マルチスケール精神疾患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: 21H00179
• 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): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021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: ゲノムコホート / 高次元変数選択 / 遺伝子×環境相互作用 / 機械学習 / 人工知能 / ゲノム解析 / ビッグデータ / 高次元変数選択法

研究開始時の研究の概要

疾患発症に効果を持つ環境因子と遺伝子を同定するためのゲノムコホートデータは、サンプル数に対して推定すべきパラメータの数が圧倒的に多いいわゆる小標本高次元の特徴を持ち、典型的なスパース（疎性）データである。このようなデータから、柔軟かつ高速に効果因子を抽出するために、疎性モデリングを利用した遺伝統計ソフトウェアプログラムを開発済みである。それらを、実際に国内最大級の前向きゲノムコホートのデータ（横断および前向き）の分析に適用して、健康診断値変化（量的データ）および疾患発症（二値データ）に寄与する相互作用候補を同定する。

研究実績の概要

疾患発症に効果を持つ環境因子と遺伝子を同定するためのゲノムコホートデータは、サンプル数に対して推定すべきパラメータの数が圧倒的に多いいわゆる小標本高次元の特徴を持ち、典型的なスパース（疎性）データである。このようなデータから、柔軟かつ高速に効果因子を抽出するために、疎性モデリングを利用した遺伝統計ソフトウェアプログラムを開発済みである。それらを、実際に国内最大級の前向きゲノムコホートのデータ（横断および前向き）の分析に適用して、健康診断値変化（量的データ）および疾患発症（二値データ）に寄与する相互作用候補をリストアップすることを目的としている。令和4年度には、これまでの研究で開発してきた超高次元変数選択法ソフトウェアを、東北メディカル・メガバンクの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して、遺伝子×遺伝子ならびに遺伝子×環境相互作用の解析を実行し、リスク予測を進めてきた。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）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（STMGP）を、実データに大規模に適用した。また、HSIC-Lassoなどを用いて非線形のマルチスケールデータからの柔軟な特徴抽出を行った。前年度の計算結果について、UKバイオバンクのような大規模な海外の前向きゲノムコホート、また、JMICのような国内の大規模な前向きゲノムコホートを用いた検証を行っており、すべての集団について前向きに取得された疾患データや健康診断データを利用し、これらの応答変数に対して効果を持つ相互作用を検索した。これらの手順を繰り返すことで、疾患感受性に寄与する相互作用候補をリストアップした。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4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] Implicating genes, pleiotropy, and sexual dimorphism at blood lipid loci through multi-ancestry meta-analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Kanoni Stavroula、Graham Sarah E.、Wang Yuxuan、Surakka Ida、Ramdas Shweta、...、Narita Akira、...、Tamiya Gen、...、Peloso Gina M.
  • 雑誌名: Genome Biology 巻: 23 号: 1 ページ: 268-268
  • DOI: 10.1186/s13059-022-02837-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Familial Paget’s disease of bone with ocular manifestations and a novel TNFRSF11A duplication variant (72dup27) (2022)
  • 著者名/発表者名: Saito-Hakoda Akiko、Kikuchi Atsuo、Takahashi Tadahisa、Yokoyama Yu、Himori Noriko、Adachi Mika、Ikeda Ryoukichi、Nomura Yuri、Takayama Jun、Kawashima Junko、Katsuoka Fumiki、Fujishima Fumiyoshi、Yamaguchi Takehiko、Ito Akiyo、Hanita Takushi、Kanno Junko、Aizawa Toshimi、Nakazawa Toru、Kawase Tetsuaki、Tamiya Gen et al.
  • 雑誌名: Journal of Bone and Mineral Metabolism 巻: 41 号: 2 ページ: 193-202
  • DOI: 10.1007/s00774-022-01392-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genome-wide association study of the risk of chronic kidney disease and kidney-related traits in the Japanese population: J-Kidney-Biobank (2022)
  • 著者名/発表者名: Sugawara Yuka、Hirakawa Yosuke、Nagasu Hajime、Narita Akira、Katayama Akihiro、Wada Jun、Shimizu Miho、Wada Takashi、Kitamura Hiromasa、Nakano Toshiaki、Yokoi Hideki、Yanagita Motoko、Goto Shin、Narita Ichiei、Koshiba Seizo、Tamiya Gen、Nangaku Masaomi、Yamamoto Masayuki、Kashihara Naoki
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: 68 号: 2 ページ: 55-64
  • DOI: 10.1038/s10038-022-01094-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pathological variants in genes associated with disorders of sex development and central causes of hypogonadism in a whole-genome reference panel of 8380 Japanese individuals (2022)
  • 著者名/発表者名: Shiga Naomi、Yamaguchi-Kabata Yumi、Igeta Saori、Yasuda Jun、Tadaka Shu、Minato Takamichi、Watanabe Zen、Kanno Junko、Tamiya Gen、Fuse Nobuo、Kinoshita Kengo、Kure Shigeo、Kondo Akiko、Tachibana Masahito、Yamamoto Masayuki、Yaegashi Nobuo、Sugawara Junichi
  • 雑誌名: Human Genome Variation 巻: 9 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41439-022-00213-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Construction of a trio-based structural variation panel utilizing activated T lymphocytes and long-read sequencing technology. (2022)
  • 著者名/発表者名: Otsuki A, Okamura Y, Ishida N, Tadaka S, Takayama J, Kumada K, Kawashima J, Taguchi K, Minegishi N, Kuriyama S, Tamiya G, Kinoshita K, Katsuoka F, Yamamoto M.
