HLA遺伝子完全配列決定
パイプラインの構築
国立遺伝学研究所 総合遺伝研究系
人類遺伝研究部門
細道一善
2015年3月28日(土)平成26年度 統合データ解析トライアル 研究終了報告会©2015 細道一善(国立遺伝学研究所) licensed under CC表示2.1日本

Topics
1. 研究開発の目的・新たな活用法
2. 研究開発の説明
3. Webツールとしての公開
4. 研究開発を活用した有用な知識の発見
5. 今後の本研究開発の将来性

HLA領域のゲノム配列
6p21

Shiina T et al. 2009

HLA領域の特徴
252の遺伝子、6つの古典的HLA遺伝子と少なくとも132のタンパク質をコードする遺伝子を含む
極めて高度な多型性を示す
移植のみならず100以上の疾患と関連する

HLA クラスI α1およびα2ドメインの多様性
5 amino acids

33

peptidea2a3433a1

日本人で頻度の高いHLA-B アレル5種間b2M

アミノ酸配列での類似性: 88.9%
塩基配列での類似性: 93.9%

TMCY3

HLA class IIMGT/HLAデータベースに登録されているHLAアレル数
Numbers of HLA Alleles
HLA Class I Alleles

8,976

HLA Class II Alleles

2,870

HLA Alleles

11,846

HLA Class I
GeneA

B

CAlleles

2,884

3,589

2,375

Proteins

2,041

2,668

1,677

133

11971

Nulls
HLA Class II
GeneDRB

DQB1

DPB1

Alleles

1,642

664422

Proteins

1,211

435

351

3716

10

Nulls

IMGT/HLA database Version Report - 3.17 (2014-07)

IMGT/HLAデータベースに登録されている
HLAアレル数

HLAアレルの命名法

HLAと薬剤副作用との関連性
薬剤副作用関連を示すHLA型

陽性率(%)

オッズ比Tiopronin(重金属)と肝内胆汁うっ滞HLA-A*33:03

9341.5

Carbamazepine(抗痙攣剤)とStevens-Johnson 症候群

HLA-B*15:02

100895.5

Abacavir(抗HIV剤)と胃腸障害、嗜眠、低血圧による致死副作用

HLA-B*57:01

78117.5

Allopurinol(抗痛風、抗尿酸血症剤)と薬疹

HLA-B*58:01

100393.5

Ticlopidine(抗血小板剤)と肝障害

HLA-A*33:03

8636.5

Amoxicillin-clavulanate potassium(抗生物質)と肝障害

HLA-DRB1*15:01

5735.6

Flucloxacillin(抗生物質)と肝障害

HLA-B*57:01

8480.6

原因がHLA遺伝子そのものであるか、連鎖不平衡によりHLA遺伝子と関連しているようにみえるかはAbacavirを除き不明

HLAタイピングによる予防的診断
HLA-B*57:01
positive

HLA-B*57:01
negative

ADR negative25794

ADR positive

230ADR
Positive %48%0%Mallal S et al. N Engl J Med. 2008

対象データおよび対象データベース

統合化推進プログラムのデータベースの新たな活用法

日本人HLA遺伝子情報の追加
データベースの拡充

HLA database 登録配列

MHC Haplotype Consortium WebResourceTopics
1. 研究開発の目的・新たな活用法
2. 研究開発の説明
3. Webツールとしての公開
4. 研究開発を活用した有用な知識の発見
5. 今後の本研究開発の将来性

Workflow of phase-defined sequencing
hg19 reference

Paired-read fastq

Alignment to HLA gene sequence of hg19 reference
BWA, Samtools, Picard

bam file

Detect SNVs and Indels
Haplotypecaller in GATK

vcf file

Phase haplotype using heterozygous SNVs on PE reads
Perl script

SNV list

Divide alignment into two phased one as haplotype
Perl script

2 sam files

Create consensus sequence
FastaAlternateReferenceMaker in GATK, Perl script

fasta file

Haplotype sequenceセルラインにおけるHLA-BのNGSデータ
COX

B*07:02:01

PGF

B*08:01:01

HLA-B

セルラインにおけるHLA-BのNGSデータ
COX

B*07:02:01

PGF

B*08:01:01

COX

B*07:02:01+
PGF

B*08:01:01

HLA-B

Workflow of phase-defined sequencing
hg19 reference

Paired-read fastq

Alignment to HLA gene sequence of hg19 reference
BWA, Samtools, Picardbam file

Detect SNVs and Indels
Haplotypecaller in GATK

vcf file

Phase haplotype using heterozygous SNVs on PE reads
Perl script

SNV list

Divide alignment into two phased one as haplotype
Perl script

2 sam files

Create consensus sequence
FastaAlternateReferenceMaker in GATK, Perl script

fasta file

Haplotype sequenceHLA遺伝子配列完全決定のワークフロー
ex7 ex6

ex5 ex4

HLA-B

ex3

ex2

ex1

Before phasing

Phased haplotype 1

B*51:01:01

Phased haplotype 2

B*15:02:01

実データ解析へのパイプライン最適化
Paired-read fastq

hg19 reference

Alignment

Alignment to HLA gene sequence of hg19 reference
Detect SNVs and Indels
Yes

Heterozygous?

