横断的オミクス解析と全ゲノムシークエンスを駆使した疾患病態と組織特異性の解明

• 研究課題/領域番号: 19H01021
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分48:生体の構造と機能およびその関連分野
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 岡田 随象 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (70727411)
• 研究分担者: 細道 一善 金沢大学, 医学系, 准教授 (50420948) ; 白石 友一 国立研究開発法人国立がん研究センター, 研究所, 分野長 (70516880)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 45,630千円 (直接経費: 35,100千円、間接経費: 10,530千円); 2021年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2020年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2019年度: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
• キーワード: 遺伝統計学 / 全ゲノムシークエンス / 横断的オミクス解析 / バイオインフォマティクス / 細胞組織特異性 / eQTL効果 / バイインフォマティクス

研究開始時の研究の概要

本研究は、疾患ゲノム情報を中心にオミクス情報を分野横断的に統合し、疾患病態の解明とその鍵となる細胞組織の同定を行う。横断的オミクス解析とは、異なるサンプルから得られたオミクス情報を分野横断的に統合する手法である。本研究は、①：全ゲノムシークエンスを駆使した疾患感受性遺伝子の同定、②：組織特異的多層的オミクス情報における新規レイヤー構築、③：遺伝的背景の相関関係の検討を主軸とした横断的オミクス解析、④：疾患病態ネットワーク構築と病態解明の鍵となる細胞組織の同定、で構成される。本研究は、「どの遺伝子が、どの細胞で、どの疾患の発症に関わっているか」という問いに答えるものと期待される。

