マルチスケール精神病データの疎性モデリング解析

• 研究領域: マルチスケール精神病態の構成的理解
• 研究課題/領域番号: 19H05200
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 田宮 元 東北大学, 医学系研究科, 教授 (10317745)
• 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: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 疎性モデリング / 人工知能 / 機械学習 / ゲノムリスク予測 / ゲノムコホート / 高次元変数選択法 / 遺伝子×環境相互作用

研究開始時の研究の概要

全相互作用効果の周辺回帰スクリーニングとそれに引き続く罰則回帰による変数選択を組み合わせた高次元変数選択の枠組み（SIS; Sure Independence Screening）ならびに、周辺回帰ランキング統計量を重みに用いたリッジ回帰の枠組みを、遺伝子×環境相互作用データの実データに適用可能となるよう拡張する。特に、各種コーディング法によるランキング統計量の分布について詳細な検証を行い、ソフトウェアの最適化を行う。

研究実績の概要

前年度に完成した遺伝子×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について、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、この手法の妥当性を検証した。
具体的には、これまで作成してきた疎性モデリングのアルゴリズムを実装したソフトウェアプログラムを用いて、宮城県住民を対象とした東北メディカル・メガバンク機構の前向きゲノムコホートで取得されていた環境暴露データについて、各変数のコーディングを行った。次に、この前向きゲノムコホートで取得されていた100万程度のSNPsのジェノタイプデータを取り込みを行った。特に、SNPのクラスタリングエラーが相互作用検索時に深刻な偽陽性を生むことが知られているため、各SNPのクラスタリングに関するQCデータを利用し、低いクオリティのデータを事前に排除した。上記のデータをテストデータとして高次元変数選択法ソフトウェアにかけ、横断的な健康診断データを応答変数に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試みた。さらに、うつ傾向スコア（CES-D）に適用して、ゲノムリスク予測を実施した。その結果、現在主流となっているPRS（ポリジェニックリスクスコア）の推定法であるP+Tなどの既存手法よりも高い予測性能を達成した。
このことは、ゲノムコホートからの精神健康状態に関するマルチスケールデータへ適用によって、遺伝子×遺伝子ならびに遺伝子×環境相互作用の解析が実行可能となり、リスク予測に有用である可能性を示している。この成果について、国際専門誌に論文発表を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Study Profile of the Tohoku Medical Megabank Community-Based Cohort Study (2021)
  • 著者名/発表者名: Hozawa A, Tanno K, Nakaya N, Nakamura T, Tsuchiya N, Hirata T, Narita A, Kogure M, Nochioka K, Sasaki R, Takanashi N, Otsuka K, Sakata K, Kuriyama S, Kikuya M, 13名略, Kobayashi T, 53名略, Yamamoto M.
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｐｉｄｅｍｉｏｌｏｇｙ 巻: 31 号: 1 ページ: 65-76
  • DOI: 10.2188/jea.JE20190271
  • NAID: 130007966030
  • ISSN: 0917-5040, 1349-9092
  • 年月日: 2021-01-05
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Construction and integration of three de novo Japanese human genome assemblies toward a population-specific reference (2021)
  • 著者名/発表者名: Takayama Jun、Tadaka Shu、Yano Kenji、Katsuoka Fumiki、Gocho Chinatsu、Funayama Takamitsu、Makino Satoshi、Okamura Yasunobu、Kikuchi Atsuo、Sugimoto Sachiyo、Kawashima Junko、Otsuki Akihito、Sakurai-Yageta Mika、Yasuda Jun、Kure Shigeo、Kinoshita Kengo、Yamamoto Masayuki、Tamiya Gen
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 226-226
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20146-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide meta-analysis identifies 127 open-angle glaucoma loci with consistent effect across ancestries (2021)
  • 著者名/発表者名: Gharahkhani Puya、et al. (Tamiya Gen; 44th in 86 authors)
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 1258-1258
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20851-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Improved metabolomic data-based prediction of depressive symptoms using nonlinear machine learning with feature selection (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, Y., Ueki, M., Yamada, M. et al.
  • 雑誌名: Translational Psychiatry 巻: 10 号: 1 ページ: 157-157
  • DOI: 10.1038/s41398-020-0831-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Artificial intelligence powered statistical genetics in biobanks (2020)
  • 著者名/発表者名: Narita Akira、Ueki Masao、Tamiya Gen
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: 66 号: 1 ページ: 61-65
  • DOI: 10.1038/s10038-020-0822-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clustering by phenotype and genome-wide association study in autism (2020)
  • 著者名/発表者名: Narita Akira, Nagai Masato, Mizuno Satoshi, Ogishima Soichi et al.
  • 雑誌名: Translational Psychiatry 巻: 10 号: 1 ページ: 290-290
  • DOI: 10.1038/s41398-020-00951-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Machine learning for effectively avoiding overfitting is a crucial strategy for the genetic prediction of polygenic psychiatric phenotypes (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, Y., Ueki, M., Tamiya, G. et al.
