Research at the Start

先端のゲノムコホートからデータベースを構築し、人工知能解析技術を用い表現型データによって対象者をクラスタリングする。このクラスタリング結果に基づきGWAS（ゲノムワイド関連解析）を行い、家系情報を用いて擬陽性を排除し、統合解析によって自閉スペクトラム症、アトピー性皮膚炎、糖尿病のリスク予測式構築、病態解明及びリスク予測のアプリケーション開発を行う。

Outline of Annual Research Achievements

自閉スペクトラム症(ASD)の異質性を克服するために、Simons Foundation Powering Autism Research for Knowledge（SPARK）データセットのクラスター分析を行い、そのクラスターのGWASを実施した。白人男性プロバンド2,079人と未罹患の兄弟875人のデータを解析した。従来のGWASとして、参加者全員（症例875人、対照2,079人）に対してGWASを実施した。クラスタベースのGWAS（cGWAS）として、まずASDの875例をDeep Embedded Clusteringを用いて40クラスターに分類した。クラスタリングには、DCDQ（15項目）、SCQ（40項目）、RBS-R（43項目）、初回登録時の年齢（月）、民族、利き手、投薬歴、生物医学的介入歴、集中行動介入歴が用いられた。その後、各クラスターの参加者と2,079人のコントロールの参加者を統合し、40のクラスターに従ってGWASを実施した。全患者と全コントロールを比較した従来のGWASでは、有意な関連は観察されなかった。しかし、表現型が似ているクラスターに分けられた患者をコントロールと比較したcGWASでは、P < 5.0 × 10-8を満たす90の染色体座が同定され、そのうちのいくつかは、これまでに報告されたASDの候補遺伝子内またはその近くに位置していた。
アトピー性皮膚炎に関しては、東北メディカル・メガバンク計画のバイオバンクに格納されている「お肌チェック」のデータを用い、データクリーニングが完了したところである。
糖尿病については、英国のUK Biobankのデータを用い、表現型としてどのような変数があり、それらがどのような相関関係にあるかを明らかにし、変数選択をほぼ終えたところである。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

おおむね順調に進展しているが、わが国のバイオバンクであるBiobank Japanからのデータ提供は、コロナ禍の影響も受け、少々遅延している。他のバイオバンクからのデータ提供と解析は順調である。

Strategy for Future Research Activity

2023年度の夏ころにはすべてのバイオバンクのデータが揃う予定である。これらを用い、特に自閉スペクトラム症、アトピー性皮膚炎、肥満、糖尿病について、表現型に関する変数に人工知能解析アルゴリズムを適用することによって、疾患をクラスターに分けたうえでのゲノムワイド関連解析を行っていく予定である。