複雑な形質の遺伝的背景の解明に向けた多因子的なゲノム情報処理技術の開発

• 研究課題/領域番号: 19K06629
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43060:システムゲノム科学関連
• 研究機関: 東京大学 (2020-2022); 大阪大学 (2019)
• 研究代表者: 中谷 明弘 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特任教授 (60301149)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: ゲノム配列 / 配列変異 / 連鎖不平衡 / 解析パイプライン / ミトコンドリア / 電子顕微鏡 / 全ゲノムシーケンシング / 情報解析パイプライン / 画像処理 / ゲノム情報 / 数理モデル

研究開始時の研究の概要

複雑な形質の遺伝的背景の解明に向けた多因子的なゲノム情報処理技術を開発する。ゲノムDNA配列変異間の連鎖不平衡を抽出して構造化する手法、および、空間的な形状や分布に関する形質を抽出して定量化する手法を開発する。構造化されたゲノム情報と定量化された形質情報の間の多因子的な関係を定式化する数理モデルを構築する手法を開発する。ミトコンドリア電子顕微鏡画像等に適用して疾患との関連性の評価を行う。実データに適用した結果を蓄積したデータベースを構築し、画像データもクエリーとして指定できるビジュアルな検索手法を開発する。検索結果を公共データと連係させてデータの解釈や注釈を支援する情報処理技術を開発する。

研究成果の概要

ゲノム情報の構造化のための変異データからの連鎖不平衡ブロックの抽出手法の開発を行った。検体群のゲノムDNA配列をスキャンしながら複雑に入り組んだ連鎖不平衡ブロックの抽出と可視化を行うソフトウェアとして実装した。ショートリード全ゲノムシーケンシング（WGS）情報解析パイプラインの整備も進めた。また、電子顕微鏡画像データからミトコンドリアや筋原繊維などの組織の空間的な形状や分布に関連する形質を定量化するソフトウェアの開発を行った。画像内の組織の分類情報に基づいた擬似カラー化処理の開発や分類情報を付加した画像内の矩形領域（ROI）のデータベースの整備を進めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ゲノム配列データからの複雑な連鎖不平衡ブロックの抽出や電子顕微鏡画像データからの形質の定量を行うソフトウェアは十分には整備されていないため、独自に開発することによって解析対象の実データに合わせた開発や解析を手法自体の検討から行うことが可能となる。また、ソフトウェアとして実装することによってデータ解析に向けた手順や知見を汎用に共有することも可能となる。

