ヒトDB・ヒト多型解析（TogoVar、HGVDなど）

豊岡 理人
バイオサイエンスデータベースセンター(NBDC)
国立研究開発法人 科学技術振興機構
2021年 1月13日
於 AJACSオンライン5
1
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

多型/バリアントとは• 多型(polymorphism) / バリアント (variant)– ヒトゲノムにおいて観察されるreferenceと異なる塩基配列

gene → transcript → protein → phenotypeeQTL
GWASやNGSを利用した関連解析
2
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

多型/バリアントの種類• 一塩基多型 (SNP: Single Nucleotide
Polymorphism)• コピー数多型 (CNV: Copy Number Variation)• タンデムリピート、トランスポゾン、レトロトランスポゾン• 構造多型 (SV: Structural Variant)3
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

バリアントの頻度と形質への影響との関係(Manolio, T. A, et al. (2009). Finding the missing heritability of complex diseases.
Nature, 461(7265), 747–753. )4https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

疾患と関連する遺伝子同定の研究概要• ありふれた疾患
RareのVariantはPrimaryの探索から外されることが多い。

• 希少疾患CommonのVariantはPrimaryの探索から外されることが多い。
– Trio解析• 発症者（子）＋未発症（父母）の3人から発症者におけるde novoなvariantを抽出→ 一般集団のvariant頻度情報は基礎的情報として有用
5https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

バリアントの頻度情報を公開する意義
希少疾患の責任遺伝子探索における公共DBの利用例
トリオ解析等から出て来た解析対象のバリアントは膨大

公共データベースに存在するバリアントを絞り込みに利用（希少疾患関連のサンプルは含まれていない前提）

絞り込みには公共データベースを参照する必要あり（1000 Genomes Project, dbSNP , etc. )ANNOVAR: functional annotation of genetic variants from high-throughput sequencing data
Nucleic Acids Res. 2010;38(16):e164. doi:10.1093/nar/gkq603
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

進化するプラットフォーム• サンガ―シークエンサー– 配列情報

• SNP Chip

例えば、ヒト1番染色体

父由来actcagtcattgactactactgatccgaaattc
actcagtcattgactactactgatccgaaattc
母由来
haplotypegenotype– 60-90万箇所のgenotype情報• 次世代シークエンサー– 全exome領域や全genome領域等のgenotype情報、haplotype情報• PacBio– 特定の領域のgenotype情報、haplotype情報
7

https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

多型データベースの紹介 1：dbSNP

8
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

dbSNP• 運営元： 米国NCBI （National Center forBiotechnology Information)• URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/snp/• 特徴– 様々の研究において検知された多型/バリアントの情報を受け付け、ss番号を付与。
その後、ss番号をまとめてrs番号を付与• ss番号 → rs番号

– 50bp以下の多型を対象に情報を収集• 50bpよりも大きい多型 dbVarに収載– ALFA: Allele Frequency Aggregator9
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

dbSNPの画面説明、操作

検索対象語を入力だけ→何を対象に調べているのか？
https://biosciencedbc.jp/

10© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

dbSNPにおける拡張検索機能

11
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

dbSNPの拡張検索の組み立て
検索対象を使用しない場合は、検索語をAll Fields
に対して検索する

12
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

dbSNPの検索結果(PDCD1 rs11568821)

検索式の表示検索候補が表示https://biosciencedbc.jp/

過去の検索内容の表示
13© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

dbSNPの検索結果（詳細画面）

旧表示形式での表示も可能
ClinVarへのリンク
参照配列毎の位置
ClinVarの情報
頻度情報(ALFA)HGVS表記Submission情報
rs番号の変遷
文献情報
近傍のゲノム配列をTabで切り替えられます14https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

ALFA: Allele Frequency Aggregator の紹介
dbGaPにあるデータセットを統一的なプロトコールで解析した頻度情報データセット
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/snp/docs/gsr/alfa/

15
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

dbSNPでの遺伝子名を検索語にした検索

16
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

dbSNPの遺伝子ビュー(Variation Viewer)

dbSNPおよびdbVar, ClinVarの情報を genome browser上で確認可能
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

17

dbSNP以外からの利用方法

NCBIのWeb site (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) から
All Databasesを対象に遺伝子名(例: CYP2D6)で検索すると、、、
18
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