研究成果の概要

本研究は、疾患ゲノム情報を中心にオミクス情報を分野横断的に統合し、疾患病態の解明とその鍵となる細胞組織の同定を行う。横断的オミクス解析とは、異なるサンプルから得られたオミクス情報を分野横断的に統合する手法である。本研究は、①：全ゲノムシークエンスを駆使した疾患感受性遺伝子の同定、②：組織特異的多層的オミクス情報における新規レイヤー構築、③：遺伝的背景の相関関係の検討を主軸とした横断的オミクス解析、④：疾患病態ネットワーク構築と病態解明の鍵となる細胞組織の同定、で構成される。本研究は、「どの遺伝子が、どの細胞で、どの疾患の発症に関わっているか」という問いに答えるものと期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究においては、疾患ゲノム情報を中心として多層的なオミクス情報をどのように統合し、疾患病態解明につなげるか、という疾患ゲノム研究の根源的問いに対する研究活動を行った。全ゲノムシークエンス情報を対象とした大規模疾患ゲノム解析のアルゴリズムの整備、国際バイオバンク連携による大規模プロジェクトの遂行など、最新の疾患ゲノムリソースの有効な活用例としての意義が認められた。また、複数の疾患ゲノム解析結果が与えられた際に、細胞組織特異的エピゲノム情報と疾患ゲノム情報の統合により細胞組織特異性に基づく疾患-細胞組織ネットワークの再構成が可能となることも示され、病態解明研究への波及効果が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] OMARU: a robust and multifaceted pipeline for metagenome-wide association study (2022)
  • 著者名/発表者名: Kishikawa Toshihiro、Tomofuji Yoshihiko、Inohara Hidenori、Okada Yukinori
  • 雑誌名: NAR Genomics and Bioinformatics 巻: 4 号: 1
  • DOI: 10.1093/nargab/lqac019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Decoding the diversity of killer immunoglobulin-like receptors by deep sequencing and a high-resolution imputation method (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakaue S, Hosomichi K, Hirata J, Nakaoka H, Yamazaki K, Yawata M, Yawata N, Naito T, Umeno J, Kawaguchi T, Matsui T, Motoya S, Suzuki Y, Inoko H, Tajima A, Morisaki T, Matsuda K, Kamatani Y, Yamamoto K, Inoue I, Okada Y
  • 雑誌名: Cell Genomics 巻: 2 号: 3 ページ: 100101-100101
  • DOI: 10.1016/j.xgen.2022.100101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genetic architecture of microRNA expression and its link to complex diseases in the Japanese population (2021)
  • 著者名/発表者名: Sonehara Kyuto、Sakaue Saori、Maeda Yuichi、Hirata Jun、Kishikawa Toshihiro、Yamamoto Kenichi、Matsuoka Hidetoshi、Yoshimura Maiko、Nii Takuro、Ohshima Shiro、Kumanogoh Atsushi、Okada Yukinori
  • 雑誌名: Human Molecular Genetics 巻: - 号: 11 ページ: 1806-1820
  • DOI: 10.1093/hmg/ddab361
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Whole gut virome analysis of 476 Japanese revealed a link between phage and autoimmune disease (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomofuji Yoshihiko et al.
  • 雑誌名: Annals of the Rheumatic Diseases 巻: 81 号: 2 ページ: 278-288
  • DOI: 10.1136/annrheumdis-2021-221267
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Responsible use of polygenic risk scores in the clinic: potential benefits, risks and gaps (2021)
  • 著者名/発表者名: Polygenic Risk Score Task Force of the International Common Disease Alliance
  • 雑誌名: Nature Medicine 巻: 27 号: 11 ページ: 1876-1884
  • DOI: 10.1038/s41591-021-01549-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A cross-population atlas of genetic associations for 220 human phenotypes (2021)
  • 著者名/発表者名: Sakaue S, Kanai M, Tanigawa Y, Karjalainen J, Kurki M, Koshiba S, Narita A, Konuma T, Yamamoto K, Akiyama M, Ishigaki K, Suzuki A, Suzuki K, Obara W, Yamaji K, Takahashi K, Asai S, Takahashi Y, Suzuki T, Shinozaki N, Yamaguchi H, Minami S, Murayama S, Yoshimori K, Nagayama S, Obata D, Higashiyama M, Masumoto A, et al.
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 53 号: 10 ページ: 1415-1424
  • DOI: 10.1038/s41588-021-00931-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Metagenome-wide association study revealed disease-specific landscape of the gut microbiome of systemic lupus erythematosus in Japanese (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomofuji Yoshihiko、Maeda Yuichi、Oguro-Igashira Eri、Kishikawa Toshihiro、Yamamoto Kenichi、Sonehara Kyuto、Motooka Daisuke、Matsumoto Yuki、Matsuoka Hidetoshi、Yoshimura Maiko、Yagita Mayu、Nii Takuro、Ohshima Shiro、Nakamura Shota、Inohara Hidenori、Takeda Kiyoshi、Kumanogoh Atsushi、Okada Yukinori
  • 雑誌名: Annals of the Rheumatic Diseases 巻: 80 号: 12 ページ: 1575-1583
  • DOI: 10.1136/annrheumdis-2021-220687
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Trans‐Ethnic Fine‐Mapping of the Major Histocompatibility Complex Region Linked to Parkinson's Disease (2021)
  • 著者名/発表者名: Naito Tatsuhiko、Satake Wataru、Ogawa Kotaro、Suzuki Ken、Hirata Jun、Foo Jia Nee、Tan Eng‐King、Toda Tatsushi、Okada Yukinori
  • 雑誌名: Movement Disorders 巻: 36 号: 8 ページ: 1805-1814
  • DOI: 10.1002/mds.28583
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A deep learning method for HLA imputation and trans-ethnic MHC fine-mapping of type 1 diabetes (2021)
  • 著者名/発表者名: Naito Tatsuhiko、Suzuki Ken、Hirata Jun、Kamatani Yoichiro、Matsuda Koichi、Toda Tatsushi、Okada Yukinori
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 1639-1639
  • DOI: 10.1038/s41467-021-21975-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Population-specific causal disease effect sizes in functionally important regions impacted by selection (2021)
