H23年度 統合化推進プログラム進捗報告会

大規模ゲノム疫学研究の統合情報基盤の構築

京都大学医学研究科附属ゲノム医学センター
松 田 文 彦JSTバイオサイエンスデータベースセンター「基盤技術開発プログラム」および「統合化推進プログラム」
平成23年度 進捗報告会
2012年2月24日 TKP東京ビジネスセンター©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

研究開発の目標・ねらい• ゲノム疫学研究の情報基盤の構築と公開「ながはま0次コホート研究」の一万人の生活習慣・環境情報、臨床情報、ゲノム・オミックス情報を標準化し、データベースを構築する。
集積した情報を、個人情報保護のもと、医学・生命科学研究者に提供する。

• データベースの枠組みの提供と情報の連結
これをモデルケースとして、同様の研究をおこなう際に即時活用可能なかた
ちで、分子疫学研究者にデータベースの枠組みを提供する。
他の研究で蓄積された遺伝型・表現型データを連結、共有することで、個別の研究で得られた情報の一元化によるそれらの再利用を促す。

• ゲノム情報科学の若手研究者の育成
バイオインフォマティクス、遺伝統計学の若手研究者に教育訓練（OJT）をおこない、これらの分野の将来における中心的研究者の育成をはかる。

「パーソナルヘルスレコード」の情報提供先として機能できる汎用性の高い健康情報管理システムを提案©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

ながはま０次コホート事業のロードマップ
2008

疫学調査

情報の管理・蓄積

2009

2010

初回調査

2011

2012

2013

追跡2014

2015

2016

再調査

2017

追跡

個人情報管理、市民へのフィードバック（長浜市）
臨床・遺伝子情報データベース構築
EHRを通した臨床情報の取得
検体収集・保管

ゲノム疫学
研究

検体収集・保管

網羅的遺伝子解析

疾患関連遺伝子同定

網羅的オミックス解析
参加者：

10,080人 （男性 3,333人、 女性 6,747人）

取得情報：

環境・生活習慣情報 （質問票）
生理学、血液学、生化学測定値

ゲノム解析：

ゲノムスキャン（Illumina）
エクソームシークエンシング

742項目
145項目

3,713検体
64検体©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

合計748万件
合計146万件

合計55億ジェノタイプ

本事業でNBDCに蓄積するデータ項目• 質問票による環境・生活習慣情報– 742項目 約748万件• 生化学・血液学・生理学的測定値– 145項目 約146万件• 参加者のゲノムスキャン情報– Illumina610K（約1,800検体）、2.5Mアレイ（約3,200検体）• エクソームシークエンス情報– 500検体を目標とする• 網羅的メタボローム解析情報– 島津製作所GC-MSを利用 全検体解析 200〜250ピーク分• EHRによる疾患罹患情報– ITネットワークが整備されることが前提©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

個人情報管理部門

研究事務局

個人情報管理者

匿名化情報管理者（一次匿名化）（再匿名化）

二

質問票
データ

質問票
データ

二

一

二
検査結果

検査結果

検査結果

一二付

二

解析結果

送ータ

結果票作成

二デ個

一

質問票
結果票

個 ワクチン接種健診・検査機関

同意書

個

検体分与

個

二質問票
データ

研究
同意書

データ格
納

一

京都大学

二運営事務局

共同研究機関

結果返却

参加者©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

データベースシステム概念図
京 都 大 学統合DBセンター
共同研究用

ゲノムDB

一般公開用

SNPアレイ
全ゲノム塩基配列

ミラーリング
(VPN)

中間形質
DB

アクセスコントローラー

分子疫学
DB

質量分析・その他測定機器

権限承認
(SSL)

臨床情報
DB

閲覧・登録・解析(SSL/VPN)

管理者

採血・診察・問診©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

データベース利用者

本研究開発のロードマップ
実施項目

2011年度

2012年度

2013年度

メタデータのスキーマ定義

メタデータの開発 ・保守 表現型の厳密な記載に向けた語彙の組込み
オントロジー定義と導入
取得情報の格納最適なデータフォーマット確定

メタデータに基づく各種情報格納
統計解析手法の研究開発
データハンドリング
効率化
セキュリティポリシー確立

データ様式に応じたQC法の開発
データ特性に応じた解析法の開発
異なるデータ間の関連解析手法の開発
データベーススキーマ開発と入出力最適化

データ圧縮方法開発
アクセスコントロール法確定

セキュリティーの強化
インタフェース開発

インターフェース開発と実装

データベース公開

パフォーマンスチューニング
試験的公開

バイオインフォマティシ
ャン・遺伝統計家の養 データベース構築と統計学的解析の実践教育
成集中トレーニングコース©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

全データ公開Ｈ２３年度の開発項目
項目１ メタデータの開発・保守
項目２ 取得情報の格納
項目３ データハンドリングの効率化
項目４ 統計解析手法の研究開発
項目５ EHRの導入による疾患関連情報の取得（新規開発項目）©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