NCBIの統合検索機能を利用した情報の取得

19
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

多型データベースの紹介 2： ExAC/gnomAD

20
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

ExAC• 運営元： 米国ブロード研究所• URL: http://exac.broadinstitute.org/• 様々のプロジェクトからの60,706名の全エクソームシークエンス(WES)データを併せて解析– 日本人は76名分のみ• 次世代シークエンサーにおけるCoverageの情報トラックあり• 7集団におけるアリル頻度の違いを表示
21
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

gnomAD• 運営元： ブロード研究所• URL: https://gnomad.broadinstitute.org/• ExACの後継プロジェクト
v.2 (GRCh 37)– 125,748名の全エクソームシークエンスデータ– 15,708名の全ゲノムシークエンスデータ
v.3 (GRCh 38)– 76,156名の全ゲノムシークエンスデータ(mtは、56,434名）

22
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

gnomADの画面説明、操作

遺伝子名またはバリアントを指定
バリアントは、rs番号、HGVS、染色体番号-位置-参照アリル-代替アリルの様式で指定

23
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

gnomADの検索結果(遺伝子）NGS
Coverage
遺伝子の構造遺伝子上に存在する多型とその頻度

24
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

gnomADの検索結果(バリアント）

サブセットでの頻度の表示切り替え可能

Population毎、性別毎の頻度情報

25
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

多型データベースの紹介 3： jMorp、HGVD

26
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

Japanese Multi Omics Reference Panel(jMorp) とは• 運営元： 東北メディカル・メガバンク機構• URL:https://jmorp.megabank.tohoku.ac.jp/202008/• 日本人の約8,300名の住民コホートからの全ゲノムシークエンスデータ• 以前は、iJGVDにて公開。
27
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

jMorpの画面説明、操作

28
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

jMorpの検索方法

遺伝子名、rs番号、領域を指定し、検索可能

29
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

jMorpの検索結果

gnomADにおける頻度
ToMMoにおける頻度30
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

jMorpの検索結果（タンパク質立体構造上へのマッピング)

多型情報をタンパク質立体構造上にマッピングされた情報へのリンク(タンパク質立体構造が解析済みかつ多型がエクソン領域にある場合に、リンクが表示）

31
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

Human Genome VariationDatabase (HGVD)とは• 運営元： 京都大学
• URL:
http://www.hgvd.genome.med.kyotou.ac.jp/• 1208名の全エクソームシークエンスデータからの多型情報 および 3,248名のSNP chipからの多型情報• 長浜コホートからのサンプルが中心
32
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

HGVDの画面説明、操作

33
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

多型データベースの紹介 4： GWAS-catalog

34
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

GWASの結果を集めた多型データベース
GWAS-catalog• 運営元： 米国国立ヒトゲノム研究所（NationalHuman Genome Research Institute） および欧州バイオインフォマティクス研究所(EBI)• URL: https://www.ebi.ac.uk/gwas/• 今までGWASによって同定された形質（疾患、形質、薬剤副反応等）と関連が報告されたSNPをマニュア
ルキュレーション35
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

多型データベースの紹介
GWAS-catalog

疾患名、rs番号、著者名、遺伝子名、領域で検索可能

36
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

多型データベースの紹介
GWAS-catalog

37
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

多型データベースの紹介
GWAS-catalog

フェノタイプのサブグループが表示される

38
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

多型データベースの紹介
GWAS-catalog
ある形質で行われた関連解析の結果関連解析の研究概要

39
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

多型データベースの紹介 5：TogoVar

40
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

日本人多様性データベース: TogoVar• 運営元： NBDC, JST• URL:
https://togovar.biosciencedbc.jp/• 「NBDCヒトデータベース」を基に個人特定されない加工データ（頻度情報）を提供、データの概要を把握可能に• 日本や海外で公開されている頻度情報、ゲノム多様性と疾患との関連情報を統合、ワンストップで検索可能に• 2018年6月7日公開• 現状germline variantのみ、somaticなし
41
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

NBDCヒトデータベースとは？

https://humandbs.biosciencedbc.jp/

研究者の産出したデータを、他の研究者が再利用できるサービス

42

https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

NBDCヒトデータベースの必要性
研究データ公開・再利用の世界的潮流から• オープンサイエンス
学術論文のオープン化 ＋ 研究データの公開

2014年 米国NIHのGenomics Data Sharing Policy
ヒトゲノム研究データのデータリポジトリへの登録を要求
2018年3月
AMEDデータマネージメントプラン提出の義務化• FAIR原則
Findable(見つけられる）、Accessible(アクセスできる）、Interoperable(相互運用できる）、Reusable（再利用できる）• Global Alliance for Genomics and Health(GA4GH)
国際的な研究情報共有や統一プロトコルでのゲノム解析の仕組みや、研究者認証等についての枠組みを討議するアライアンス