研究成果

• [雑誌論文] Identification of mild cognitive impairment subtypes predicting conversion to Alzheimer’s disease using multimodal data (2022)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi M, Kobayashi K, Itoh S, Kasuga K, Miyashita A, Ikeuchi T, Yumoto E, Kosaka Y, Fushimi Y, Takeda T, Manabe S, Hattori S; Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative; Nakaya A, Kamijo K, Matsumura Y
  • 雑誌名: Computational and Structural Biotechnology Journal 巻: 20 ページ: 5296-5308
  • DOI: 10.1016/j.csbj.2022.08.007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A heterozygous LAMA5 variant may contribute to slowly progressive, vinculin-enhanced familial FSGS and pulmonary defects. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaimori JY, Kikkawa Y, Motooka D, Namba-Hamano T, Takuwa A, Okazaki A, Kobayashi K, Tanigawa A, Kotani Y, Uno Y, Yoshimi K, Hattori K, Asahina Y, Kajimoto S, Doi Y, Oka T, Sakaguchi Y, Mashimo T, Sekiguchi K, Nakaya A, Nomizu M, Isaka Y.
  • 雑誌名: JCI insight 巻: 7 号: 23 ページ: 522-524
  • DOI: 10.1172/jci.insight.158378
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-term prognosis and genetic background of cardiomyopathy in 223 pediatric mitochondrial disease patients. (2021)
  • 著者名/発表者名: Imai-Okazaki A, Matsunaga A, Yatsuka Y, Nitta KR, Kishita Y, Sugiura A, Sugiyama Y, Fushimi T, Shimura M, Ichimoto K, Tajika M, Tominaga M, Ebihara T, Matsuhashi T, Tsuruoka T, Kohda M, Hirata T, Harashima H, Nojiri S, Takeda A, Nakaya A, Kogaki S, Sakata Y, Ohtake A, Murayama K, Okazaki Y.
  • 雑誌名: International Journal of Cardiology 巻: 341 ページ: 48-55
  • DOI: 10.1016/j.ijcard.2021.06.042
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide copy number variation analysis of hepatitis B infection in a Japanese population (2021)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi M, Kobayashi K, Nishida N, Sawai H, Sugiyama M, Mizokami M, Tokunaga K, Nakaya A
  • 雑誌名: Human Genome Variation 巻: 8 号: 1 ページ: 22-22
  • DOI: 10.1038/s41439-021-00154-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cyclosporine A Treatment of Proteinuria in a New Case of MAFB-Associated Glomerulopathy without Extrarenal Involvement: A Case Report (2021)
  • 著者名/発表者名: Kaimori J-Y, Mori T, Namba-Hamano T, Morimoto T, Takuwa A, Motooka D, Okazaki A, Kobayashi K, Asahina Y, Kajimoto S, Doi Y, Oka T, Sakaguchi Y, Nakaya A, Isaka Y
  • 雑誌名: Nephron 巻: 145 号: 4 ページ: 445-450
  • DOI: 10.1159/000516248
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cooperation of LIM domain-binding 2 (LDB2) with EGR in the pathogenesis of schizophrenia. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi T, Kiyama Y, Arima-Yoshida F, Kadota M, Ichikawa T, Yamada K, Watanabe A, Ohba H, Tanaka K, Nakaya A, Horiuchi Y, Iwayama Y, Toyoshima M, Ogawa I, Shimamoto-Mitsuyama C, Maekawa M, Balan S, Arai M, Miyashita M, Toriumi K, et al.
  • 雑誌名: EMBO Mol Med 巻: 13 号: 4
  • DOI: 10.15252/emmm.202012574
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Upregulated expression of a subset of genes in APP;ob/ob mice: Evidence of an interaction between diabetes‐linked obesity and Alzheimer’s disease (2021)
  • 著者名/発表者名: Shinohara Mitsuru、Kikuchi Masataka、Onishi‐Takeya Miyuki、Tashiro Yoshitaka、Suzuki Kaoru、Noda Yasuhiro、Takeda Shuko、Mukouzono Masahiro、Nagano Seiichi、Fukumori Akio、Morishita Ryuichi、Nakaya Akihiro、Sato Naoyuki
  • 雑誌名: FASEB BioAdvances 巻: - 号: 5 ページ: 323-333
  • DOI: 10.1096/fba.2020-00151
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lipid pathology of the corpus callosum in schizophrenia and the potential role of abnormal gene regulatory networks with reduced microglial marker expression (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimamoto-Mitsuyama Chie、Nakaya Akihiro、Esaki Kayoko、Balan Shabeesh、Iwayama Yoshimi、Ohnishi Tetsuo、Maekawa Motoko、Toyota Tomoko、Dean Brian、Yoshikawa Takeo
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 31 号: 1 ページ: 448-462
  • DOI: 10.1093/cercor/bhaa236
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] スギ花粉症舌下免疫療法の効果の評価に向けた網羅的計測データの多因子的解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中谷明弘
  • 学会等名: 第4回日本アレルギー学会関東地方会
  • 招待講演
• [図書] 東大式 生命データサイエンス即戦力講座 (2021)
  • 著者名/発表者名: DSTEP教材作成委員会
  • 総ページ数: 344
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758121170
• [産業財産権] 集積集合データの製造装置、製造方法、プログラム、および記録媒体 (2019)
  • 発明者名: 中谷明弘, 小林香織, 竹之内隆夫, 上條憲一
  • 権利者名: 中谷明弘, 小林香織, 竹之内隆夫, 上條憲一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-113456
  • 出願年月日: 2019