  • 雑誌名: Commun Biol. 巻: 5 号: 1 ページ: 991-991
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03953-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A multi-layer functional genomic analysis to understand noncoding genetic variation in lipids (2022)
  • 著者名/発表者名: Ramdas Shweta、Judd Jonathan、Graham Sarah E.、Kanoni Stavroula、Wang Yuxuan、...、Narita Akira、...、Tamiya Gen、...、Brown Christopher D.
  • 雑誌名: The American Journal of Human Genetics 巻: 109 号: 8 ページ: 1366
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2022.06.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a prognostic prediction support system for cervical intraepithelial neoplasia using artificial intelligence-based diagnosis (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Takayuki、Matsuoka Hikaru、Sakurai Rieko、Akatsuka Jun、Kobayashi Yusuke、Nakamura Masaru、Iwata Takashi、Banno Kouji、Matsuzaki Motomichi、Takayama Jun、Aoki Daisuke、Yamamoto Yoichiro、Tamiya Gen
  • 雑誌名: Journal of Gynecologic Oncology 巻: 33 号: 5
  • DOI: 10.3802/jgo.2022.33.e57
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two Siblings with Cerebellar Ataxia, Mental Retardation, and Disequilibrium Syndrome 4 and a Novel Variant of <i>ATP8A2</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Narishige Yuta、Yaoita Hisao、Shibuya Moriei、Ikeda Miki、Kodama Kaori、Kawashima Aritomo、Okubo Yukimune、Endo Wakaba、Inui Takehiko、Togashi Noriko、Tanaka Soichiro、Kobayashi Yasuko、Onuma Akira、Takayama Jun、Tamiya Gen、Kikuchi Atsuo、Kure Shigeo、Haginoya Kazuhiro
  • 雑誌名: The Tohoku Journal of Experimental Medicine 巻: 256 号: 4 ページ: 321-326
  • DOI: 10.1620/tjem.2022.J010
  • ISSN: 0040-8727, 1349-3329
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heterozygous calcyclin-binding protein/Siah1-interacting protein (CACYBP/SIP) gene pathogenic variant linked to a dominant family with paucity of interlobular bile duct (2022)
  • 著者名/発表者名: Kanno Miyako、Suzuki Mitsuyoshi、Tanikawa Ken、Numakura Chikahiko、Matsuzawa Shu-ichi、Niihori Tetsuya、Aoki Yoko、Matsubara Yoichi、Makino Satoshi、Tamiya Gen、Nakano Satoshi、Funayama Ryo、Shirota Matsuyuki、Nakayama Keiko、Mitsui Tetsuo、Hayasaka Kiyoshi
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: 67 号: 7 ページ: 393-397
  • DOI: 10.1038/s10038-022-01017-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heart Rate Information-Based Machine Learning Prediction of Emotions Among Pregnant Women (2022)
  • 著者名/発表者名: Li Xu et al.
  • 雑誌名: Frontiers in Psychiatry 巻: 12 ページ: 799029-799029
  • DOI: 10.3389/fpsyt.2021.799029
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The longest reported sibling survivors of a severe form of congenital myasthenic syndrome with the ALG14 pathogenic variant (2022)
  • 著者名/発表者名: Katata Yu、Uneoka Saki、Saijyo Naoya、Aihara Yu、Miyazoe Takamitsu、Koyamaishi Shun、Oikawa Yoshitsugu、Ito Yuya、Abe Yu、Numata‐Uematsu Yurika、Takayama Jun、Kikuchi Atsuo、Tamiya Gen、Uematsu Mitsugu、Kure Shigeo
  • 雑誌名: American Journal of Medical Genetics Part A 巻: 188 号: 4 ページ: 1293-1298
  • DOI: 10.1002/ajmg.a.62629
  • 査読あり
• [雑誌論文] A patient with early-onset SMAX3 and a novel variant of ATP7A (2022)
  • 著者名/発表者名: Shibuya M, Yaoita H, Kodama K, Okubo Y, Endo W, Inui T, Togashi N, Takayama J, Tamiya G, Kikuchi A, Kure S, Haginoya K.
