疾患に関連するゲノム解析のための統合化された情報処理基盤の構築

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K07222
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中谷 明弘 大阪大学, 医学系研究科, 特任教授(常勤) (60301149)
• 研究分担者: 今井 敦子 大阪大学, 医学系研究科, 特任助教(常勤) (70761691) ; 菊地 正隆 大阪大学, 医学系研究科, 特任助教(常勤) (90722538)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ゲノム解析 / シーケンサ / マイクロアレイ / ヒト疾患関連変異 / 解析ソフトウェア / データベース

研究実績の概要

【情報抽出パイプラインの開発】次世代シーケンサ（Illumina HiSeq）による全エクソン配列解析（WES解析）パイプラインおよび全ゲノム配列解析（WGS解析）パイプラインを構築した。RNA-seq解析パイプラインおよびDNAメチル化解析パイプラインを構築した。網羅的染色体高次構造解析のための環境の整備も進めた。また、高密度アレイ（Affymetrix Axiom/GeneChip）によるコピー数変異解析（CNV解析）を対象としたGWAS解析パイプラインを構築した。
【コントロール検体群の準備】米国Coriell Instituteから購入した1000ゲノムプロジェクトの日本人DNAサンプル10検体（男女各5検体ずつ）のIllumina HiSeq 2500による全エクソン配列の解読（WES解析）を行った。キャプチャキットとしてAgilent SureSelect All Human Exon V6を用いた。その一部（男女2検体ずつ）は同キットV5も用いて全エクソン配列の解読を行い、さらにその一部（男女1検体ずつ）は全ゲノム配列の解読（WGS解析）を行った。
【変異情報データベースの構築】上記コントロール検体群の次世代シーケンサ出力（FASTQ形式）を構築したパイプラインで処理し、注釈情報の付与された変異情報（VCF形式）を獲得した。各検体の変異情報の集計を行ってデータベース化を進めている。また、B型肝炎に関連した検体群（疾患群および対照群を含む約2,000検体）のAffymetrix Axiom/GeneChipによるコピー数変異（CNV）の抽出を行ってデータベース化を進めている。
【変異領域の探索手法の開発】常染色体劣性遺伝の疾患ハプロタイプ（遺伝子型の並びパタン）を探索するソフトウェア（HDR）の改良を行い、ホモ接合変異のみだけではなくヘテロ接合変異等も探索の対象に扱えるようにした（HDR改）。特定の遺伝子型が連続している領域を途中の短い不連続領域を許容しながら抽出するソフトウェアを開発した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

情報抽出パイプラインや解析用ソフトウェアの開発は順調に進捗しており、次年度以降に予定していた実データへの適用も既に行えるに至っている。次世代シーケンサや高密度アレイによる変異情報（SNV/InDelおよびCNV）の蓄積に加えて、遺伝子発現解析や遺伝子共発現ネットワーク解析、薬剤応答に関係するDNAメチル化サイトの同定、網羅的染色体高次構造データの統計解析などを実施している。コントロール検体群として1000ゲノムプロジェクトの日本人検体（MGP00009, PANEL OF 120 JAPANESE IN TOKYO, JAPAN）から選抜した10検体を準備した。文献化されている既存研究の結果や1000ゲノムプロジェクトによって公開されている全エクソン配列解析のデータ（Agilent SureSelect All Human Exon V2）の主成分分析を行った結果に基づいて解析対象の検体を選抜した。配列の解読は外部委託（タカラバイオ（株））にて実施して、未加工のシーケンサ出力（FASTQ形式）を入手した。検体の一部は異なる方法（WES解析のキャプチャキット違いとWGS解析）で重複して変異情報を獲得している。変異領域の探索手法の開発に関しては、実際の臨床データを用いて家系内での疾患変異の同定を行った。また、ミトコンドリア病における新規変異の同定および発症前血液を用いての早期診断の可能性を検討した。

今後の研究の推進方策

変異情報データベースの構築を中心として推進する。データベース全体を俯瞰的に可視化する描画システムの構築を行う。異なる方法で重複して変異情報を獲得した検体データを用いて解析結果の検証を行う。パイプライン、データベース、およびソフトウェアの開発を継続して、実データの解析に応じた改良や拡張を行いながら維持する。