https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

NBDCヒトデータベースの必要性
制限公開データベースの必要性（プライバシーの担保）• 研究データのオープン化の懸念– プライバシー保全とのバランス– データ公開・利用についての適切な審査– →制限公開データベース• 制限公開データベースの発足– 2007年米国NIH• Database of Genotypes and Phenotypes (dbGaP)– 2008年欧州EMBL-EBI• European Genome-phenome Archive (EGA)– 2013年10月 NBDCおよび国立遺伝学研究所DDBJセンター• NBDCヒトデータベース/Japanese Genotype-phenotype
Archive(JGA)

https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

NBDCヒトデータベース／データの種類

NBDC

非制限公開データOpen dataヒトデータベース・頻度や統計量
・特定の個人由来では無い試料の解析結果→Webからダウンロード可能

制限公開データControlled-Accessdata

・個人ごとのゲノムデータ→利用者を限定（国内外のアカデミアや企業内研究者)

二重匿名化
各プロジェクト・実施機関
https://biosciencedbc.jp/

45© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

NBDCヒトデータベースのデータ例
バイオバンクジャパン（BBJ)：hum0014
登録された対象疾患および形質：心筋梗塞、2型糖尿病、アトピー性皮膚炎、心房細動、BMI、開放隅角緑内障、初潮・閉経年齢等々
プラットフォーム：インベーダー法（Hologic Japan社）
Human610-Quad BeadChip(Illumina社）等のGenotyping Arrayデータ
昨年8月
Illumina社 HiSeq2500によるBBJ第一コホート 1,026名のWhole Genome Sequencingを公開

46
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

NBDCヒトデータベースのデータ例
J-ADNI:hum0043

対象：537名（高齢者健常群 149名、軽度認知機能障害 234名、早期アルツハイマー病 154名）
・臨床・心理学検査結果
・検査結果
ApoE遺伝子型、末梢血液一般検査
・MRI画像、PET画像
https://biosciencedbc.jp/47© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

NBDCヒトデータベースの必要性
制限公開データベースの必要性（プライバシーの担保）• 研究データのオープン化の懸念– プライバシー保全とのバランス– データ公開・利用についての適切な審査– →制限公開データベース• 制限公開データベースの発足– 2007年米国NIH• Database of Genotypes and Phenotypes (dbGaP)– 2008年欧州EMBL-EBI• European Genome-phenome Archive (EGA)– 2013年10月 NBDCおよび国立遺伝学研究所DDBJセンター• NBDCヒトデータベース/Japanese Genotype-phenotypeArchive(JGA)

https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

日本人多様性データベース: TogoVar• 運営元： NBDC, JST• URL:
https://togovar.biosciencedbc.jp/• NBDCヒトデータベースを基に個人特定されない加工データ（頻度情報）を提供、データの概要を把握可能に• 日本や海外で公開されている頻度情報、ゲノム多様性と疾患との関連情報を統合、ワンストップで検索可能に• 現状germline variantのみ、somaticなし
49
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

『 NBDCヒトDB 』の概要を把握

個人別の情報（個人情報）

個人別の情報でない（集計情報）

制限公開 (提供・利用審査あり）

非制限公開データ提供者

研究プロジェクトA
NGSデータSNP-Chipデータ

同じ手法で再解析NGSデータ由来
頻度情報(JGA-NGS)① 概要を把握データ
利用者

研究プロジェクトB
NGSデータ研究プロジェクトC

SNP-Chipデータ由来
頻度情報(JGA-SNP)

日本人大規模バリアント頻度

出典元 (© 2016 DBCLS TogoTV)②利用申請

SNP-Chipデータ
50
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

ワンストップ検索
ゲノム配列の個人による違い（バリアント）に関するさまざまな条件を用いて、国内外のDBや文献情報などのワンストッ
プ検索を可能にTogoVarID: tgv30913364

7番染色体

注目するバリアント

ClinVar (NCBI)ExAC (ブロード研究所）

位置：chr7:127254587
関連する疾患：２型糖尿病
疾患感受性： あり

位置：chr7:127254587
アレル頻度：0.000304573

位置： chr7:127254587
関連する疾患：2型糖尿病
疾患感受性：あり
アレル頻度(iJGVD 3.5KJPN)： 0.0233
0.0272809
アレル頻度(HGVD)：
0.0003045
アレル頻度(ExAC)：
73
関連論文：
A missense mutation of Pax4 gene ...
https://togovar.biosciencedbc.jp/variant/tgv30
913364

