2019 Fiscal Year Annual Research Report
マルチスケール精神病データの疎性モデリング解析
Publicly Offered Research
| Project Area | Constructive understanding of multi-scale dynamism of neuropsychiatric disorders |
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| Project/Area Number |
19H05200
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田宮 元 東北大学, 東北メディカル・メガバンク機構, 教授 (10317745)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ゲノムコホート / 高次元変数選択法 / 遺伝子×環境相互作用 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高次元変数選択法の検討：p>>n問題を初めて部分的にでも解決したのは、1998年にTibshiraniによって開発されたLassoである。単一のモデル選択基準計算のみで罰則付き最適化（スパース正則化）を行うことで、データを妥当な次元まで収縮（shrinking）させるという回帰分析手法である。Lassoを皮切りに、罰則項を工夫した様々な手法が開発され、罰則付き回帰（による高次元変数選択）と総称される。しかし申請者らの予備的な検討では、Lasso関連手法は相互作用解析のデータ規模では、特にクロスバリデーションのために計算実行可能性が維持できないことが分かった。そこで、まず全相互作用項も含めた全ての説明変数に関して尤度やP値などの尺度でランキングを作成して、そこから妥当な個数の上位変数を取り出し（周辺回帰スクリーニング）、その上位変数セットに関して高精度の罰則回帰を施すという二段階の手法の実装を行った。これはFanらの開発した超高次元パラメータ空間における高次元変数選択法であり、Sure Independence Screening（SIS）と呼ばれる。SISであれば、周辺回帰スクリーニングパートを容易に並列化することが可能であるため、ゲノムワイドデータにも適用可能となった。更に、SISは一般化線形モデルへも拡張されているため、ロジスティック回帰によって疾患二値データ（罹患・非罹患）を扱えることからもこの枠組みを採用することとした。
また、飲酒や喫煙などの生活習慣に関する環境暴露データを、順位のあるダミー変数あるいは順位のないダミー変数としてコーディングし、SNPとの分割表を集計することで、上記のSISの枠組みによるソフトウェアプログラムを遺伝子×環境相互作用の解析に拡張した。この拡張による統計量の分布を検査し、もっとも安定した統計量と閾値などを検討した。
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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
実際のゲノムデータにこれらのコーディング法を適用して得られた周辺回帰ランキング統計量（尤度やオッズ比やp値）の分布を詳細に検査し、特に上位ランキング変数の抜き出し基準の更なる統計学的検討を行っている。また、得られたランキング統計量を重みとしたリッジ回帰の枠組みへの適用も試みている。これらは当初計画どおりの進捗である。
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| Strategy for Future Research Activity |
遺伝子×遺伝子ならびに遺伝子×環境相互作用のための高次元変数選択法ソフトウェアを、実際のゲノムコホートデータをテストデータとして適用して、この手法の妥当性を検証し、必要があれば、適宜修正を行う。まずは、東北メディカル・メガバンク機構の前向きゲノムコホートで取得された健康診断データを応答変数として横断的解析を行い、次に、疾患二値データや前向きデータへの適用を順次試みる。
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[Journal Article] Genome-wide association study identifies new loci for albuminuria in the Japanese population2020
Author(s)
Hiroshi Okuda, Koji Okamoto, Michiaki Abe, Kota Ishizawa, Satoshi Makino, Osamu Tanabe, Junichi Sugawara, Atsushi Hozawa, Kozo Tanno, Makoto Sasaki, Gen Tamiya, Masayuki Yamamoto, Sadayoshi Ito, Tadashi Ishii
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Journal Title
Clinical and Experimental Nephrology
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Establishment of Integrated Biobank for Precision Medicine and Personalized Healthcare: The Tohoku Medical Megabank Project2019
Author(s)
Nobuo Fuse, Mika Sakurai-Yageta, Fumiki Katsuoka, Inaho Danjoh, Ritsuko Shimizu, Gen Tamiya, Fuji Nagami, Hiroshi Kawame, Shinichi Higuchi, Kengo Kinoshita, Shigeo Kure, Masayuki Yamamoto
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Journal Title
JMA Journal
Volume: 2
Pages: 113～122
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Estimating carrier frequencies of newborn screening disorders using a whole-genome reference panel of 3552 Japanese individuals2019
Author(s)
Yumi Yamaguchi-Kabata, Jun Yasuda, Akira Uruno, Kazuro Shimokawa, Seizo Koshiba, Yoichi Suzuki, Nobuo Fuse, Hiroshi Kawame, Shu Tadaka, Masao Nagasaki, Kaname Kojima, Fumiki Katsuoka, Kazuki Kumada, Osamu Tanabe, Gen Tamiya, Nobuo Yaegashi, Kengo Kinoshita, Masayuki Yamamoto, Shigeo Kure
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Journal Title
Human Genetics
Volume: 138
Pages: 389～409
DOI
Peer Reviewed
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