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まいえたもん
4 years ago
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1 SNP & Variation Suite 8 ~ Rare Variant 解析編 ~ フィルジェン株式会社バイオサイエンス部 (biosupport@filgen.jp) 1

2 Golden Helix 企業概要アメリカのモンタナ州にて1998 年に設立遺伝子解析のリーダー的企業遺伝子解析ソフトウェアおよび解析サービスを提供世界中に数百の大学政府研究機関などのクライアントを保有戦略的パートナー Harvard School of Public Health Affymetrix Gene Chip Compatible Illumina iconnect Charter Partner Agilent Glaxo Smith Kline GeneGo 2

強力な統計解析機能柔軟性操作性 Applications Genotype Analysis DNA sequence

3 SNP & Variation Suite (SVS) SVS: マイクロアレイや次世代シークエンス (NGS) データから遺伝学的解析をするソフトウェア Core Features パワフルなデータマネジメント豊富なビジュアライゼーション機能強力な統計解析機能柔軟性操作性 Applications Genotype Analysis DNA sequence analysis CNV Analysis RNA-seq differential expression Family Based Association GenomeBrowse 3

4 SNP & Variation Suite (SVS) 研究 Human genome Plant DNA Animal DNA 医療疾患の診断や最適な治療オプションの決定におけるゲノム情報の利用教育遺伝学的解析に要するコンピューターサイエンス知識の負担を軽減 4

5 SNP & Variation Suite 使用例 1 ベーチェット症候群に関連する遺伝子の統計解析に SVS が利用されている Kirino, Y et al. (2013) Targeted resequencing implicates the familial Mediterranean fever gene MEFV and the toll-like receptor 4 gene TLR4 in Behçet disease. PNAS, doi: /pnas

(2010) A candidate gene association study on muscat flavor

6 SNP & Variation Suite 使用例 2 Vitis vinifera L. における遺伝子関連解析に SVS が使用されている Emanuelli, F et al. (2010) A candidate gene association study on muscat flavor in grapevine (Vitis vinifera L.). BMC Plant Biology, 10:241, doi: /

7 SVS はこれまでに 800 件以上の論文に貢献 7

8 SNP & Variation Suite 8 - 基本機能 - 8

9 SVS 起動画面 : Welcome Screen A) プロジェクトやチュートリアルへのリンク D) Golden Helix 社テクニカルサポートの連絡先 B) アノテーションやマーカーマップの管理 Helpメニューへのアクセス E) 使用しているライセンス情報 C) 最新のアップデートやバグなどのサポート情報 F) 利用できる機能情報 9

10 Project 画面 : Project Navigator A B C A) Project Navigator Window: プロジェクト上でインポートしたデータや解析したデータが表示される B) Node Change Log: 実行した操作のログ情報 C) User Notes: プロジェクトやデータに関するメモを入力 10

データのインポート各プラットフォームに最適化されたインポートウィザードを搭載 Affyetrix (CHP, CEL, CNT, CNCHP, CYCHP, etc) Illumina (DSF, Final Report, Matrix Text File, etc) Family Pedigree (FBAT Pedigree/ Phenotype, etc) Agilent Files

11 データのインポート各プラットフォームに最適化されたインポートウィザードを搭載 Affyetrix (CHP, CEL, CNT, CNCHP, CYCHP, etc) Illumina (DSF, Final Report, Matrix Text File, etc) Family Pedigree (FBAT Pedigree/ Phenotype, etc) Agilent Files NimbleGen Data Summary Files Variant Call Format (VCF) Files Complete Genomics Var Files PED/TPED/BED Text Third Party (e.g..xlsx,.xls..csv,.sts,.dta) Public Data HapMap Impute2 GWAS Files MACH Output Golden Helix DSF and more 11

12 データ画面 : Spread Sheet データは Spreadsheet 形式で表示 Marker Map 情報は緑色のタブで表示 12

13 Spread Sheet の編集柔軟性のあるデータ編集機能エクセル形式で編集可能カテゴリーデータのバイナリデータへの変換行列の複製や追加入れ替え数値や名前の編集セルの編集変更点は赤色で表示 13

14 その他データ編集機能例複数の Spreadsheet を統合 : Joining or Merging Spreadsheets Appending Spreadsheets 14

15 ゲノムアセンブリ / リファレンス / アノテーショントラック各生物種のゲノムアセンブリ ( ゲノミックビルド ) の取得や管理をおこなう専用のツールを搭載リストから任意のデータを選択してダウンロード 15

