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ゲノム全領域関連解析による心筋梗塞・脳梗塞・
慢性腎臓病の個別化予防システムの開発
三重大学 生命科学研究支援センター ヒト機能ゲノミクス部門
山田芳司
三重大学疾患ゲノム 研究センター
個人に最適な予防法・治療法の選択
個別化医療 (オーダーメイド医療)
従来の医療 ✔病気の種類や重症度に応じて投薬 ✔薬効に個人差、副作用が出る可能性
➤治療効果や副作用の予測
➤安全で有効
な治療
➤ゲノム創薬によ る新薬の開発 ➤遺伝子多型情 報に基づく生活 習慣病の予防
個人の遺伝情報を活用
疾患感受性遺伝子の同定
個別化予防システムの開発
生活習慣病のゲノム疫学研究
• 脳梗塞・脳出血・くも膜下出血 • 心筋梗塞・冠動脈疾患 • 高血圧 • 2型糖尿病 • メタボリックシンドローム • 脂質代謝異常 • 肥満 • 慢性腎臓病・末期腎不全 • 冠動脈ステント内再狭窄 • 心房細動 • 大動脈瘤 • 骨粗鬆症・骨折 • 変形性関節症
健康増進・健康寿命の延長
健康で活力に満ちた地域社会
高齢者の積極的な社会参加
生活習慣病の個別化医療
パーソナルゲノム 時代
個人にとって最適な 疾患の予防法・治療法
(個別化医療) 医療・社会に貢献
病態解明・治療法開発
心筋梗塞の ゲノム全領域関連解析
関連解析
対象集団B 心筋梗塞 1431例 対照 3161例
連鎖不平衡ブロック のシークエンシング
SNPチップによるGWAS
対象集団A
心筋梗塞 134例 対照 137例
心筋梗塞のゲノム全領域関連解析
70 SNPs (P < 1.0 × 10-7)
SNPsの検出
関連解析
対象集団C 心筋梗塞 643例 対照 1347例
関連解析
全対象集団 心筋梗塞 2208例
対照 4645例
2 SNPs
独立した3つの集団(合計6853例) で解析し、再現性を確認
2 SNPs
背景因子 日本人(n = 6853)
対象集団A (n = 271)
対象集団B (n = 4592)
対象集団C (n = 1990)
心筋梗塞 対照 心筋梗塞 対照 心筋梗塞 対照
症例数 134 137 1431 3161 643 1347
年齢(歳) 46.9 ± 5.7 75.4 ± 4.4 66.0 ± 10.2 65.8 ± 11.2 63.3 ± 9.3 69.7 ± 8.5
性(男/女, %) 89.5/10.5 47.5/52.5 72.1/27.9 42.8/57.2 75.1/24.9 55.3/44.7
BMI(kg/m2) 25.5 ± 3.9 22.6 ± 3.7 23.5 ± 3.1 23.4 ± 3.2 24.0 ± 3.6 23.4 ± 3.4
喫煙(%) 32.6 10.2 22.1 22.6 42.1 37.0
高血圧(%) 75.9 67.2 73.3 36.0 75.6 58.1
糖尿病(%) 44.8 38.0 43.8 10.0 56.6 31.3
高脂血症(%) 57.5 39.4 55.4 25.4 56.5 45.7
心筋梗塞のゲノム全領域関連解析: 背景データ
独立した3つの集団 6,853例(心筋梗塞2,208例、対照4,645例)
遺伝子 SNP(dbSNP) 遺伝子型 カイ2乗検定 ロジスティック回帰分析
心筋梗塞 対照 P値 (アリル頻度)
P値 (優性)
オッズ比 (95%信頼区間)
BTN2A1 rs6929846 C→T(5'-UTR) 3.5 × 10-24 6.0 × 10-7 1.51
(1.28–1.77)
CC 1725 (78.5%)
4031 (88.1%)
CT 451 (20.5%)
522 (11.4%)
TT 22 (1.0%) 25 (0.5%)
ILF3 rs2569512 A→G(intron 7) 4.3 × 10-6 0.0021 1.35
(1.12–1.64)
AA 228 (10.4%)
588 (12.8%)
AG 942 (42.9%)
2103 (45.9%)
GG 1028 (46.8%)
1887 (41.2%)