次年度使用額が生じた理由

情報抽出パイプラインが順調に稼働して安定した結果が得られるようになったことにより、次世代シーケンサの全ての出力データを外部委託に頼らずに処理できたため、当初予定よりも低廉に変異情報を獲得できたことにより次年度使用額を生じた。また、当初予定した外国旅費を別経費（講座独自の研究費）で賄うことができたために次年度使用額を生じた。

次年度使用額の使用計画

変異情報データベースの構築に必要となる環境整備に充当する。特にデータベースの検索と描画の高速化のためのシステム開発に使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of clozapine on DNA methylation in peripheral leukocytes from patients with treatment-resistant schizophrenia (2017)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M, Numata S, Tajima A, Yamamori H, Yasuda Y, Fujimoto M, Watanabe S, Umehara H, Shimodera S, Nakazawa T, Kikuchi M, Nakaya A, Hashimoto H, Imoto I, Hashimoto R, and Ohmori T
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 18 ページ: 632
  • DOI: 10.3390/ijms18030632
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of core gene networks and hub genes associated with progression of nonalcoholic fatty liver disease by RNA sequencing (2017)
  • 著者名/発表者名: Hotta K, Kikuchi M, Kitamoto T, Kitamoto A, Ogawa Y, Honda Y, Kessoku T, Kobayashi K, Yoneda, M, Imajo K, Tomeno W, Nakaya A, Suzuki Y, Saito S, and Nakajima A
  • 雑誌名: Hepatology Research 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1111/hepr.12877
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dried blood spots for newborn screening allows easy determination of a high heteroplasmy rate in severe infantile cardiomyopathy (2016)
  • 著者名/発表者名: Imai A, Kishita Y, Nakayama Y, Fujita S, Futatani T, Kohda M, Yatsuka Y, Nakaya A, Sakata Y, Murayama K, Ohtake A, Okazaki Y
  • 雑誌名: International Journal of Cardiology 巻: 221 ページ: 446-449
  • DOI: 10.1016/j.ijcard.2016.06.287
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Differential gene expression profiles in neurons generated from lymphoblastoid B-cell line-derived iPS cells from monozygotic twin cases with treatment-resistant schizophrenia and discordant responses to clozapine (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakazawa T, Kikuchi M, Ishikawa M, Yamamori H, Nagayasu K, Matsumoto T, Fujimoto M, Yasuda Y, Fujiwara M, Okada S, Matsumura K, Kasai K, Takano A H, Shintani N, Numata S, Takuma K, Akamatsu W, Okano H, Nakaya A, Hashimoto H, and Hashimoto R
  • 雑誌名: Schizophrenia Research 巻: 181 ページ: 75-82
  • DOI: 10.1016/j.schres.2016.10.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] HDR: a statistical two-step approach successfully identifies disease genes in autosomal recessive families (2016)
  • 著者名/発表者名: Imai A, Kohda M, Nakaya A, Sakata Y, Murayama K, Ohtake A, Lathrop M, Okazaki Y, Ott J
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: 61 ページ: 959-963
  • DOI: 10.1038/jhg.2016.85
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] The prediction method of deleterious variants for Alzheimer's disease using chromatin higher-order structure (2017)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi M, Hara N, Hasegawa M, Miyashita A, Kuwano R, Ikeuchi T, and Nakaya A
  • 学会等名: The 7th BRI International Symposium 2017
  • 発表場所: Brain Research Institute, Niigata University
  • 年月日: 2017-03-10 – 2017-03-11
• [学会発表] アルツハイマー病感受性領域が近接する染色体領域の同定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 菊地正隆, 原範和, 長谷川舞衣, 宮下哲典, 桑野良三, 池内健, 中谷明弘
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-01
• [学会発表] Identification of chromosomal regions interacting with susceptibility loci for Alzheimer’s disease (2016)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi M, Hara N, Hasegawa M, Miyashita A, Kuwano R, Ikeuchi T, and Nakaya A
  • 学会等名: Alzheimer's Association International Conference (AAIC) 2016
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 年月日: 2016-07-22 – 2016-07-28
  • 国際学会