  • 著者名/発表者名: Shi Huwenbo、Gazal Steven、Kanai Masahiro、Koch Evan M.、Schoech Armin P.、Siewert Katherine M.、Kim Samuel S.、Luo Yang、Amariuta Tiffany、Huang Hailiang、Okada Yukinori、Raychaudhuri Soumya、Sunyaev Shamil R.、Price Alkes L.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 1098-1098
  • DOI: 10.1038/s41467-021-21286-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tractor uses local ancestry to enable the inclusion of admixed individuals in GWAS and to boost power (2021)
  • 著者名/発表者名: Atkinson Elizabeth G.、Maihofer Adam X.、Kanai Masahiro、Martin Alicia R.、Karczewski Konrad J.、Santoro Marcos L.、Ulirsch Jacob C.、Kamatani Yoichiro、Okada Yukinori、Finucane Hilary K.、Koenen Karestan C.、Nievergelt Caroline M.、Daly Mark J.、Neale Benjamin M.
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 53 号: 2 ページ: 195-204
  • DOI: 10.1038/s41588-020-00766-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Mendelian randomization study identified obesity as a causal risk factor of uterine endometrial cancer in Japanese (2020)
  • 著者名/発表者名: Masuda Tatsuo、Ogawa Kotaro、Kamatani Yoichiro、Murakami Yoshinori、Kimura Tadashi、Okada Yukinori
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 111 号: 12 ページ: 4646-4651
  • DOI: 10.1111/cas.14667
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fine Mapping of the Major Histocompatibility Complex Region and Association of the HLA-B*52:01 Allele With Cervical Cancer in Japanese Women (2020)
  • 著者名/発表者名: Masuda Tatsuo、Ito Hidemi、Hirata Jun、Sakaue Saori、Ueda Yutaka、Kimura Tadashi、Takeuchi Fumihiko、Murakami Yoshinori、Matsuda Koichi、Matsuo Keitaro、Okada Yukinori
  • 雑誌名: JAMA Network Open 巻: 3 号: 10 ページ: e2023248-e2023248
  • DOI: 10.1001/jamanetworkopen.2020.23248
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Obelisc: an identical-by-descent mapping tool based on SNP streak (2020)
  • 著者名/発表者名: Sonehara Kyuto、Okada Yukinori
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 36 号: 24 ページ: 5567-5570
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btaa940
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Trans-biobank analysis with 676,000 individuals elucidates the association of polygenic risk scores of complex traits with human lifespan (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakaue S, Kanai M, Karjalainen J, Akiyama M, Kurki M, Matoba N, Takahashi A, Hirata M, Kubo M, Matsuda K, Murakami Y; FinnGen, Daly MJ, Kamatani Y, Okada Y
  • 雑誌名: Nat Med 巻: 26 号: 4 ページ: 542-548
  • DOI: 10.1038/s41591-020-0785-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dimensionality reduction reveals fine-scale structure in the Japanese population with consequences for polygenic risk prediction (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakaue S, Hirata J, Kanai M, Suzuki K, Akiyama M, Lai Too C, Arayssi T, Hammoudeh M, Al Emadi S, Masri BK, Halabi H, Badsha H, Uthman IW, Saxena R, Padyukov L, Hirata M, Matsuda K, Murakami Y, Kamatani Y, Okada Y
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 11 号: 1 ページ: 1569-1569
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15194-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] GWAS of 165,084 Japanese individuals identified nine loci associated with dietary habits. (2020)
  • 著者名/発表者名: Matoba N, Akiyama M, Ishigaki K, Kanai M, Takahashi A, Momozawa Y, Ikegawa S, Ikeda M, Iwata N, Hirata M, Matsuda K, Murakami Y, Kubo M, Kamatani Y, Okada Y
  • 雑誌名: Nat Hum Behav 巻: 4 号: 3 ページ: 308-346
  • DOI: 10.1038/s41562-019-0805-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metagenome-wide association study of gut microbiome revealed novel aetiology of rheumatoid arthritis in the Japanese population (2020)
  • 著者名/発表者名: Kishikawa T, Maeda Y, Nii T, Motooka D, Matsumoto Y, Matsushita M, Matsuoka H, Yoshimura M, Kawada S, Teshigawara S, Oguro E, Okita Y, Kawamoto K, Higa S, Hirano T, Narazaki M, Ogata A, Saeki Y, Nakamura S, Inohara H, Kumanogoh A, Takeda K, Okada Y.
  • 雑誌名: Annals of the Rheumatic Diseases 巻: 79(1) 号: 1 ページ: 103-111
  • DOI: 10.1136/annrheumdis-2019-215743
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biological characterization of expression quantitative trait loci (eQTLs) showing tissue-specific opposite directional effects. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizuno A, Okada Y
  • 雑誌名: Eur J Hum Genet 巻: 27 号: 11 ページ: 1745-1756
  • DOI: 10.1038/s41431-019-0468-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [図書] ゼロから実践する 遺伝統計学セミナー (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡田 随象
  • 総ページ数: 247
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758120920