BTN2A1多型、ILF3多型と心筋梗塞との関連: 日本人全体
性別 SNP 日本人
BTN2A1 心筋梗塞 対照 P値 (遺伝子型)
P値 (アリル)
男性 rs6929846 C→T(exon 1) 1.2 × 10-14 5.1 × 10-14
CC 1253 (77.0%)
1859 (86.9%)
CT 358 (22.0%)
263 (12.3%)
TT 16 (1.0%)
17 (0.8%)
女性 rs6929846 C→T(exon 1) 4.4 × 10-5 8.6 × 10-6
CC 472 (82.7%)
2172 (89.1%)
CT 93 (16.3%)
259 (10.6%)
TT 6 (1.1%)
8 (0.3%)
日本人の男女別に見たBTN2A1多型と心筋梗塞との関連
性別 SNP 日本人
ILF3 心筋梗塞 対照 P値 (遺伝子型)
P値 (アリル)
男性 rs2569512 A→G(intron 7) 0.0030 0.0007
AA 180 (11.1%)
283 (13.2%)
AG 691 (42.5%)
976 (45.6%)
GG 756 (46.5%)
880 (41.1%)
女性 rs2569512 A→G(intron 7) 0.0031 0.0006
AA 48 (8.4%)
305 (12.5%)
AG 251 (44.0%)
1127 (46.2%)
GG 272 (47.6%)
1007 (41.3%)
日本人の男女別に見たILF3多型と心筋梗塞との関連
P = 0.0343
0
1
2
3
4
5
6
CC CT + TT
Hig
h-se
nsiti
vity
CR
P (m
g/L
)
(n = 664) (n = 91)
BTN2A1遺伝子多型と血清高感度CRP濃度との関連
炎症性疾患の無い対照 755例
血管の炎症
hs-CRPの増加
BTN2A1のTアリル
心筋梗塞のリスク
CTGGTTCACTCACACCCGGCCAATCCTGGGCTCTAAAATACTTAGGGAAC 50 TCTTGGGACTGTGGAAGCCCAGGAGACCAGATTTCGTTTCCTGCATCTCC 100 * AAACATGGCGACCTAGGAGAAAGGGAAGAACAATTTTTTCTCCTCTTTTG 150 GGAAGGTTTGCGTCTAGTAGTGCCTGTGCCCCTGGGCAGATTGGAGAGAA 200 T GAGGGACGACTGGAGAATCGTCGAGAACCAGCGGAGAAAAGAAAAAGCAA 250 CGTTTAATTCTAGAAGGTAGGAAACGGAGGGGAGGCGCTACAGCTCCGGG 300 GTGGGCACAGTAGGTGGGGGA
* 転写開始点 C T
, rs6929846
5′–
–3′
BTN2A1遺伝子の5′-UTR
転写 開始点
開始 コドン SNP
76 bp 600 bp
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Control C allele T allele
Rel
ativ
e lu
cife
rase
act
ivity
P = 0.046
(n = 10) (n = 10) (n = 10)
BTN2A1遺伝子多型の転写活性への影響
C
T
SV40
SV40
SV40 Luciferase
Luciferase
Luciferase
Control C allele T allele
pGL3-promoter vector
転写の亢進
BTN2A1のTアリル
BTN2A1遺伝子の過剰発現による 動脈硬化関連遺伝子の発現の変化
Fold
diff
eren
ce (t
est/c
ontr
ol)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Control ELN MMP3 IL5
BTN2A1 β-Actin
50 40
kDa
HEK293細胞にBTN2A1をトランスフェクションし、動脈硬化関連84遺伝子の発現変化を解析
B
C
ILF3
BTN2A1