16 ゲノムアセンブリ / リファレンス / アノテーショントラック各生物種のリファレンスデータやアノテーショントラックの取得や管理をおこなう専用のツールを搭載リストから任意のデータを選択してダウンロード Information から生物種やデータタイプ取得するリンク先などを確認できる 16

17 ゲノムアセンブリ / リファレンス / アノテーショントラック対応生物種一覧 Anopheles gambiea PEST Heterocephalus glaber Anopheles S Pimperena Homo Sapiens Arabidopsis thaliana Leishmania infantum JPCMS Bos taurus Macaca mulatta Brassica rapa Mus musculus Caenorhabitis elegans Mycobacterium tuberculosis H37Rv Canis familiaris Nomascus leucogenys Capra hircus Oncorhynchus mykiss Capsicum annuum Oryza sativa Carica papaya Prunus persica Citrullus lanatus Rattus norvegicus Cricetulus griseus Setaria italica Danio rerio Solanum lycopersicum Drosophila melanogaster Solanum tuberosum Equus caballus Sorghum bicolor Eucalyptus grandis Staphylococcus aureus N315 Felis catus Staphylococcus aureus USA 300 FPR3757 Glycine max Sus scrofa Gossypium raimondii Vicugna pacos Gullus gullus Zea mays 上記リスト以外にもパブリックデータベースから取得した生物種のカスタムアノテーションを作成することも可能 17

18 マーカーマップマイクロアレイのマーカーマップ情報の取得や管理をおこなう専用のツールを搭載リストから任意のデータを選択してダウンロード (Golden Helix 社のサーバーレポジトリより取得 ) テキストファイルから作成することも可能 18

クオリティコントロールクオリティコントロール Call rateやmaf, Hardy-Weinberg Equilibrium (HWE) の検証 Identity by Descent (IBD) の検証 Population StratificationやBatch effectの検証 Read

19 クオリティコントロールクオリティコントロール Call rateやmaf, Hardy-Weinberg Equilibrium (HWE) の検証 Identity by Descent (IBD) の検証 Population StratificationやBatch effectの検証 Read Depth (DP) やGenotype Quality (GQ), Allelic Depth (AD) の検証多重検定の補正 (Bonferoniなど) 外れ値の検証 LDの刈り込みメンデルエラーの検証 Inbreeding Coefficientの検証 Fixation Index Fstの検証... など 19

20 解析アプリケーション : SNP 関連解析複数の遺伝学モデル統計検定法多重比較法に対応し PCA 補正も可能マンハッタンプロットを簡単に作成可能インタラクティブなビジュアライゼーション機能により多面的なデータ検証が可能 20

21 解析アプリケーション : CNV 解析 CNV 解析が可能 CNV 領域を高精度に検出する CNAM Optimal Segmenting を搭載複数の統計検定法多重比較法をサポート 21

22 解析アプリケーション : LD 解析, Haplotype 解析複数の連鎖不平衡解析ツールを搭載ハプロタイプ頻度の推定や関連解析ハプロタイプブロックの検出が可能複数の検定法多重比較法に対応 22

23 解析アプリケーション : 遺伝子発現差解析 (DESeq) RNA-seq などのハイスループットシークエンスデータからの遺伝子発現解析が可能遺伝子発現の統計解析には DESeq を採用 Volcano plot などのプロット作成 23

24 解析アプリケーション : Variant のアノテーション付フィルタリング Variantのアノテーション付フィルタリング機能遺伝子のexon 内 / 外にあるバリアントのフィルタリングパブリックデータベース (dbsnpなど) に登録されているバリアントのフィルタリング SIFTやPolyphen2, Mutation tasterなどによるスコアリングフィルタリング PhastConsやPhlyop2などのスコアリングフィルタリング NS Functional Prediction (dbnsfp) によるアノテーション付フィルタリングパブリックデータベースに未登録のバリアントの検証アノテーション付フィルタリングマイクロアレイデータや NGS データでは数十万 ~ 数百万単位の変異データが取得可能 SVS は膨大な変異データにアノテーション付やフィルタリングを実行するツールを多数搭載 24

25 解析アプリケーション : Rare variant 関連解析 SVS のレアバリアント関連解析では Combined Multivariate and Collapsing Method (CMC method) や Kernel-Based Adaptive Collapsing Method (KBAC method) によるアプローチが可能複数の検定法多重比較法に対応 25