No

Complete haplotype sequence

Phase haplotype using heterozygous SNVs on PE reads
Divide alignment into two phased one as haplotype
Phased completely?
Yes

No

Unphased heterozygous SNVs?

No

Yes

Create alignment for only homozygous region
Merge two alignments
Cleaning of phased alignment
Complete haplotype sequence

Partial haplotype sequenceHLA遺伝子完全配列決定パイプラインのデモ研究開発を行ったパイプラインを活用した有用な知識の発見
A/C

ex2

ex1

C/T

A-C -> DQB1*04:01
C-T -> DQB1*04:02
A-T -> New?
C-T -> DQB1*04:02
A-T -> New?

C-T -> DQB1*04:02

研究開発を行ったパイプラインを活用した有用な知識の発見

DQB1*04:01 の完全長塩基配列
1 GCAATTTTCT CTCCCCTGAA ATATGATCCC CACTTAATTT GCCCTACTGA AAGAATCCCA
61 AGTATAAAAA CAACCAGTTT TTAATCAATA TTACAAAGAT GTTTACTGTT GAATCGCATT
121 TTTCTTTGGC TTCTTAAAAT CCCTTAGGCA TTCAATCTTC AGCTCTTCTA TAATTGAGAG
181 GAAGTTTTCA CCTCAAATGT TCATCCAGTG CAATTTGAAG ACGTCACAGT GCCAGGGACT241 GAATTGAGAA CCTTCACAAA AAAAAATGTC TGCCTAGAGA CAGATTAGGT CCTTCAGCTC301 CAGTGCTGAT TGGTTCCTTT CCAAAGGACC ATCCAATCCT GCCACGCAGG GAAACATCCA
361 CAGGTTTTTA TTCTTTCTGC CAGGTACATC AGATCCATCA GGTCCAAGCT GTGTTGACTA
421 CCACTACTTT TCCCTTCGTC TCAATTATGT CTTGGAAGAA GGCTTTGCGG ATCCCTGGAG
481 GCCTTCGGGT AGCAACTGTG ACCTTGATGC TGGCGATGCT GAGCACCCCG GTGGCTGAGG
541 GCAGAGACTC TCCCGGTAAG TGCAGGGCCA CTGCTCTCCA GAGCCGCCAC TCTGGGAACA
601 GGCTCTCCTT GGGCTGGGGT AGGGGGATGG TGATCTCCAT GATCTCGGAC ACAATCTTTC
6301 CAATGGTCTC TGTTCATGGT ATATTTGCTG CTATGAGGAT CAAGACTTAG GGTCGAAGTT6361 TGCCAGTTTC TAGGAATCTC CAGAGGTTGT TCCCCAGAAC CAAGCCTTAA CTTTGGTGGT6421 ATCTTCTTGT GAAATGTGAA GCCAGAACCA CAGCTTAAAT GTTAGACAAG AGGATGATGC6481 CCACTTTGTG CCACATGTTG GTGGCTACTG CCTGTAGGCA TTTTCCAGTG ACTGAAAGAG
6541 GCTGCTAGTG GTAGGGATGA GGTATCATCC AATTTTCTAA AAAGATTGAA CCCTTCATAT6601 TCCCCAGAAG AGTAACAGCT GTTCCGCCAC TTCCCACATA TCTGCATCAA GCTGAAGTTC6661 TGTGTCCTCA CGAGCTGATT TCACCTTTGC ACAGATCTTG CGGGAGGTGA CAATAATACA
6721 TTCTGGACCT CAGCTTTCTC TGTCTGAAGC TGCAGGGGGC CCCTGAGGGG TGGGGGAGAT6781 TGCAGGCCCA CCAGCGTACC CTGTGCTGAT CATCCCTCTT CTCTCTTCTT CAGGGCTCCT6841 GCACTGACTC CTGAGACTAT TTTAACTGGG ATTGGTTATC ACTTTTCTGT AACGCCTGCT6901 TGTCCCTGCC CAGAATTCCC AGCTGCCTGT GTCAGCCTGT CCCCCTGAGA TCAGAGTCCT6961 ACAGTGGCTG TCACGCAGCC ACCAGGTCAT CTCCTTTCAT CCCCACCTCG AGGCTGATGG
7021 CTGTGACCCT GCTTCCTGCA CTTACCCAGA GCCTCTGCCT GTGCACGGCC AGCTGCGTCT7081 ACTGAGGCCC CAAGGGGTTT CTGTTTCTAT TCTCTCCTCA GACTGCTCAA GAG

IMGT/HLAに登録されているDQB1*04:01 の配列とはエクソン1に1塩基の違いが認められた//

今後の本研究開発の将来性
HLA-B*57:01
positive

HLA-B*57:01
negative

ADR negative25794

ADR positive

230

ADR
Positive %48%0%

Mallal S et al. N Engl J Med. 2008

個の医療