Endothelium
Necrotic core
Media and capillary
F
E Necrotic core
A
D SMC
EC
冠動脈血栓部位の 免疫組織染色
心筋梗塞のリスク予測 (年齢・性別・BMI・喫煙・高血圧・糖尿病・脂質異常症・10 SNPs)
症例
数(
%)
対照 心筋梗塞
72歳男性:高血圧・糖尿病 予測確率 0.5
高血圧・糖尿病を治療 予測確率 0.2
リスクレベル(予測確率)
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
対照の平均 0.25
心筋梗塞の平均 0.46
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Sensitivity Specificity
Risk level (prediction probability)
Sens
itivi
ty/s
peci
ficity
心筋梗塞のリスク予測の感度(sensitivity)と特異度(specificity)
感度70%、特異度70%
アテローム血栓性脳梗塞の
ゲノム全領域関連解析
脳梗塞 脳出血 くも膜下出血
関連解析
対象集団B (病院受診者:94
例を除く) 脳梗塞 705例 対照 3426例
連鎖不平衡ブロック のシークエンシング
SNPチップによるGWAS
対象集団A
(病院受診者) 脳梗塞 131例 対照 135例
脳梗塞のゲノム全領域関連解析
アミノ酸置換を伴う SNPs、タグSNPsの検出
関連解析
対象集団B (病院受診者)
脳梗塞 790例 対照 3435例
関連解析
対象集団C (一般住民)
脳梗塞 71例 対照 1779例
関連解析
全症例
脳梗塞 992例 対照 5349例
3 SNPs
4 SNPs
独立した3つの集団(合計6,341例) で解析し、再現性を確認
100 SNPs (P < 1.0 × 10-7)
対象集団A (n = 266)
対象集団B (n = 4225)
対象集団C (n = 1850)
脳梗塞 対照 脳梗塞 対照 脳梗塞 対照 症例数 131 135 790 3435 71 1779 年齢(歳) 65.9±9.1 75.4±4.3 69.4±11.3 65.4±11.2 72.2±6.0 71.7±5.5
性別(男/女, %) 65.7/34.3 47.8/52.2 58.0/42.0 44.8/55.2 50.7/49.3 52.5/47.5 BMI(kg/m2) 23.5±3.5 22.6±3.7 22.6±4.2 23.4±3.3 23.5±2.8 23.2±3.0 喫煙(%) 13.0 10.3 31.3 22.6 36.6 37.3
高血圧(%) 90.1 75.7 63.3 38.4 54.9 42.4 糖尿病(%) 48.1 37.5 34.4 13.0 9.9 7.7 高脂血症(%) 57.3 40.4 25.4 24.6 25.4 22.1
脳梗塞のゲノム全領域関連解析: 背景データ
独立した3つの集団 6,341例(脳梗塞992例・対照5,349例)
Yamada et al. Atherosclerosis 2009;207:144-9.
遺伝子 SNP(dbSNP) 遺伝子型 カイ2乗検定 ロジスティック回帰分析
脳梗塞 対照 P値 (遺伝子型)
P値 (優性モデル)
オッズ比 (95%信頼区間)
CELSR1 rs6007897
A→G(Thr2268Ala)
0.0001 0.0006 1.85 (1.29-2.61)
AA 940(95.0)
5147(97.3)
AG 50 (5.1)
144(2.7)
GG 0(0) 0(0)
CELSR1 rs4044210
A→G(Ile2107Val)
0.0001
0.0010
1.78 (1.25-2.50)
AA 938(94.8)
5137(97.1)
AG 52 (5.3)
154(2.9)
GG 0(0) 0(0)
脳梗塞のゲノム全領域関連解析
Yamada et al. Atherosclerosis 2009;207:144-9.
