疾患に関連するゲノム解析のための統合化された情報処理基盤の構築

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K07222
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中谷 明弘 大阪大学, 医学系研究科, 特任教授(常勤) (60301149)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 敦子 大阪大学, 医学系研究科, 特任助教(常勤) (70761691) ; 菊地 正隆 大阪大学, 医学系研究科, 特任助教(常勤) (90722538)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: ゲノム解析 / シーケンサ / マイクロアレイ / ヒト疾患関連変異 / 解析ソフトウェア / データベース

Outline of Annual Research Achievements

【情報抽出パイプラインの開発】次世代シーケンサ（Illumina HiSeq）による全エクソン配列解析（WES解析）パイプラインおよび全ゲノム配列解析（WGS解析）パイプラインを構築した。RNA-seq解析パイプラインおよびDNAメチル化解析パイプラインを構築した。網羅的染色体高次構造解析のための環境の整備も進めた。また、高密度アレイ（Affymetrix Axiom/GeneChip）によるコピー数変異解析（CNV解析）を対象としたGWAS解析パイプラインを構築した。
【コントロール検体群の準備】米国Coriell Instituteから購入した1000ゲノムプロジェクトの日本人DNAサンプル10検体（男女各5検体ずつ）のIllumina HiSeq 2500による全エクソン配列の解読（WES解析）を行った。キャプチャキットとしてAgilent SureSelect All Human Exon V6を用いた。その一部（男女2検体ずつ）は同キットV5も用いて全エクソン配列の解読を行い、さらにその一部（男女1検体ずつ）は全ゲノム配列の解読（WGS解析）を行った。
【変異情報データベースの構築】上記コントロール検体群の次世代シーケンサ出力（FASTQ形式）を構築したパイプラインで処理し、注釈情報の付与された変異情報（VCF形式）を獲得した。各検体の変異情報の集計を行ってデータベース化を進めている。また、B型肝炎に関連した検体群（疾患群および対照群を含む約2,000検体）のAffymetrix Axiom/GeneChipによるコピー数変異（CNV）の抽出を行ってデータベース化を進めている。
【変異領域の探索手法の開発】常染色体劣性遺伝の疾患ハプロタイプ（遺伝子型の並びパタン）を探索するソフトウェア（HDR）の改良を行い、ホモ接合変異のみだけではなくヘテロ接合変異等も探索の対象に扱えるようにした（HDR改）。特定の遺伝子型が連続している領域を途中の短い不連続領域を許容しながら抽出するソフトウェアを開発した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

情報抽出パイプラインや解析用ソフトウェアの開発は順調に進捗しており、次年度以降に予定していた実データへの適用も既に行えるに至っている。次世代シーケンサや高密度アレイによる変異情報（SNV/InDelおよびCNV）の蓄積に加えて、遺伝子発現解析や遺伝子共発現ネットワーク解析、薬剤応答に関係するDNAメチル化サイトの同定、網羅的染色体高次構造データの統計解析などを実施している。コントロール検体群として1000ゲノムプロジェクトの日本人検体（MGP00009, PANEL OF 120 JAPANESE IN TOKYO, JAPAN）から選抜した10検体を準備した。文献化されている既存研究の結果や1000ゲノムプロジェクトによって公開されている全エクソン配列解析のデータ（Agilent SureSelect All Human Exon V2）の主成分分析を行った結果に基づいて解析対象の検体を選抜した。配列の解読は外部委託（タカラバイオ（株））にて実施して、未加工のシーケンサ出力（FASTQ形式）を入手した。検体の一部は異なる方法（WES解析のキャプチャキット違いとWGS解析）で重複して変異情報を獲得している。変異領域の探索手法の開発に関しては、実際の臨床データを用いて家系内での疾患変異の同定を行った。また、ミトコンドリア病における新規変異の同定および発症前血液を用いての早期診断の可能性を検討した。

Strategy for Future Research Activity

変異情報データベースの構築を中心として推進する。データベース全体を俯瞰的に可視化する描画システムの構築を行う。異なる方法で重複して変異情報を獲得した検体データを用いて解析結果の検証を行う。パイプライン、データベース、およびソフトウェアの開発を継続して、実データの解析に応じた改良や拡張を行いながら維持する。

