機械学習による疾患ゲノムからの2型糖尿病リスク層別化・サブタイプ分類

• 研究課題/領域番号: 19K17962
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分54040:代謝および内分泌学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 鈴木 顕 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (90838806)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: ２型糖尿病 / 病型分類 / 2型糖尿病 / ゲノム / ポリジェニック・リスク・スコア / 機械学習 / 遺伝統計学

研究開始時の研究の概要

本研究では「遺伝情報により2型糖尿病発症リスクおよびその表現型はどのように規定されるか」という医学的に重要な問いに対して、以下の3つの方法で取り組む。
①：トレーニングデータを用いた2型糖尿病感受性遺伝子変異の選定
②：既存アルゴリズムを適用した2型糖尿病発症リスクの層別化とサブタイプ分類
③：新規機械学習アルゴリズムの開発によるリスク層別化・サブタイプ分類の精度向上

研究成果の概要

２０１９年度、２０２０年度を通じて、１．トレーニングデータを用いた2型糖尿病感受性遺伝子変異の選定、２．各種既存アルゴリズムを適用した2型糖尿病発症リスクの層別化、３．新規機械学習アルゴリズムの開発によるリスク層別化の精度向上、の３つの課題を実施した。これらの知見により、同等の２型糖尿病発症リスクを有する被検者であっても、パスウェイ・クラスターPRSに基づきその病型の評価が可能になることが期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ポリジェニック・リスク・スコア（以下、PRS）を用いた遺伝情報による疾患発症リスクの推定は欧米人集団においては進展していたが、日本人集団においては発展途上であった。本研究を通じて２型糖尿病の日本人集団におけるPRSの研究が促進され、２型糖尿病発症予測の実現に一歩近づいた。また、PRSでは２型糖尿病の病型分類はできないが、本研究を通じて開発された各種アルゴリズムにより２型糖尿病の多様性を見ることが可能になった。今後２型糖尿病の病型による治療の個別化が望まれる。

研究成果

• [国際共同研究] University of North Calorina/University of Massachusetts/Vanderbilt University Medical Center(米国)
• [国際共同研究] National Institute of Health/Seoul National University Hospital/Hallym University(韓国)
• [国際共同研究] University of Oxford/Imperial College London/London North West Healthcare NHS Trust(英国)
• [国際共同研究] The Chinese University of Hong Kong/Institute of Biomedical Sciences/Chinese Academy of Medical Sciences(中国)
• [国際共同研究] National University of Singapore/Nanyang Technological University/Singapore National Eye Centre(シンガポール)
• [雑誌論文] Natural Selection Signatures Are Linked to Genetic Risk of Modern Phenotypes in the Japanese Population (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Yasumizu, Saori Sakaue, Takahiro Konuma, Ken Suzuki, Koichi Matsuda, Yoshinori Murakami, Michiaki Kubo, Pier Francesco Palamara, Yoichiro Kamatani, Yukinori Okada
  • 雑誌名: Molecular Biology and Evolution 巻: 37 号: 5 ページ: 1306-1316
  • DOI: 10.1093/molbev/msaa005
  • 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] Genome-wide association meta-analysis identifies GP2 gene risk variants for pancreatic cancer (2020)
  • 著者名/発表者名: Lin Y, Nakatochi M, Hosono Y, Ito H, Kamatani Y, Inoko A, Sakamoto H, Kinoshita F, Kobayashi Y, Ishii H, Yamaji T,et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 3175-3175
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16711-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Large-scale genome-wide association study in a Japanese population identifies novel susceptibility loci across different diseases (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki K, Akiyama M, Kanai M, Takahashi A, Kawakami E, Sugishita H, Sakaue S, Matoba N, Low SK, Okada Y, Yamaji T, et al
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 52 号: 7 ページ: 669-679
  • DOI: 10.1038/s41588-020-0640-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of type 2 diabetes loci in 433,540 East Asian individuals. (2020)
  • 著者名/発表者名: Spracklen, C.N., Horikoshi, M., Kim, Y.J., Lin K, Bragg F, Nakatochi M, et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 印刷中 号: 7811 ページ: 240-245
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2263-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Clinical usefulness of multigene screening with phenotype-driven bioinformatics analysis for the diagnosis of patients with monogenic diabetes or severe insulin resistance (2020)
  • 著者名/発表者名: Hosoe Jun, ... Fujiwara Toyofumi et al.
  • 雑誌名: Diabetes Research and Clinical Practice 巻: 169 ページ: 108461-108461
  • DOI: 10.1016/j.diabres.2020.108461
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Increased levels of plasma nucleotides in patients with rheumatoid arthritis (2020)
  • 著者名/発表者名: Kishikawa T、Maeda Y、Nii T、Arase N、Hirata J、Suzuki K、Yamamoto K、Masuda T、Ogawa K、Tsuji S、Matsushita M、Matsuoka H、Yoshimura M、Tsunoda S、Ohshima S、Narazaki M、Ogata A、Saeki Y、Inohara H、Kumanogoh A、Takeda K、Okada Y
  • 雑誌名: International Immunology 巻: 33 号: 2 ページ: 119-124
  • DOI: 10.1093/intimm/dxaa059
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Large scale genome-wide association study in a Japanese population identified 45 novel susceptibility loci for 22 diseases (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuyoshi Ishigaki, Ken Suzuki, et al.
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: In Press
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Next-generation sequencing identifies contribution of both class I and II HLA genes on susceptibility of multiple sclerosis in Japanese (2019)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, Kotaro; Okuno, Tatsusada; Hosomichi, Kazuyoshi; Hosokawa, Akiko; Hirata, Jun; Suzuki, Ken; Sakaue, Saori; Kinoshita, Makoto; Asano, Yoshihiro; Miyamoto, Katsuichi
  • 雑誌名: Journal of neuroinflammation 巻: 16 号: 1 ページ: 162-162
  • DOI: 10.1186/s12974-019-1551-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Transethnic Mendelian Randomization Study Identifies Causality of Obesity on Risk of Psoriasis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ogawa K, Stuart PE, Tsoi LC, Suzuki K, Nair RP, Mochizuki H, Elder JT, Okada Y.
  • 雑誌名: J Invest Dermatol 巻: 115 号: 6 ページ: 1397-1400
  • DOI: 10.1016/j.jid.2018.11.023
  • 査読あり / 国際共著