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为利用个人基因组信息预测发病的社会实施做出贡献 理化学研究所（理研）生命医科学研究中心人类免疫遗传研究组的石垣和庆队长、大阪大学研究生院医学系研究科的坂上沙央里助教（哈佛大学医学部博士研究员）、理研生命医科学研究中心基因组解析应用研究组的寺尾知可史队长、东京大学大学院新领域创成科学研究科的松田浩一教授、京都大学大学院医学研究科的松田文彦教授、产业医科大学医学部的田中良哉教授、大阪大学大学院医学系研究科的熊之乡淳教授、东京医科牙科大学难治疾病研究所的高地雄太教授、东京女子医科大学医学部的猪狩胜则特任教授、理研生命医科学研究中心自身免疫疾病研究组的山本一彦团队队长们参加了理研生命医科学研究中心系统遗传学小组的冈田随象小组领导人（大阪大学研究生院医学系研究科教授）和哈佛大学的姜瑞卓尔德教授等统括的国际共同研究小组，新鉴定了与关节风湿病的发病有关的34个遗传的变异。 本研究成果有望为类风湿关节炎新的治疗靶点的鉴定和基于个人遗传信息的个别化医疗的发展做出贡献。 这次，国际共同研究小组对包括日本人集团在内的5个人种集团构成的约28万人进行了基因组分析，新鉴定了与关节风湿病发病相关的34个遗传变异。通过与各种数据库进行综合分析，阐明了很多与关节风湿病发病相关的分子机制。并且，根据每个人的基因信息构筑了预测关节风湿病发病的风险得分，确认了东亚人集团的预测精度与欧美人集团相同。 本研究刊登在科学杂志《自然Genetics》在线版（2022年11月4日）上。 背景 关节风湿病是免疫系统破坏关节组织而功能受损的原因不明的疾病。众所周知，关节风湿病的发病与很多遗传变异（风险变异）有关。因此，以欧美为中心进行了基因组广泛相关分析（GWAS）[1]鉴定风险变异的研究。但是，由于大部分风险变异的影响非常小，传统的GWAS研究只能鉴定出一部分风险变异。另外，在以单一人种群体为对象的GWAS中，由于位于基因组上附近的遗传变异之间的相关关系，一般很难精确地鉴定风险变异，其定位也不清楚。另一方面，通过从多人种集团的kohoto（集团）收集多个患者·健康者的样品，大规模实施GWAS，缓和变异间的相关关系的影响，能高精度地鉴定更多的风险变异。 近年来，以欧美人群为对象实施了很多大规模的GWAS，其分析结果是为了预测疾病发病等目的，在临床现场逐渐显示出实用性。另一方面，因为遗传变异的分布有人种差异，所以欧美人集团的分析结果可以应用于日本人集团的范围是有限的。因此，为了在日本实现类风湿关节炎的基因组医疗，必须将很多东亚人集团包含在GWAS的对象中。 在这样的背景下，本研究以包括日本人集团在内的东亚人集团等五个人种集团为对象，以过去最大规模实施了类风湿关节炎的GWAS。 研究方法成果 本研究由欧美人集团、东亚人集团、非洲人集团、南亚人集团、阿拉伯人集团构成的37个科霍特参加，以35871名关节风湿病患者和240149名健康者，合计276020人为对象实施了GWAS（图1）。这是以类风湿关节炎为对象的史上最大规模的。与多数的GWAS以欧美人集团为中心进行比较，此次患者的约三分之一（11025人）是东亚人集团，其中大部分是在日本收集的样品。该GWAS共鉴定出124个风险变异，其中34个是新发现。
图1 将本次GWAS中使用的各人种群体的样本数分为患者群、健康群来表示。还显示了收集样品的设施的地理信息。 此外，国际共同研究小组使用近似贝叶斯因子详细映射了检测到的风险变异的定位。和预想的一样，与单一人种集团的GWAS相比，多人种集团的GWAS得到了更高精度的映射结果（图2a）。在整个研究中，我们成功地鉴定出了事后概率超过50%的35个风险变异。以最高精度映射的风险变异被LEF1基因座鉴定了。LEF1基因变异位于CD4阳性T细胞的基因表达控制区域，因此CD4阳性T细胞的基因表达控制异常与发病风险有关（图2b）。 高精度地映射风险变异的定位，在变异的功能解析实验中成为重要的信息，因此本研究成果被认为与关节风湿病的病情阐明的加速相连。