  • 雑誌名: Translational Psychiatry 巻: 10 号: 1 ページ: 294-294
  • DOI: 10.1038/s41398-020-00957-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Machine learning to reveal hidden risk combinations for the trajectory of posttraumatic stress disorder symptoms (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Yuta、Yoshizoe Kazuki、Ueki Masao、Tamiya Gen、Zhiqian Yu、Utsumi Yusuke、Sakuma Atsushi、Tsuda Koji、Hozawa Atsushi、Tsuji Ichiro、Tomita Hiroaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-020-78966-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide association study identifies new loci for albuminuria in the Japanese population (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Clinical and Experimental Nephrology 巻: 印刷中 号: 8 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1007/s10157-020-01884-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cohort Profile: Tohoku Medical Megabank Project Birth and Three-Generation Cohort Study (TMM BirThree Cohort Study): Rationale, progress and perspective (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuriyama S, Metoki H, Kikuya M, Obara T, Ishikuro M, Yamanaka C, Nagai M, Matsubara H, Kobayashi T, 57名略, Yamamoto M.
  • 雑誌名: Int J Epidemiol. 巻: 49 号: 1 ページ: 18
  • DOI: 10.1093/ije/dyz169
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Establishment of Integrated Biobank for Precision Medicine and Personalized Healthcare: The Tohoku Medical Megabank Project (2019)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: JMA Journal 巻: 2 号: 2 ページ: 113-122
  • DOI: 10.31662/jmaj.2019-0014
  • NAID: 130007713815
  • ISSN: 2433-328X, 2433-3298
  • 年月日: 2019-09-04
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Automated acquisition of explainable knowledge from unannotated histopathology images (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Yoichiro、Tsuzuki Toyonori、Akatsuka Jun、Ueki Masao、Morikawa Hiromu、Numata Yasushi、Takahara Taishi、Tsuyuki Takuji、Tsutsumi Kotaro、Nakazawa Ryuto、Shimizu Akira、Maeda Ichiro、Tsuchiya Shinichi、Kanno Hiroyuki、Kondo Yukihiro、Fukumoto Manabu、Tamiya Gen、Ueda Naonori、Kimura Go
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 5642-5642
  • DOI: 10.1038/s41467-019-13647-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Illuminating Clues of Cancer Buried in Prostate MR Image: Deep Learning and Expert Approaches (2019)
  • 著者名/発表者名: Akatsuka Jun、Yamamoto Yoichiro、Sekine Tetsuro、Numata Yasushi、Morikawa Hiromu、Tsutsumi Kotaro、Yanagi Masato、Endo Yuki、Takeda Hayato、Hayashi Tatsuro、Ueki Masao、Tamiya Gen、Maeda Ichiro、Fukumoto Manabu、Shimizu Akira、Tsuzuki Toyonori、Kimura Go、Kondo Yukihiro
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 9 号: 11 ページ: 673-673
  • DOI: 10.3390/biom9110673
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GWAS with principal component analysis identifies a gene comprehensively controlling rice architecture (2019)
  • 著者名/発表者名: Yano Kenji、Morinaka Yoichi、Wang Fanmiao、Huang Peng、Takehara Sayaka、Hirai Takaaki、Ito Aya、Koketsu Eriko、Kawamura Mayuko、Kotake Kunihiko、Yoshida Shinya、Endo Masaki、Tamiya Gen、Kitano Hidemi、Ueguchi-Tanaka Miyako、Hirano Ko、Matsuoka Makoto
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 号: 42 ページ: 21262-21267
  • DOI: 10.1073/pnas.1904964116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In Vivo Expression of NUP93 and Its Alteration by NUP93 Mutations Causing Focal Segmental Glomerulosclerosis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto T, Harita Y, Takizawa K, Urae S, Ishizuka K, Miura K, Horita S, Ogino D, Tamiya G, Ishida H, Mitsui T, Hayasaka K, Hattori M.
  • 雑誌名: Kidney Int Rep 巻: 4(9) 号: 9 ページ: 1312-1322
  • DOI: 10.1016/j.ekir.2019.05.1157
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quick assessment for systematic test statistic inflation/deflation due to null model misspecifications in genome-wide environment interaction studies (2019)