Causes of Carryover

情報抽出パイプラインが順調に稼働して安定した結果が得られるようになったことにより、次世代シーケンサの全ての出力データを外部委託に頼らずに処理できたため、当初予定よりも低廉に変異情報を獲得できたことにより次年度使用額を生じた。また、当初予定した外国旅費を別経費（講座独自の研究費）で賄うことができたために次年度使用額を生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

変異情報データベースの構築に必要となる環境整備に充当する。特にデータベースの検索と描画の高速化のためのシステム開発に使用する。

Research Products

• [Journal Article] Effect of clozapine on DNA methylation in peripheral leukocytes from patients with treatment-resistant schizophrenia (2017)
  • Author(s): Kinoshita M, Numata S, Tajima A, Yamamori H, Yasuda Y, Fujimoto M, Watanabe S, Umehara H, Shimodera S, Nakazawa T, Kikuchi M, Nakaya A, Hashimoto H, Imoto I, Hashimoto R, and Ohmori T
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 18 Pages: 632
  • DOI: 10.3390/ijms18030632
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of core gene networks and hub genes associated with progression of nonalcoholic fatty liver disease by RNA sequencing (2017)
  • Author(s): Hotta K, Kikuchi M, Kitamoto T, Kitamoto A, Ogawa Y, Honda Y, Kessoku T, Kobayashi K, Yoneda, M, Imajo K, Tomeno W, Nakaya A, Suzuki Y, Saito S, and Nakajima A
  • Journal Title: Hepatology Research Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1111/hepr.12877
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dried blood spots for newborn screening allows easy determination of a high heteroplasmy rate in severe infantile cardiomyopathy (2016)
  • Author(s): Imai A, Kishita Y, Nakayama Y, Fujita S, Futatani T, Kohda M, Yatsuka Y, Nakaya A, Sakata Y, Murayama K, Ohtake A, Okazaki Y
  • Journal Title: International Journal of Cardiology Volume: 221 Pages: 446-449
  • DOI: 10.1016/j.ijcard.2016.06.287
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Differential gene expression profiles in neurons generated from lymphoblastoid B-cell line-derived iPS cells from monozygotic twin cases with treatment-resistant schizophrenia and discordant responses to clozapine (2016)
  • Author(s): Nakazawa T, Kikuchi M, Ishikawa M, Yamamori H, Nagayasu K, Matsumoto T, Fujimoto M, Yasuda Y, Fujiwara M, Okada S, Matsumura K, Kasai K, Takano A H, Shintani N, Numata S, Takuma K, Akamatsu W, Okano H, Nakaya A, Hashimoto H, and Hashimoto R
  • Journal Title: Schizophrenia Research Volume: 181 Pages: 75-82
  • DOI: 10.1016/j.schres.2016.10.012
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] HDR: a statistical two-step approach successfully identifies disease genes in autosomal recessive families (2016)
  • Author(s): Imai A, Kohda M, Nakaya A, Sakata Y, Murayama K, Ohtake A, Lathrop M, Okazaki Y, Ott J
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 61 Pages: 959-963
  • DOI: 10.1038/jhg.2016.85
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] The prediction method of deleterious variants for Alzheimer's disease using chromatin higher-order structure (2017)
  • Author(s): Kikuchi M, Hara N, Hasegawa M, Miyashita A, Kuwano R, Ikeuchi T, and Nakaya A
  • Organizer: The 7th BRI International Symposium 2017
  • Place of Presentation: Brain Research Institute, Niigata University
  • Year and Date: 2017-03-10 – 2017-03-11
• [Presentation] アルツハイマー病感受性領域が近接する染色体領域の同定 (2016)
  • Author(s): 菊地正隆, 原範和, 長谷川舞衣, 宮下哲典, 桑野良三, 池内健, 中谷明弘
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-01
• [Presentation] Identification of chromosomal regions interacting with susceptibility loci for Alzheimer’s disease (2016)
  • Author(s): Kikuchi M, Hara N, Hasegawa M, Miyashita A, Kuwano R, Ikeuchi T, and Nakaya A
  • Organizer: Alzheimer's Association International Conference (AAIC) 2016
  • Place of Presentation: Toronto, Canada
  • Year and Date: 2016-07-22 – 2016-07-28
  • Int'l Joint Research