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
1 2 3 4 5 6 7 8
脳梗塞のリスク予測 (年齢・性別・BMI・喫煙・高血圧・糖尿病・脂質異常症・7 SNPs)
対照 脳梗塞
症例
数(
%)
57歳男性:高血圧・糖尿病・脂質異常症 予測確率 0.53
高血圧・糖尿病・脂質異常症を治療 予測確率 0.08
リスクレベル(予測確率)
脳梗塞の平均 0.27
対照の平均 0.14
Sens
itivi
ty/s
peci
ficity
Risk level (prediction probability)
Sensitivity Specificity
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1 2 3 4 5 6 7 8
脳梗塞のリスク予測の感度(sensitivity)と特異度(specificity)
感度80%、特異度80%
多発性 嚢胞腎
腎硬化症
糖尿病性 腎症
慢性腎臓病(CKD)のゲノム全領域関連解析
関連解析 対象集団B
CKD 910例 対照 838例
ゲノム全領域 関連解析 対象集団A
CKD 252例 対照 249例
慢性腎臓病(CKD)のゲノム全領域関連解析
5 SNPsの検出 (FDR < 0.5)
関連解析 対象集団C
CKD 190例 対照 1412例
関連解析 対象集団B+C
CKD 1100例 対照 2250例
独立した3つの集団(合計3851例) で解析し、再現性を確認
5′-UTRのSNPsおよびアミノ酸 置換を伴うSNPsの追加
(合計27 SNPs)
3 SNPsの検出 (FDR < 0.5)
背景因子 対象集団A (n = 501)
対象集団B (n = 1748)
対象集団C (n = 1602)
CKD 対照 CKD 対照 CKD 対照
症例数 252 249 910 838 190 1412
年齢(歳) 65.8 ± 8.7 71.8 ± 6.0 69.4 ± 9.5 59.5 ± 11.5 72.6 ± 9.0 48.8 ± 13.2
性(男/女, %) 70.6/29.4 53.4/46.6 65.8/34.2 56.2/43.8 62.6/34.7 49.3/50.7
BMI(kg/m2) 23.7 ± 3.4 22.6 ± 3.6 23.5 ± 3.8 23.5 ± 3.7 23.5 ± 3.3 22.7 ± 3.7
喫煙(%) 30.9 23.2 31.5 25.8 40.5 33.2
高血圧(%) 85.3 77.9 82.1 63.0 72.6 23.2
糖尿病(%) 59.8 50.2 50.0 41.5 29.0 11.9
高脂血症(%) 54.8 40.6 49.0 43.8 58.4 39.2
血清Cr(mmol/L) 291 ± 270 46 ± 8 203 ± 234 48 ± 9 111 ± 35 52 ± 9
eGFR(mL min-1 1.73 m-2) 25 ± 12 106 ± 22 35 ± 14 107 ± 26 42 ± 8 101 ± 10
慢性腎臓病(CKD)のゲノム全領域関連解析: 背景データ
染色体 領域 SNP(dbSNP)
遺伝子型 カイ2乗検定 ロジスティック回帰分析
CKD 対照 P値 (アリル頻度)
P値 (優性)
オッズ比 (95%信頼区間)
3q28 rs9846911 (A→G) 0.0007 0.0033 0.67
(0.51–0.87)
AA 965 (87.9%)
1890 (84.0%)
AG 130 (11.8%)
336 (14.9%)
GG 3 (0.3%)
24 (1.1%)
慢性腎臓病(CKD)の発症に関連する遺伝子多型: 全対象
染色体 領域
SNP(dbSNP)
遺伝子型 カイ2乗検定 ロジスティック回帰分析
CKD 対照 P値 (アリル頻度)
P値 (優性)
オッズ比 (95%信頼区間)
3q28 rs9846911 (A→G) 0.0013 0.0186 0.62
(0.41–0.92) AA 453 (88.1%) 424 (82.2%) AG 57 (11.9%) 88 (17.1%) GG 0 (0%) 4 (0.8%)
ALPK1 rs2074381 (A→G) 0.0105 0.0096 0.59
(0.40–0.88) AA 448 (87.8%) 425 (82.4%) AG 60 (11.8%) 86 (16.7%) GG 2 (0.4%) 5 (1.0%)
ALPK1 rs2074380 (G→A) 0.0208 0.0204 0.64
(0.44–0.93) GG 440 (86.4%) 419 (81.4%) GA 67 (13.2%) 91 (17.7%) AA 2 (0.4%) 5 (1.0%)
慢性腎臓病(CKD)の発症に関連する遺伝子多型: 糖尿病症例
染色体 領域 SNP(dbSNP)
遺伝子型 カイ2乗検定 ロジスティック回帰分析
CKD 対照 P値 (アリル頻度)
P値 (優性)
オッズ比 (95%信頼区間)
