Transcript DNA - 京都大学
連鎖不平衡解析による 疾患関連遺伝子探索の現状と課題 第42回糖尿病学の進歩 1型糖尿病のupdate 東京大学医科学研究所 ヒトゲノム解析センターゲノム機能解析分野 山田 亮 平成20年2月15日 高松 糖尿病は・・・ 自己免疫疾患感受性多型のオーバーラップ 自己免疫疾患の遺伝性 Wandstrat A. and Wakeland E. Nat Immunol 2(9) 802,2001 有病率・遺伝性・病理 • T1DM ヨーロッパ vs. 日本 [有病率] 0.4％ ＞ 0.02％ [λsib] 15 >100 [病理] 特異的自己抗体 小児期発症と非小児期発 症 • RA ヨーロッパ vs. 日本 [有病率] ＜１％ ＜１％ [λsib] 2～17 [病理] 非特異的自己抗体を伴う 炎症 若年発症と老年発症 複合遺伝性疾患とその遺伝性 偶然性要因 遺伝的要因 環境的要因 単一遺伝子病 生活習慣病 アレルギー性疾患 感染症 悪性腫瘍 リウマチ性疾患 イメージ 外傷 単一遺伝子疾患と 複合遺伝性疾患の比較 遺伝要素を 持っていなく ても発症する 遺伝要素を 持っていても 発症しない 疾患原因遺伝子と疾患関連遺伝子 • いわゆる遺伝病 – – – – メンデル遺伝 高い浸透率 決定因子(必ず発症) 変異 • 複合遺伝性疾患 – 環境要因の加味 – 低い浸透率 – 危険因子(リスクファクター) • 相対危険度 : 例 ２－４倍 – 多型 疾患の遺伝因子の解析手法 • 大規模家系連鎖解析 – 発病者に共通して受け継が れている変異を検出する • 罹患同胞対解析 – 複数の家系で発病同胞(兄 弟姉妹)に共通して受け継 がれている変異・多型を検 出する • ケース・コントロール関連 解析 – 発病者と非発病者とを比較 し、発病者が共通して保有 する多型を検出する Gene Discoveries for Common Complex Diseases YR 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 HapMap Project Initiated Human Genome Project Begins 05 HapMap Project Completed 06 The Cancer Genome Atlas Launched Human Genome Project Completed NIH Research Initiatives 07 Genetic Association Information Network Launched Genes and Environment Initiative Launched 感受性遺伝子解析 • T1DM – 罹患同胞対解析 • >8解析 – ケース・コントロール 関連解析 – 成果 • HLADR・DQ • PTPN22 • INS • RA – 罹患同胞対解析 • 日本人を含む４解析 – ケース・コントロール 関連解析 – 成果 • HLADR • PTPN22 • PADI4 RA • サンプル – 対称７疾患 • 躁鬱・冠動脈・クローン・高血 関節リウマチ・ １型糖尿病・２型糖 圧・ 尿病 – 共通コントロール • ２０００人ケースｘ７疾患＋３０ ００人コントロール • マーカー – ５００，０００SNPs • 結果 – ５ｘ１０＾（－７）シグナル ２４個 T1DM Nature Genetics 39, 857 - 864 (2007) HLA and autoimmunities Shared epitope 塩基性アミノ酸による ペプチド認識フロア形成 PTPN22＝LYP 疾患特異遺伝子 INSとPADI4 • INS – インスリン • 糖尿病特異的 • PADI4 – RA特異的自己抗体エピトープ生成酵素 民族差 • T1DM – 疾病の実像 • 均一 – 有病率：多様 – 遺伝因子：多様？ • RA – 疾病の実像 • 多様 – 有病率：均一 – 遺伝因子：多様？ アリル頻度の多様性 コーカシアン PDCD1 MIF1 PTPN22 CTLA4 TNFRSF1 Preliminary calculation with random-effect model Susceptible allele 日本人 SLC22A4/A5 PADI4 PTPN22自己免疫疾患感受性多型の頻度分布 ～０％ Seminars in Immunology Volume 18, Issue 4, August 2006, Pages 214-223 PTPN22と自己免疫疾患のメタアナリシス PTPN22 アリル頻度に民族差 Rheumatology 2007 46(1):49-56 Y. H. Lee1, Y. H. Rho1, S. J. Choi1, J. D. Ji1, G. G. Song1, S. K. Nath2–4 and J. B. Harley Korean PADI4 アリ ル頻度に民 族差なし。