A comprehensive study of genetic and physiological adaptation mechanisms to hypobaric hypoxia in Andean highlanders

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K06441
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 安河内 彦輝 三重大学, 地域イノベーション推進機構, 助教 (60624525)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 高地適応 / 自然選択 / アンデス高地集団 / ボリビア / 全ゲノムシーケンス / 低圧低酸素

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、南米ボリビアのアンデス高地集団における低圧低酸素環境への適応に寄与する遺伝的・生理的特性を包括的に理解することである。2018年度は、次世代シーケンサー（Hiseq X Ten，Illumina社)により、９検体（男性７名、女性２名）の全ゲノム塩基配列を決定した。これまでに申請者と共同研究者が決定した10検体（男性４名、女性６名）のデータと併せると、計19検体の全ゲノム配列データを取得したことになる。これらのデータを用いて、クオリティ・コントロールを行い、多型情報を抽出した。さらに、NCBIのSRAシーケンスリードデータベースから、Crawfordら（2017）が決定した42検体分のショートリードデータ（BioProject accession number: PRJNA393593）、および1000 Genomes Projectデータベースからボリビア近隣集団の全ゲノム配列データ（bam形式）を取得し、同様の処理を行った。全ゲノム解析を行うには、ボリビア集団の検体数をさらに増やす必要があるが、現在これらのデータを使って予備的な解析を行っている。
また、ペルーのアンデス高地集団において、SENP1遺伝子の一塩基多型（rs7963934）が慢性高山病の罹患率もしくは血中ヘモグロビン（Hb）レベルと関連があることが報告されている。そこでボリビア高地集団102検体を対象に、TaqMan法によってrs7963934の遺伝子型を決定した。これらボリビア検体サンプルに付帯している生理検査情報（Hb値や頭痛スコアなど）を用いて、遺伝子型との関連を統計学的手法により評価した。しかしながら、今回調査した限りでは明確な関連性は認められなかった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画で予定していた全ゲノム塩基配列決定に加えて、TaqMan法による関連解析も行っていることから、研究の進捗状況はおおむね順調に進展している。20検体以上の全ゲノム塩基配列を決定する予定だったが、実験計画や予算の関係から2019年度にサンプル数を追加して、よりデータの充実を図る。先述したように、現在は全ゲノム塩基配列データを用いた予備的な解析を行っており、データを追加してスムーズに解析が進行できるように準備している。

Strategy for Future Research Activity

今後の推進方策としては、より精度を上げるために全ゲノムシーケンスの解析サンプル数を増やすことである。少なくとも20検体以上は確保し、ボリビア集団で最近に起きた正の自然選択が作用したゲノム領域を特定する。本研究では、検体サンプルに生理検査情報が付帯していることから関連解析も可能である。したがって、ゲノム領域を特定したあとに、全103検体分のサンプルを用いてTaqMan法で遺伝子型を決定し、生理値との関連を検証していく予定である。
また、EGLN1遺伝子の一塩基多型（SNP）は、チベット高地集団だけでなく、アンデス高地集団においても最近に起きた正の自然選択が作用したことが示唆されている。そこで、連鎖不平衡を利用して、EGLN1遺伝子領域全体の遺伝子型を調査できるようにSNPのTaqManプローブを既に設計している（タグSNP）。申請者の先行研究では、EGLN1遺伝子のタンパクコード領域内にあるSNP（rs12097901）が、日本人コホートの動脈血酸素飽和度（SpO2）の応答と関連することを示している（Yasukochi et al. 2018）。また、このSNPはチベット集団のHbレベルに関連し、高地適応に寄与していることが報告されている。したがって、EGLN1遺伝子の機能に重要であることから、このrs12097901も加えてEGLN1遺伝子と生理検査値との関連解析を行う予定である。
今後は、データをより充実させて全ゲノム規模で自然選択の痕跡を探索し、併せて表現型と遺伝子型との関連解析を行いながら研究を推進していくことを目指す。

Causes of Carryover

2018年度に計画していた全ゲノム塩基配列解析（マクロジェン社に委託）において、サンプルのクオリティ・チェックが実施された結果、サンプルのクオリティが解析を行う基準に満たなかったため、やむなく解析を中断した。受託解析のキャンセル料やサンプル返送料にコストがかかってしまい、共同研究者と議論した結果、次年度（2019年度）の予算を加えた上で、サンプル数を追加して再度全ゲノム解析を行うこととした。したがって、次年度に予算を繰り越し、全ゲノム塩基配列解析（マクロジェン社に委託予定）にその費用を充てる予定である。