3q28 rs9846911 (A→G) 0.0002 0.0017 0.61
(0.45–0.83)
AA 779 (88.1%)
704 (82.3%)
AG 103 (11.7%)
142 (16.6%)
GG 2 (0.2%)
9 (1.1%)
慢性腎臓病(CKD)の発症に関連する遺伝子多型: 高血圧症例
3種類の遺伝子多型の慢性腎臓病発症への影響 (糖尿病症例)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
症例数 29 124 117 742 10
rs9846911 (0, AA; 1, AG + GG) 1 0 1 0 0
rs2074381 (0, AA; 1, AG + GG) 1 1 0 0 0
rs2074380 (0, GG; 1, GA + AA) 1 1 0 0 1
CKD発症 の危険度 (オッズ比)
ALPK1遺伝子の免疫組織染色
正常 糖尿病性腎症
抗ALPK1抗体
PAS染色
ALPK1遺伝子の過剰発現による 腎機能関連遺伝子の発現変化
75
100
150
250
kDa
Anti-ALPK1 Anti-FLAG
Anti-actin
Vect
or a
lone
FLA
G–A
LPK
1
Vect
or a
lone
FLA
G–A
LPK
1
ALPK1
Rel
ativ
e m
RN
A a
bund
ance
0
2
4
6
8
10
12
14
16
SLC22A1 CST3
HEK293細胞にALPK1を過剰発現させ、腎機能関連84遺伝子の発現変化を解析
ALPK1
炎症性サイトカイン
CST3
血管の炎症
動脈硬化
NF-κB MAP kinase (ERK1/2, p38)
慢性腎臓病
腎機能のマーカー
・細胞外マトリックス代謝異常 ・単球・マクロファージ・平滑筋細胞 の血管内膜への遊走
心筋梗塞・冠動脈疾患
腎臓の炎症
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Control CKD
Num
ber
of su
bjec
ts (%
)
64歳男性:高血圧・糖尿病・脂質異常症 予測確率 0.68
高血圧・糖尿病・脂質異常症を治療 予測確率 0.47
リスクレベル(予測確率)
慢性腎臓病(CKD)のリスク予測 (年齢・性別・BMI・喫煙・高血圧・糖尿病・脂質異常症・7 SNPs)
対照の平均 0.36 CKDの平均 0.61
Sensitivity Specificity
Risk level (prediction probability)
Sens
itivi
ty/s
peci
ficity
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
慢性腎臓病のリスク予測の感度(sensitivity)と特異度(specificity)
感度70%、特異度70%
心筋梗塞・脳梗塞・慢性腎臓の 個別化予防 システム
遺伝子多型検査
臨床検査によるリスク診断 相対危険度 喫煙 有・無 1.5 肥満 有・無 1.7 高血圧 有・無 2.3 脂質異常症 有・無 2.1 糖尿病 有・無 2.8 高尿酸血症 有・無 1.4
遺伝因子によるリスク診断 遺伝子型 相対危険度 IL6 TT 1.5 MTHFR CG 1.7 GP1BA AT 0.8 TNF GG 1.8 IPF1 CC 0.5 FABP2 TG 2.1 BTN2A1 TT 1.5 ILF3 GG 1.4 CELSR1 GG 1.9
総合評価によるリスク診断 予測確率(%) 心筋梗塞 35 脳梗塞 15 慢性腎臓病 20
年齢・性別・BMI・腹囲・ 喫煙・血圧・血液検査
(総コレステロール・中性脂肪・ LDL・HDL・血糖など)
遺伝因子の解析
クライアント (検査希望者)
一般臨床検査
家族歴
新技術の特徴
心筋梗塞、脳梗塞、慢性腎臓病についてゲノム全領域関連解析を行ない、各疾患の発症に強く関連する新規の遺伝子多型を特定し、それらの遺伝情報を用いて個別化予防システムを開発した。したがって、新規性が高く、精度の高い予防システムであるため、事業化の可能性が高い。
1)中高年の健康維持、生活の質の向上 2)高齢者の健康寿命の延長、社会貢献の促進 3)高齢化地域の経済活動の維持、医療費増加の抑制
1)心筋梗塞の個別化予防 2)脳梗塞の個別化予防 3)慢性腎臓病の個別化予防
従来技術との比較
想定される用途
本技術に関する知的財産権 発明の名称 :慢性腎臓病の遺伝的リスク検出法 出願番号 :特願2013-51824 出願人 :三重大学、メディカルインテグレーション 発明者 :山田芳司、島田和典 発明の名称 :脳梗塞の遺伝的リスク検出法 出願番号 :特開2010-166844 出願人 :三重大学、G&Gサイエンス、理化学研究所 発明者 :山田芳司、小島俊男、村上和美 発明の名称 :冠動脈疾患の遺伝的リスク検出法 出願番号 :特開2011-172543 出願人 :三重大学、G&Gサイエンス、理化学研究所 発明者 :山田芳司、小島俊男、越坂卓也