マルチスケール精神疾患データの疎性モデリング解析

2021 年度 実績報告書

• 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
• キーワード: ゲノムコホート / 高次元変数選択法 / 遺伝子×環境相互作用 / 機械学習

研究実績の概要

令和3年度には、これまでの研究で開発し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; 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（STMGP; Smooth Threshold Multivariate Genetic Prediction）、さらにはマルチオミックスのような非線形データからの特徴抽出に適した枠組み（HSIC-Lasso）を、遺伝子×環境相互作用データの実データに適用してきた。実データとして、東北メディカル・メガバンク機構で取得された数万人レベルのうつ傾向スコア（K6やCES-D）、Autism-Spectrum Quotient（AQ）スコア、認知機能データ、MRIデータ、メタボロミクスデータや全ゲノム配列データなど大規模ゲノムコホートデータに適用した。
具体的な手順として、まずは、これまで実装の終了しているSIS、STMGP、HSIC-Lassoについて、東北メディカル・メガバンク機構のスーパーコンピュータ上で、東北メディカル・メガバンク機構のゲノムコホートで取得された健康診断データを応答変数と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行ってきた。このようなソフトウェアプログラムや解析結果、リソースを、他の班員のデータ分析支援に役立てるための準備を進めている。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

すでに開発を終えている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、リスク予測を行っている。これらは当初計画どおりの進捗である。

今後の研究の推進方策

これまで、申請者ら自身が開発を行ってきた超高次元変数選択法SIS（Sure Independence Screening）の手法や、周辺回帰をリッジ回帰の重みとして用いる柔軟手法STMGP（Smooth Threshold Multivariate Genetic Prediction）をさらに発展させ、更には、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うことで、実際の国内最大級のゲノムコホートデータでの相互作用解析への適用を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Two Siblings with Cerebellar Ataxia, Mental Retardation, and Disequilibrium Syndrome 4 and a Novel Variant of ATP8A2 (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 ページ: 321～326
  • DOI: 10.1620/tjem.2022.J010
  • 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 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 Xue、Ono Chiaki、Warita Noriko、Shoji Tomoka、Nakagawa Takashi、Usukura Hitomi、Yu Zhiqian、Takahashi Yuta、Ichiji Kei、Sugita Norihiro、Kobayashi Natsuko、Kikuchi Saya、Kunii Yasuto、Murakami Keiko、Ishikuro Mami、Obara Taku、Nakamura Tomohiro、Nagami Fuji、Takai Takako、Ogishima Soichi、Tamiya Gen et al.
  • 雑誌名: Frontiers in Psychiatry 巻: 12 ページ: 799029
  • DOI: 10.3389/fpsyt.2021.799029
  • 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 ページ: 63～67
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2021.08.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Body mass index and colorectal cancer risk: A Mendelian randomization study (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki S, Goto A, Nakatochi M, Narita A, Yamaji T, Sawada N, Katagiri R, Iwagami M, Hanyuda A, Hachiya T, Sutoh Y, Oze I, Koyanagi YN, Kasugai Y, Taniyama Y, Ito H, Ikezaki H, Nishida Y, Tamura T, Mikami H, Takezaki T, Suzuki S, Ozaki E, Kuriki K, Takashima N, Arisawa K, Takeuchi K, Tanno K, Shimizu A, Tamiya G, et al.
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 112 ページ: 1579～1588
  • DOI: 10.1111/cas.14824
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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, J Sugawara.
  • 雑誌名: Biological and Pharmaceutical Bulletin 巻: 44 ページ: 804～815
  • DOI: 10.1248/bpb.b20-01043
  • 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 K, Kojima K, Shirota M, Yamasaki K, Motoike I N, Hozawa A, Ogishima S, Minegishi N, Tanno K, Katsuoka F, Tamiya G, Aiba S, Yamamoto M, Kinoshita K.
  • 雑誌名: Journal of Investigative Dermatology 巻: 141 ページ: 2749～2752
  • DOI: 10.1016/j.jid.2021.02.762
  • 査読あり
• [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 ページ: 399～410
  • DOI: 10.1093/jb/mvab060
  • 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 ページ: －
  • DOI: 10.1093/g3journal/jkab278
  • 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 ページ: 1415～1424
  • DOI: 10.1038/s41588-021-00931-x
  • 査読あり / 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 S, Nagaie S, Mizuno S, Ishiwata R, Iida K, Shimokawa K, Takai-Igarashi T, Nakamura N, Nagase S, Nakamura T, Tsuchiya N, Nakaya N, Murakami K, Ueno F, Onuma T, Ishikuro M, Obara T, Mugikura S, Tomita H, Uruno A, Kobayashi T, Tsuboi A, Tadaka S, Katsuoka F, Narita A, Sakurai M, Makino S, Tamiya G, Aoki Y, et al.
  • 雑誌名: Human Genome Variation 巻: 8 ページ: －
  • 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 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