  • 雑誌名: Brain and Development 巻: 44 号: 1 ページ: 63-67
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2021.08.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification and Validation of Combination Plasma Biomarker of Afamin, Fibronectin and Sex Hormone-Binding Globulin to Predict Pre-eclampsia (2021)
  • 著者名/発表者名: Uchida Y, Higuchi T, Shirota M, Kagami S, Saigusa D, Koshiba S, Yasuda J, Tamiya G, Kuriyama S, Kinoshita K, Yaegashi N, Yamamoto M, Terasaki T, Sugawara J
  • 雑誌名: Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ＆ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ 巻: 44 号: 6 ページ: 804-815
  • DOI: 10.1248/bpb.b20-01043
  • NAID: 130008046709
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • 年月日: 2021-06-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Body mass index and colorectal cancer risk: A Mendelian randomization study (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Shiori, Goto Atsushi, Nakatochi Masahiro, et al.
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 112 号: 4 ページ: 1579-1588
  • DOI: 10.1111/cas.14824
  • NAID: 120007147665
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GWAS Identified IL4R and the Major Histocompatibility Complex Region as the Associated Loci of Total Serum IgE Levels in 9,260 Japanese Individuals (2021)
  • 著者名/発表者名: Shido Kosuke、Kojima Kaname、Shirota Matsuyuki、Yamasaki Kenshi、Motoike Ikuko N.、Hozawa Atsushi、Ogishima Soichi、Minegishi Naoko、Tanno Kozo、Katsuoka Fumiki、Tamiya Gen、Aiba Setsuya、Yamamoto Masayuki、Kinoshita Kengo
  • 雑誌名: Journal of Investigative Dermatology 巻: 141 号: 11 ページ: 2749-2752
  • DOI: 10.1016/j.jid.2021.02.762
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Japonica Array NEO with increased genome-wide coverage and abundant disease risk SNPs (2021)
  • 著者名/発表者名: Sakurai-Yageta M, Kumada K, Gocho C, Makino S, Uruno A, Tadaka S, Motoike I N, Kimura M, Ito S, Otsuki A, Narita A, Kudo H, Aoki Y, Danjoh I, Yasuda J, Kawame H, Minegishi N, Koshiba S, Fuse N, Tamiya G, Yamamoto M, Kinoshita K.
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 170 号: 3 ページ: 399-410
  • DOI: 10.1093/jb/mvab060
  • NAID: 40022723405
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Smooth-threshold multivariate genetic prediction incorporating gene-environment interactions (2021)
  • 著者名/発表者名: Ueki M, Tamiya G
  • 雑誌名: G3 Genes|Genomes|Genetics 巻: 11 号: 12
  • DOI: 10.1093/g3journal/jkab278
  • NAID: 120007190861
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] dbTMM: an integrated database of large-scale cohort, genome and clinical data for the Tohoku Medical Megabank Project (2021)
  • 著者名/発表者名: Ogishima Soichi et al.
  • 雑誌名: Human Genome Variation 巻: 8 号: 1 ページ: 44-51
  • DOI: 10.1038/s41439-021-00175-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The power of genetic diversity in genome-wide association studies of lipids (2021)
  • 著者名/発表者名: Graham SE, et al. (Tamiya G; 513th in 530 authors)
  • 雑誌名: Nature 巻: 600 号: 7890 ページ: 675-679
  • DOI: 10.1038/s41586-021-04064-3
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 人工知能・機械学習技術によるゲノムリスク予測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田宮 元
  • 学会等名: 第42回医療情報学連合大会
  • 招待講演
• [学会発表] 大規模バイオバンクリソースを活用した遺伝統計解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田宮 元
  • 学会等名: 千里ライフサイエンス振興財団セミナーT5
  • 招待講演
• [学会発表] 人工知能・機械学習によるゲノムリスク予測と疾患予防 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田宮 元
  • 学会等名: 21世紀メディカルAIフォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 「Global×Localな医療課題解決を目指した最先端AI研究開発」人材育成教育拠点の形成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田宮 元
  • 学会等名: 第3回日本メディカルAI学会
• [学会発表] 東北メディカル・メガバンク機構におけるGWAS・バイオバンク解析の最近の発展 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田宮 元
  • 学会等名: 日本オミックス医学会シンポジウム
  • 招待講演