リ スクの大きさ に民族差 ポストゲノム時代の疾患遺伝子解析 ～現状と課題～ • 民族差 • 多型 – SNPとCNP(コピーナンバー多型) • 遺伝子 – コーディング遺伝子と非コーディング遺伝子 • 解析規模の拡大 – 統計解析手法 ポストゲノム時代の疾患遺伝子解析 ～現状と課題～ • 民族差 • 多型 – SNPとCNP(コピーナンバー多型) • 遺伝子 – コーディング遺伝子と非コーディング遺伝子 • 解析規模の拡大 – 統計解析手法 ヒトゲノムの多様性 DNA配列はどのくらい違うか 母 由来染色体 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 父 由来染色体 2本のゲノムの違いは、平均1000塩基に1箇所の 違い ゲノム全長では30億塩基対中に、約300万箇所 の違い ヒトゲノムサイズ 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109 Sub-microscopic variants Microscopic variants Structural variants SNP ♂♀ 置換型多型 挿入欠失型 CNV リピート型 向きの多型(逆位) 位置の多型(転座) 1010 個人差の遺伝学のために • ゲノムプロジェクト(種としての共通項) • HapMapプロジェクト(種の中の遺伝的多様 性) 集団のゲノム • 『国際 HapMap 計画は，ヒトの病気や薬に対 する反応性に関わる遺伝子を発見するため の基盤を整備するプロジェクトです． この計 画は，カナダ，中国，日本，ナイジェリア，英 国，米国の科学者と各国政府，財団などの協 力により行われています．詳細は 国際 HapMap 計画について をご覧ください．』 ～HapMapプロジェクト 個人のゲノム ポストゲノム時代の疾患遺伝子解析 ～現状と課題～ • 民族差 • 多型 – SNPとCNP(コピーナンバー多型) • 遺伝子 – コーディング遺伝子と非コーディング遺伝子 • 解析規模の拡大 – 統計解析手法 Central Dogma & DNA Variations ＤＮＡ Transcription mRNA Translation Peptide Post-translational peptide modifications Molecules Central Dogma & DNA Variations Variations ＤＮＡ Variations Transcription initiation point Transcription Transcription termination point Variations Splicing and mRNA maturation Variations mRNA Translation initiation point Translation Codon triplets Variations Translation termination point Peptide Post-translational peptide modifications Molecules ＤＮＡ ｍＲＮＡ２ ｍＲＮＡ１ Ｐｅｐｔｉｄｅ３ Ｐｅｐｔｉｄｅ１ Ｐｅｐｔｉｄｅ２ Ｍｏｌｅｃｕｌｅ３ Ｍｏｌｅｃｕｌｅ１ Phenotype1 Ｍｏｌｅｃｕｌｅ４ Ｍｏｌｅｃｕｌｅ２ Phenotype2 Phenotype3 Phenotype4 ＤＮＡ ｍＲＮＡ１ Ｐｅｐｔｉｄｅ１ Ｍｏｌｅｃｕｌｅ１ Ｍｏｌｅｃｕｌｅ２ Phenotype2 Phenotype1 ｍＲＮＡ２ Ｐｅｐｔｉｄｅ２ Ｐｅｐｔｉｄｅ３ Ｍｏｌｅｃｕｌｅ３ Ｍｏｌｅｃｕｌｅ４ Phenotype3 Phenotype4 非コーディング遺伝子 とその多様性 転写への影響 DNA コーディング遺伝子 機能性ＲＮＡ 翻訳への影響 コーディング遺伝 子のmRNA ?? 形質への直接影響?? コーディング遺伝子の 多様性 Genotyping technologies and further developments • • • • 100,000 marker-panel 250,000 marker-panel 500,000 marker-panel …1,000,000 marker-panel … … Whole genome typing of all samples Typing スタディ規模の大規模化 • ランダムサンプル収集が不可能 – 集団構造化 • 多数のマーカー検定 – マルチプルテスティング サマリー • ヒトゲノムの多様性・標的多型の多様化 – 一塩基多型(SNP)を最小単位として、様式・サイズが多様な多型が知られてい る。 – SNPとCNV(Copy-number variation)は形質多様性の主な標的として着目され ている。 • 標的形質 – 複合遺伝性疾患が標的であり、その相対危険度は ～1.5 • 機能性多型 – コーディング遺伝子・非コーディング遺伝子 • 大規模化しているヒト疾患LDマッピング – 商業ベースのタイピングキットは～100万マーカー/ゲノム – サンプル規模は1,000～10,000人 • ヒト複合遺伝性疾患LDマッピングの現在の課題 – 個々の多型の分子生物学的機能への影響力が比較的弱いため、それを実験的 に実証することが難しいことが多いこと。 – スタディの大規模化によって、ランダムなサンプリングが困難となり、新たな統計 解析手法が必要であること。 種は明らかに異なる その違いは「遺伝」する 種内 個体多様性 同一種内の個体は千差 万別 種の特性は守りつつ、そ の制約の中で多様 東京大学医科学研究所 ヒトゲノム解析センター 京都大学大学院 医学研究科附属ゲノム医学センター 理化学研究所遺伝子多型研究センター 関節リウマチ関連遺伝子研究チーム