  • 著者名/発表者名: Ueki Masao、Fujii Masahiro、Tamiya Gen、for Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative and the Alzheimer’s Disease Metabolomics Consortium
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 号: 7 ページ: e0219825-e0219825
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0219825
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 3.5KJPNv2: an allele frequency panel of 3552 Japanese individuals including the X chromosome (2019)
  • 著者名/発表者名: Tadaka S. et al. Koshiba S. et al. Kinoshita K.（合計２５名、本研究者は１４番目）
  • 雑誌名: Hum Genome Var 巻: 6 号: 1 ページ: 28-28
  • DOI: 10.1038/s41439-019-0059-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The prevalence of GALM mutations that cause galactosemia: A database of functionally evaluated variants (2019)
  • 著者名/発表者名: Iwasawa Shinya、Kikuchi Atsuo、Wada Yoichi、Arai-Ichinoi Natsuko、Sakamoto Osamu、Tamiya Gen、Kure Shigeo
  • 雑誌名: Molecular Genetics and Metabolism 巻: 印刷中 号: 4 ページ: 362-367
  • DOI: 10.1016/j.ymgme.2019.01.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimating carrier frequencies of newborn screening disorders using a whole-genome reference panel of 3552 Japanese individuals (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi-Kabata, Y.,（途中略）,Koshiba, S., （途中略）, Tohoku Medical Megabank Project Study Group.（合計１9名、本研究者は５番目）
  • 雑誌名: Hum. Genet. 巻: 印刷中 号: 4 ページ: 389-409
  • DOI: 10.1007/s00439-019-01998-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Outlier detection for questionnaire data in biobanks (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakurai Rieko、Ueki Masao、Makino Satoshi、Hozawa Atsushi、Kuriyama Shinichi、Takai-Igarashi Takako、Kinoshita Kengo、Yamamoto Masayuki、Tamiya Gen
  • 雑誌名: International Journal of Epidemiology 巻: 印刷中 号: 4 ページ: 1305-1315
  • DOI: 10.1093/ije/dyz012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Respiratory resistance among adults in a population-based cohort study in Northern Japan. (2019)
  • 著者名/発表者名: Miura E, Tsuchiya N, Igarashi Y, Arakawa R, Nikkuni E, Tamai T, Tabata M, Ohkouchi S, Irokawa T, Ogawa H, Takai-Igarashi T, Suzuki Y, Kuriyama S, Tamiya G, Hozawa A, Yamamoto M, Kurosawa H.
  • 雑誌名: Respiratory Investigation 巻: 印刷中 号: 3 ページ: 30226-0
  • DOI: 10.1016/j.resinv.2018.12.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth impairment in individuals with citrin deficiency (2019)
  • 著者名/発表者名: Numakura Chikahiko、Tamiya Gen、Ueki Masao、Okada Tomoo、Maisawa Shun-ichi、Kojima-Ishii Kanako、Murakami Jun、Horikawa Reiko、Tokuhara Daisuke、Ito Koichi、Adachi Masanori、Abiko Takahiro、Mitsui Tetsuo、Hayasaka Kiyoshi
  • 雑誌名: Journal of Inherited Metabolic Disease 巻: 42 号: 3 ページ: 501-508
  • DOI: 10.1002/jimd.12051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Susceptibility Loci for Tanning Ability in the Japanese?Population Identified by a?Genome-Wide?Association Study from the Tohoku Medical Megabank Project Cohort Study (2019)
  • 著者名/発表者名: Shido Kosuke、Kojima Kaname、Yamasaki Kenshi、Hozawa Atsushi、Tamiya Gen、Ogishima Soichi、Minegishi Naoko、Kawai Yosuke、Tanno Kozo、Suzuki Yoichi、Nagasaki Masao、Aiba Setsuya
  • 雑誌名: Journal of Investigative Dermatology 巻: epub 号: 7 ページ: 1605-1608.e13
  • DOI: 10.1016/j.jid.2019.01.015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 日本人基準ゲノムJG1の構築とクリニカルシークエンシングへの応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田宮 元
  • 学会等名: Scientific Meeting in Osaka
  • 招待講演
• [学会発表] 機械学習・人工知能技術を用いたゲノムリスク予測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田宮 元
  • 学会等名: 第46回東北眼疾患病態研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 日本人基準ゲノム配列を用いた家族性疾患の遺伝子同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田宮 元
  • 学会等名: 第25回日本家族性腫瘍学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 人工知能・機械学習手法による大規模ゲノムコホート解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田宮 元
  • 学会等名: 第71回日本皮膚科学会西部支部学術大会
  • 招待講演
• [備考] 東北大学・東北メディカルメガバンク機構・リスク統計解析室
  • URL: http://www.genetix-h.com/~AMERI/index.html