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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Identification of the origins of inherited retinal diseases and clarification of genotype-phenotype correlations based on three major ethnic groups worldwide utilizing artificial intelligence

Research Project

Project/Area Number 21J21086
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

藤波 優  慶應義塾大学, 医学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2024-03-31
Keywords遺伝性網膜疾患 / 人工知能
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、7大陸27カ国の他民族にわたる遺伝性網膜疾患コホートにおいて、病的バリアントの期限・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。
2021年度では、公開された国際データベースより、15849症例が登録され、民族の頻度を含めたバリアント情報のアノテーションが行われた。得られたバリアントデータを有する臨床情報に対して、各臨床情報について、臨床情報の標準化・重症度評価の基準が制定された。得られたバリアント情報の中から、2129バリアントの病原性の同定が行われ、機械学習への適合症例の選別ならびにデータ形式のキュレーション作業が行われている。
次年度以降、症例のリクルート(データリソースの確保)が引き続き行われ、得られたデータ各登録症例に対して、臨床情報・遺伝学的データの双方の紐づけデータが作成される。各臨床情報について、(a)臨床情報の標準化が行われた後、(b)ハプロタイプ解析、祖先解析、(c)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る。

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、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
研究初年度では、公開された国際データベースより、15849症例が登録され、民族の頻度を含めたバリアント情報のアノテーションが行われた。
得られた知見については、論文発表等(論文7報、学会発表5回、著書3報)が行われ、アメリカ視覚・眼科学会(ARVO)にてトラベルグラントを受賞した。

Strategy for Future Research Activity

症例のリクルート(データリソースの確保)が引き続き行われ、得られたデータ各登録症例に対して、臨床情報・遺伝学的データの双方の紐づけデータが作成される。各臨床情報について、(a)臨床情報の標準化が行われた後、(b)ハプロタイプ解析、祖先解析、(c)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る。具体的には、下記を中心とし、遂行される。
(a)臨床情報の標準化:臨床情報・遺伝学的データの症例データのキュレーションが行われ、データ毎の精度が画一化される。特に、遺伝学的データにおいては、国・施設間での精度のばらつきが想定されており、精度の再確認も併せて行われる。
(b)ハプロタイプ解析、祖先解析:遺伝学的データに関しては、選定された病的バリアントの上下流5kb を含む網羅的ゲノム解析が行われ、複数のin silico解析が行われる。解析されたデータは、対象のバリアントに対して、ハプロタイプ解析、祖先解析が行われ、バリアント発生年代の同定ならびに発症起源およびその後の分布・拡散状況が算出される。
(c)人工知能を活用した診断・重症度と遺伝型の相関構築:機械学習にはTensorFlow version3.0を基盤としたパイプラインが用いられ、ベースのアルゴリズムに対して、パラメターコントロールが行われる。遺伝学的クラスター特異性の高いバリアントを有する症例を対象とし、遺伝型・表現型解析・原因遺伝子カテゴリー関連解析・重症度カテゴリー解析が実施され、それぞれに対するAPIが構築される。

  • Research Products

    (20 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Book (2 results)

  • [Int'l Joint Research] UCL Institute of Ophthalmology/The University of Mancheter(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      UCL Institute of Ophthalmology/The University of Mancheter
  • [Int'l Joint Research] Hanyang University College of Medicine/Seoul National University College(韓国)

    • Country Name
      KOREA (REP. OF KOREA)
    • Counterpart Institution
      Hanyang University College of Medicine/Seoul National University College
  • [Int'l Joint Research] Peking Union Medical College(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Peking Union Medical College
  • [Int'l Joint Research] Lions Eye Institute(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      Lions Eye Institute
  • [Int'l Joint Research] University of Nairobi(ケニア)

    • Country Name
      KENYA
    • Counterpart Institution
      University of Nairobi
  • [Journal Article] Visual Field Characteristics in East Asian Patients With Occult Macular Dystrophy (Miyake Disease): EAOMD Report No. 32022

    • Author(s)
      Ahn Seong Joon、Yang Lizhu、Tsunoda Kazushige、Kondo Mineo、Fujinami-Yokokawa Yu、Nakamura Natsuko、Iwata Takeshi、Kim Min Seok、Mun Yongseok、Park Jun Young、Joo Kwangsic、Park Kyu Hyung、Miyake Yozo、Sui Ruifang、Fujinami Kaoru、Woo Se Joon、for the East Asia Inherited Retinal Disease Society Study Group
    • Journal Title