各データ項目にはデータ型と、その型に応じた制約を定義する
データ型

制約例

連続値

最大最小、打ち切りの有無バイオマーカー

順序ありカテゴリ

カテゴリの値とコード

質問票

順序なしカテゴリ

カテゴリの値とコード

質問票

SNP情報

ゲノム上の位置とアレル

SNPその他の多型情報

ゲノム上の始終点

CNV

波形

ピークの位置と強度

中間形質情報文字列・日付©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

自由記載情報ながはま０次コホート事業 データ項目数
順序あり

順序なし

文字列・
日付

29085

1872448525201014111

241113229571000021109016512

9757803312737521374

種別

連続値

質問票
尿・血液検査
中心血圧
CAVI
呼吸機能
眼軸長総計

カテゴリー値©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

総数

データ項目定義インターフェイス©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

データの標準化• 類似する項目の統合・関連付け• オントロジー化がなされた外部の標準データと関連付け• オントロジー化が不十分な場合は、独自にオントロジーを追加• 加えて外部標準データ等を組みいれ、疫学標準データ項目セットを定義• キュレーターによる認証

複数のプロジェクト統合に必須である
外部利用者にとってデータの突合が容易になる©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

テキストキュレーション
文字列型→カテゴリ型への変換とオントロジー（ICD10）付与©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

取得情報の格納とハンドリングの効率化• 実験をともなう分析・解析結果
原則として実験機器から得られる生データを最小限の加工でデータベース登録可能なパイプラインを構築• 臨床情報情報登録用統一フォーマットを設計©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

網羅的ゲノム解析ツールのWebインターフェイス構築• 検体・マーカーセットによるジェノタイプ抽出• 実験結果の品質管理• 検体間の遺伝的近縁度 （PCA/近縁）• ゲノムワイド関連解析- ２ｘ３分割表- 線形回帰系（logistic, linear, Tobit, ordlog)- 詳細物理地図作成• 形質間の関連- Linear, logistic, Johnckeere-Terpstra, trend, ..

• ハプロタイピング、ジェノタイプ欠損補完©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

いかにして疾患罹患情報を取得するか• 質問票による調査
自己申告情報の確度に問題• 特定健診の情報受診率の低さに問題• 地域の疾病登録制度の利用 （がん登録など）情報が一部の疾患に限定される• 移動・死亡情報 （住民基本台帳、死亡小票の閲覧）
死亡者の情報のみしか集まらない

EHRを利用した疾患関連情報取得の検討を開始©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

まいこネットの疫学研究利用
レセ電
特定健診
Gooからだログ
からだカルテWellnessLink... 他多様なサービス

ASP型
ASP型
電子カルテ
電子カルテ
データ提供
検査機
検査機
関関

長浜市民
長浜市民

PHR
データ提供

push型データ送信

データ参照（オフラインで参照可
災害に強い）

EHR
EHR
データ提供
調剤薬調剤薬
局
局

電子カルテ
機能提供

京都大学
京都大学

市民への健診データ提供
臨床情報抽出

データ
参照/提供

レセコン
レセコン

クリニック
クリニック

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二重匿名化
臨床情報提供

長浜市
長浜市
基幹病
基幹病院
院

医療行政への利用

長浜赤十字病院
市立長浜病院
長浜市立湖北病院

疾患関連情報取得システムの段階的開発
１） 一疾患・一施設
希少難治性疾患 京都大学医学部附属病院
患者数百人における133項目の臨床情報
4データポイントの追跡

２） 一疾患・多施設
希少難治性疾患 共同研究機関

３） 多疾患・多施設
ながはまコホート 長浜市の三基幹病院
参加者10,080人
参加登録前からの疾患罹患情報©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

大規模コホートとEHRの統合による統合疫学データベース構築

臨床データ
提供／参照

EHR
統合データ参照／解析

臨床データ標準化

一次DB

参画機関
データ参照／記録

データ送信

匿名化
匿名化
臨床データ

プロトコールに準じたデータの標準化

参加者©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

統合DB

MML (Medical Markup Language)形式で出力した疾患関連情報©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

希少難治性疾患のデータ取得状況
評価ランク

割合

◎

１対１で対応付けが可能

16% (21/131)○

１対１では対応付けが困難であるが、参考情報をして参照が可能

16% (21/131)■

コホートシステム側で算出が可能

18% (24/131)▲

調査が必要であるが、結果により対応付けできる可能性がある

5% (7/131)△

条件により１対１で対応付けが可能

1% (1/131)

×

EHR上に移行されていない情報

32% (42/131)―

電子カルテ上に保存されていない情報

12% (15/131)©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

キュレーションインターフェイス©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

再調査に向けた WebQ&A を活用した情報取得システムの構築• Webを通した情報の直接収集で、収集およびキュレーションにかかる労力を削減• 項目定義、表示の順序、回答権の制約を定義→WebQ&A画面の自動生成©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本

Ｈ２４年度の研究実施内容• 疫学システム全体の洗練・多機能化・セキュリティの強化– 個人情報保護・匿名化の枠組みの洗練– データ共有の枠組み– EHR連携• データ項目の標準化 特にメタボロームデータ• インタフェイスの実装– データキュレーション用インタフェイス– 質問票のWeb化• 解析手法の開発・実装©2012松田 文彦(京都大学) licensed under CC表示2.1日本