26 解析アプリケーション一覧 1 Genotype menu: Genotype Statistics by Marker Genotype Filtering by Marker Genotype Statistics by Sample Quality Assurance Menu: Identity by Descent Estimation Fixation Index Fst Fixation Index Fst (by Marker) GBLUP Genomic Relation Matrix Filter Sample by Call Rates LD Pruning SNP Density Mendelian Error Check Inbreeding Coefficients LD Reports Menu Genotype Principal Component Analysis PBAT Family-Based QA PBAT Genotype Analysis Genotype Association Tests Haplotype Association Tests Haplotype Block Detection Runs of Homozygosity Compute Genomic BLUP (GBLUP) Mixed Linear Model Analysis DNA-Seq menu: Set Genotypes to No-Call based on Additional Spreadsheets Filter based on VCF Quality Metrics Calculate Alt Read Ratio Annotate and Filter Variants Activate Variants by Sample Genotypes Filter Variants in Reference Sample Spreadsheet Subset Informative Genotype by Category Variant Binning by Frequency source Variant Classification Classify by Inheritance Pattern Find de Novo Candidate Variants Score Variants by Recessive Model Score Compound Heterozygous Regions Score Variants by dominant Model Collapsing Methods: Count Variants per Gene CMC with Hotelling T Squared Tests CMC with Regression KBAC with Permutation Testing KBAC with Regression 26

27 解析アプリケーション一覧 2 Numeric menu: Numeric Principal Component Analysis Numeric Association Tests Numeric Regression Analysis CNV QA Menu: RNA-Seq menu: Activate Genes by Minimum Read Threshold Normalization and Log Transformation DESeq Analysis Dendrograms and Heatmaps Derivative Log Ratio Spread Percentile Based Winsorizing Wave Detection/ Correction CNAM Optimal Segmenting CNAM Output Analysis Statistics (per Column) Statistics (per Row) Multidimensional Outlier Detection Fishers Exact Test for Binary Predictors 解析アプリケーション要約 Genotype menu: SNPやハプロタイプの関連解析 DNA-Seq menu: バリアントの評価やレアバリアント解析 Numeric menu: CNV 解析や回帰分析主成分分析など各種数量統計解析 RNA-Seq menu: RNA-seqデータによる遺伝子発現変動解析 27

28 ビジュアライゼーション and more 最新の SVS はビジュアライゼーション用ツールであった GenomeBrowse を内蔵 GenomeBrowse は各種パブリックデータベースとリンク 28

29 プロット作成例ハプロタイプブロックやボルケノプロットヒストグラムスキャタープロットヒートマップなど多数サポート 29

30 Demonstration - NGS データを用いたレアバリアント解析 - 30

31 レアバリアント関連解析マイクロアレイに基づく GWAS 研究はコモンバリアント (MAF 0.05) を対象としてきた NGS テクノロジーによりレアバリアント (MAF < 0.01) も解析対象とすることが可能となったレアバリアントに対する関連解析は通常の GWAS アプローチでは困難バリアントを集約し単一ユニットとして解析 31

32 レアバリアント関連解析 SVS によるアプローチ Combined Multivariate and Collapsing Method (CMC method) Kernel-Based Adaptive Collapsing Method (KBAC method) Optimized Sequence Kernel Association Test (SKAT-O) Numeric Association Test 32

33 レアバリアント関連解析例使用するデータ ( クオリティコントロール済み ): NGS データ数 : 697 例検索対象となる変異の数 : 約 12,750 前準備 Spreadsheet の編集クオリティコントロール Read Depth (DP), Genotype Quality (GQ) に基づくフィルタリングアノテーション & フィルタリング SIFT, Polyphe-2, Mutation Taster に基づくアノテーション & フィルタリング (non-synonymous variants の抽出 ) レアバリアント関連解析 CMC Method による解析 33

34 Spreadsheet の編集 : Spreadsheet Editor Spreadsheet の編集は Edit This Spreadsheet から実行 Edit This Spreadsheet: Spreadsheet 中のデータの変換 ( 例 : Case/Control ->1/0) や行列のヘッダー名の変更セルの編集などが可能編集箇所は赤色で表示 34

35 クオリティコントロール : Set Genotype to No-Call based on Additional Spreadsheets Set Genotype to No-Call based on Additional Spreadsheets: Read Depth(DP), Genotype Quality (GQ) の低いデータを missing value に設定 35