ワンストップ検索iJGVD 3.5KJPN

HGVD(京都大学）(東北メディカル・メガバンク機構）

位置： chr7:127254587
アレル頻度： 0.0233
https://biosciencedbc.jp/

位置：
chr7:127254587
アレル頻度：0.0272809

出典元 (© 2016 DBCLS TogoTV)

51© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

JGA-NGS/JGA-SNPデータの由来
JGA-NGShttps://togovar.biosciencedbc.jp/doc/datasets/jga_ngs

JGA-SNPhttps://togovar.biosciencedbc.jp/doc/datasets/jga_snp

https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

TogoVar / その他の検索対象データ
データベース名

対象人数

JGA-NGS125人（WES）

JGA-SNP

183,884人（SNP Chip）

説明
NBDCヒトデータベースに寄託されたデータからのアリル頻度情報（JGA-SNPの大部分はBBJ)

ToMMo 4.7KJPN Allele
Frequency Panel

4,773人（WGS）

東北メディカル・メガバンク機構
が収集したゲノムコホート（東北地方中心）からのアリル頻度情報

Human Genetic
Variation Database(HGVD)

1,208人（WES）

長浜コホートのサンプルを中心としたゲノムコホートからのアリル頻度情報

Exome Aggregation
Consortium (ExAC)

60,706人（WES）

約２０プロジェクトからのデータを再解析した
アリル頻度情報

ClinVar（NCBI）

バリアントの疾患関連性

PubTator (NCBI)
LitVar(NCBI)
Colil(DBCLS)

バリアントに関連する
文献情報

https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

Genome Medical alliance Japan (GEM Japan)「GEM Japan」は、データシェアリングを進めながらゲノム医療の実現を目指すAMEDの各事
業に関わる大学、研究所、病院等と日本全国規模で協力体制を築き、臨床情報と個人ゲノム情報のデータシェアリングと研究利用を促進し、ゲノム医療の実現を目指すものです。

(https://www.amed.go.jp/aboutus/collaboration/ga4gh_gem_japan.html より）
日本人全ゲノム解析に基づく日本人アレル頻度情報の公開
54
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

AMEDゲノム制限共有データベース (AGD)
https://gr-sharingdbs.biosciencedbc.jp/agd

55
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

日本各地の全ゲノム解析情報を統合した参照パネル構築
東北メディカルメガバンク(東北大学、岩手医科大学)、バイオバンクジャパン、理化学研究所の共同研究による参照パネル構築(プレスリリースより)
NBDCは事務局として参画
https://biosciencedbc.jp/

56© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

GEM-J WGA 参照パネル作成に用いられたWGSサンプルの内訳(プレスリリースより)

GATK Best Practiceを用いたjoint variant call、
1000 genomes projectと併せたPCAによる genetic backgroundの品質管理実施後のサンプル数
57
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

GEM-J WGA 参照パネルに収録されたSNV・INDEL数※ 新規検知数: dbSNP152に含まれないバリアントの数

PCAでPlatform毎やサイト毎のクラスタリングが観察→ VCFのFILTER値にNotHighConfidenceRegionのフラグを付与
58
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

TogoVar 検索結果例（一覧検索画面）

検索ボックス・rs番号
・位置検索、範囲検索（hg19)
・遺伝子名（あいまい検索）・関連疾患名（あいまい検索）

検索結果

フィルタ機能・データセット・データセット＋頻度
・バリアントタイプ
・ClinVarの情報

https://biosciencedbc.jp/

59

TogoVar 検索結果例（詳細画面）

バリアントの基本的な情報やClinVarに登録されたpathogenicityの情報、各データセットにおけるアリル頻度を表示
また、PubMedに登録された論文のabstractに当該バリアントの記述がある論文と関連疾患名を表示。論文の引用数も表示。
https://biosciencedbc.jp/

60

解説動画あります（TogoTV)• 操作方法等の解説動画（8分36秒)• Youtube、TogoTV
61
https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

一括ダウンロードできます
頻度データ（tsvファイル）の一括ダウンロードURL• （https://togovar.biosciencedbc.jp/downloads ）62https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

GEM-J GWAデータ一括ダウンロード

頻度情報(VCFフォーマット)は、ダウンロードして利用が可能。
データダウンロード用URL:
https://togovar.biosciencedbc.jp/downloads/gem_j_wga/
データ概要および利用条件URL :https://togovar.biosciencedbc.jp/doc/datasets/gem_j_wga
63

https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際

ご清聴いただき、誠にありがとうございました。

https://biosciencedbc.jp/© NBDC, JST Licensed Under CC 表示 4.0 国際