      Investigative Opthalmology & Visual Science

      Volume: 63 Pages: 12~12

    • DOI

      10.1167/iovs.63.1.12

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] X-Linked Retinoschisis2022

    • Author(s)
      Georgiou Michalis、Finocchio Lucia、Fujinami Kaoru、Fujinami-Yokokawa Yu、Virgili Gianni、Mahroo Omar A.、Webster Andrew R.、Michaelides Michel
    • Journal Title

      Ophthalmology

      Volume: 129 Pages: 542~551

    • DOI

      10.1016/j.ophtha.2021.11.019

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Prediction of causative genes in inherited retinal disorder from fundus photography and autofluorescence imaging using deep learning techniques2021

    • Author(s)
      Fujinami-Yokokawa Yu、Ninomiya Hideki、Liu Xiao、Yang Lizhu、Pontikos Nikolas、Yoshitake Kazutoshi、Iwata Takeshi、Sato Yasunori、Hashimoto Takeshi、Tsunoda Kazushige、Miyata Hiroaki、Fujinami Kaoru
    • Journal Title

      British Journal of Ophthalmology

      Volume: 105 Pages: 1272~1279

    • DOI

      10.1136/bjophthalmol-2020-318544

  • [Journal Article] KCNV2-Associated Retinopathy: Genetics, Electrophysiology, and Clinical Course -KCNV2 Study Group Report 12021

    • Author(s)
      Georgiou Michalis、Robson Anthony G.、... Fujinami-Yokokawa Y et al.
    • Journal Title

      American Journal of Ophthalmology

      Volume: 225 Pages: 95~107

    • DOI

      10.1016/j.ajo.2020.11.022

  • [Journal Article] KCNV2-Associated Retinopathy: Detailed Retinal Phenotype and Structural Endpoints -KCNV2 Study Group Report 22021

    • Author(s)
      Georgiou Michalis、Fujinami Kaoru、Vincent Ajoy、... Fujinami-Yokokawa Y et al.
    • Journal Title

      American Journal of Ophthalmology

      Volume: 230 Pages: 1~11

    • DOI

      10.1016/j.ajo.2021.03.004

  • [Journal Article] Long-term follow-up of a Chinese patient with KCNV2-retinopathy2021

    • Author(s)
      Lie Hongxuan、Wang Gang、Liu Xiao、Meng Xiaohong、Long Yanling、Ren Jiayun、Yang Lizhu、Fujinami-Yokokawa Yu、Kurihara Toshihide、Tsubota Kazuo、Fujinami Kaoru、Li Shiying
    • Journal Title

      Ophthalmic Genetics

      Volume: 42 Pages: 144~149

    • DOI

      10.1080/13816810.2020.1861307

  • [Journal Article] Spatial Functional Characteristics of East Asian Patients With Occult Macular Dystrophy (Miyake Disease); EAOMD Report No. 22021

    • Author(s)
      Yang Lizhu、Joo Kwangsic、Tsunoda Kazushige、... Fujinami-Yokokawa Y et al.
    • Journal Title

      American Journal of Ophthalmology

      Volume: 221 Pages: 169~180

    • DOI

      10.1016/j.ajo.2020.07.025

  • [Journal Article] 連載 今月の話題 AI時代の遺伝性網膜疾患2021

    • Author(s)
      藤波(横川) 優、藤波 芳、宮田 裕章
    • Journal Title

      臨床眼科

      Volume: 75 Pages: 1574~1581

    • DOI

      10.11477/mf.1410214234

  • [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
  • [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
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 網膜色素変性症における全視野光覚閾値2021

    • Author(s)
      藤波 芳, 藤波 優, 鈴木 泰賢, Jeffrey Farmer,角田和繁
    • Organizer
      第60回日本網膜硝子体学会
  • [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
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] East Asia Inherited Retinal Disease Society Overview -concept and history-2021

    • Author(s)
      Fujinami K, Fujinami-Yokokawa Y
    • Organizer
      3rd East Asia Inherited Retinal Disease symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Book] Clinical Ophthalmic Genetics and Genomics2022

    • Author(s)
      Fujinami-Yokokawa Y, Robson AG, Sergouniotis PI, Fujinaim K*.
    • Total Pages
      1394
    • Publisher
      ELSEVIER
  • [Book] Inherited Retinal Disease2022

    • Author(s)
      Fujinami K*, Fujinami-Yokokawa Y,* Yang L, Liu X, Arno G, Pontikos N
    • Total Pages
      237
    • Publisher
      SPRINGER

URL: 

Published: 2022-12-28   Modified: 2023-08-01  

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