36 クオリティコントロール : Set Genotype to No-Call based on Additional Spreadsheets 各種パラメーター画面で閾値を設定 36

37 Spreadsheet の統合 : Join or Merge Spreadsheets Join or Merge Spreadsheets: 2 つのスプレッドシートを統合することが可能追加先のスプレッドシートから Join or Merge Spreadsheets を選択し追加したいスプレッドシートを指定する 37

38 アノテーション & フィルタリング : Annotate and Filter Variants Annotate and Filter Variants: アノテーショントラックに基づくフィルタリングをおこなう選択するアノテーショントラックにより様々なフィルタリングが可能 ( 図では dbnsfp を指定 ) 38

39 アノテーション & フィルタリング : dbnsfp annotation track dbnfsp: SIFT PolyPhen2 MutationTaster Mutation Assesor FATHMM PhastCons Score PhyloP Score... など Annotate and Filter Variants: dbnfsp トラックにより各種 mutation の評価や conservation score の評価が可能各種パラメーター設定時にフィルタリングも設定可能 ( 後からフィルタリングも出来ます ) 39

40 フィルタリング : Activate or Inactivate Based on Second Spreadsheet フィルタリング結果のスプレッドシートなどを基に他のシートのデータサンプルのフィルタリングをおこなうことが可能 Activate or Inactivate Based on Second Spreadsheet ツールを使用一致する行または列を基にアクティベートや非アクティベートを実行する 40

41 レアバリアント関連解析 : CMC method Variant Binning by Frequency Source: MAF の閾値を設定してバリアントを binning するアノテーション情報の利用は MAF の計算に不充分なサンプル数でもレアバリアントの検出を可能にする 41

42 レアバリアント関連解析 : CMC method 各バリアントの割り当てられた MAF Bin の番号や reference 集団における MAF などがリストアップされる 42

43 レアバリアント関連解析 : CMC method CMC Method: CMC with Hotelling T Squared Test: 従属変数が2 進数 ( 上図 ) CMC with Regression: 従属変数が量的数値 ( 共変数の補正も実施 ) 解析パラメーターでbinningしたバリアントデータを指定 43

44 レアバリアント関連解析結果 : CMC method 染色体番号や遺伝子名 p-value などがテーブルデータとして表示 44

45 レアバリアント関連解析 : ビジュアライゼーション (GenomeBrowse) -log10 P-value を基に Plot Variable in GenomeBrowse でプロットを作成できる P-value をプロットすることでマーカーの染色体上での位置を把握できる任意の領域を拡大表示することも可能 45

46 SNP 関連解析 : ビジュアライゼーション (GenomeBrowse) テーブルアイコン ( 図中赤丸 ) をクリックするとテーブルデータが表示される ( 図中緑枠 ) 46

47 SNP 関連解析 : ビジュアライゼーション (GenomeBrowse) Plot 中の任意の領域を拡大しリファレンス遺伝子上のどの位置にマーカーがあるかを確認できる任意のマーカーを選択すると Console にその情報が表示される ( 図中青枠 ) テーブル中の任意のデータをクリックしてプロット上の当該箇所にジャンプすることも可能 47

FBAT Phenotype files) Family-based association tests

48 SVS 機能拡張用アドオン : PBAT PBAT: 家系データに基づく各種解析を可能にするアドオン各種家系データフォーマットのインポート (PED, TPED, BED, FBAT, Pedigree, and FBAT Phenotype files) Family-based association tests (FBAT) の実行 Family-based SNP Association Family-based CNV Association 48

49 SVS は今回ご紹介した以外にも多数の機能を搭載していますご興味のある方は以下のウェブサイトをご覧ください Filgen: /Product/Bioscience4/goldenhelix/index.html Golden Helix: /index.html SVS にはデモ版 (14 日間 ) がありますご興味のある方は弊社までご連絡ください biosupport@filgen.jp TEL:

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PowerPoint プレゼンテーション SNP & Variation Suite 8 ~ GWAS 解析編 ~ フィルジェン株式会社バイオサイエンス部 (biosupport@filgen.jp) Golden Helix 企業概要アメリカのモンタナ州にて1998 年に設立遺伝子解析のリーダー的企業遺伝子解析ソフトウェアおよび解析サービスを提供世界中に数百の大学政府研究機関などのクライアントを保有戦略的パートナー Harvard