图2 风险变异的局部映射 a）对于每个GWAS条件，比较局部映射精度的后验概率。显示了122个风险变异的后验概率分布。使用了只以东亚人集团为对象的GWAS、只以欧美人集团为对象的GWAS、包括5个人种集团在内的GWAS的结果。用Wilcoxon检验（评估一对样品差异的非参数检验方法之一）评估每个条件之间差异的有效性，并显示P值。P值是指在统计检验中，在归无假说下检验统计量成为观测到的值的概率，P值越小，观测到的现象越少（在此，在两个条件下映射精度不同的可能性越高）。 b）获得99%以上后验概率的风险变异的一例。rs58107865存在于LEF1基因区，在CD4阳性T细胞的基因表达调控活性高的区。 以阐明风险变异引起的分子机制为目标，在PADI4基因座的风险变异中得到了有趣的见解。类风湿关节炎最具特征的免疫异常是对细胞磷化的蛋白质的自身抗体的存在。PADI4基因是编码承担细胞磷化的酶的非常重要的基因。与英国项目BLUEPRINT数据库的集成分析显示，PADI4基因突变可能与嗜中性粒细胞中PADI4基因的剪接有关。但是，PADI4接头异形的整体情况不明，无法阐明详细的分子机制。因此，使用长读序列的技术，确认了PADI4基因的转录产物的全长排列，确定了缺乏对酶活性重要的部分的新的非功能性接头同构（图3a）。 其次，使用来自105名日本人集团的健康者的RNA序列数据，分别定量评价了PADI4同位素形式。结果发现，风险等位基因与非功能性等位基因表达量减少、功能性等位基因表达量增加、总等位基因表达量减少有关（图3b）。也就是说，通过对每个同源异形的详细定量评价，风险对立基因可以使PADI4基因的功能亢进。这一结果表明，阐明PADI4基因新的遗传机制，使用长读序列，在风险基因座上彻底调查剪接异形的重要性。
图3 PADI4基因鉴定的多种同源异形 a）新确定的非功能性同构（红）和功能性同构（蓝）的结构。 b）通过线性回归分析评估风险等位基因（esv3585367-A）的个数与新鉴定的非功能性同源异形体的表达量（红）、功能性同源异形体的表达量（蓝）、总同源异形体的总表达量（绿）之间的关系。表达量通过含有大量嗜中性粒细胞的全血RNA序列求得。风险等位基因与非功能等位基因表达量减少、功能等位基因表达量增加、总等位基因表达量减少有关。 最后，为了通过本次的研究成果验证各人种集团的发病风险在多大程度上可以预测，计算了聚类风险评分（PRS）[14]。PRS是以GWAS的结果和个人的基因变异信息为基础推定发病风险的指标，在其他疾病中正在显示在临床现场的实用性。过去，在很多研究中，东亚人集团的PRS预测精度往往比欧美人集团低，但这次东亚人集团和欧美人集团观察到了相同程度的PRS预测精度（图4）。这可以认为是因为成功收集了以生物银行项目等日本人集团为中心的东亚人集团的样品。 另外，在该PRS计算中，没有使用对发病风险产生强烈影响的HLA基因[15]变异的信息。今后，通过加入HLA基因变异的信息，预测精度会进一步提高。
图4 Polyjenic Riss Score（PRS）的欧美人集团和东亚人集团的比较 a）将欧美人群体和东亚人群体的PRS分布分为患者群、健康群。 b）用AUC（Area Under the Curve）在欧美人集团、东亚人集团的各霍特对PRS的预测精度进行了评价和比较。AUC被用作分类法中精度的指标。取0.5～1的值，意味着1的精度最高。Wilcoxon检验证实没有显著差异。 今后展望 本研究结果将阐明与类风湿关节炎发病相关的生物学机制，为基因组创药做出贡献。本研究结果将在公共数据库中全部公开，今后有望在世界范围内得到活用，促进多方面的研究活动。 而且，从PRS的发病预测精度与东亚人集团和欧美人集团相同的结果来看，有望加速在日本实现基因组医疗的讨论。 |
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