平成２６年度「統合化推進プログラム（統合データ解析トライアル）」研究開発課題名: HLA遺伝子完全配列決定パイプラインの構築

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きみえやたけ
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1 平成 26 年度統合化推進プログラム ( 統合データ解析トライアル ) 研究開発課題名 : 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 2014 細道一善 ( 国立遺伝学研究所 ) licensed under CC 表示 2.1 日本

2 研究開発内容 1. 研究開発の必要性 2. 予備的な知見 3. 研究項目とその進め方 haplotype phasingプログラムの開発解析手法のパイプライン化 4. 期待される成果

3 研究開発内容 1. 研究開発の必要性 2. 予備的な知見 3. 研究項目とその進め方 haplotype phasingプログラムの開発解析手法のパイプライン化 4. 期待される成果

4 HLA とは HLA(Human Leukocyte Antigen = ヒト白血球抗原 ) 1954 年白血球の血液型として発見組織適合性抗原 (MHC; Major Histocompatibility Complex) ヒトに関しては MHC = HLA

5 MHC クラス I ex) HLA-A, -C, -B 内在抗原提示細胞性免疫 - 細胞障害異物除去 MHC 分子 SP α1 α2 α3 TM CY 5 UTR ex UTR HLA クラス I 分子 α2 α3 TM CY α1 β2mg MHC クラス II α 鎖遺伝子 ex) HLA-DRA, -DQA SP α1 α2 TM/CY ex UTR HLA クラス II 分子 β1 α1 β 鎖遺伝子 ex) HLA-DRB1, -DQB1, -DPB1 外来性抗原提示液性免疫抗体産生 SP β1 β2 TM CY ex UTR β2 TM CY α2

6 HLA 領域のゲノム配列 6p21 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 Shiina T et al. 2009

7 HLA 領域の多様性個人ゲノムの SNP 数 (kb -1 ) C. Venter 0.22 J. Watson 0.23 NA YH 0.15 AK HLA 領域の SNP 密度はゲノム全体の 10 倍以上高い Stewart CA et al. 2004

8 HLA クラス I α1 および α2 ドメインの多様性 5 amino acids peptide α2 α1 日本人で頻度の高い HLA-B アレル 5 種間 α3 β2μ アミノ酸配列での類似性 : 88.9% 塩基配列での類似性 : 93.9% TM CY HLA class I

9 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 Gene A B C Alleles 2,884 3,589 2,375 Proteins 2,041 2,668 1,677 Nulls HLA Class II Gene DRB DQB1 DPB1 Alleles 1, Proteins 1, Nulls IMGT/HLA database Version Report ( )

10 IMGT/HLA データベースに登録されている HLA アレル数

11 HLA アレルの命名法

12 HLA と疾患生活習慣病自己免疫疾患がん造血幹細胞移植に伴う移植片対宿主病ウイルス感染症における防御と重症化薬剤副作用

13 日本人における疾患と HLA の関連疾患関連を示す HLA 型患者集団中の頻度 (%) 一般集団中の頻度 (%) オッズ比ナルコレプシー HLA-DRB1*15:01 HLA-DQB1*06: 強直性脊椎炎 HLA-B ベーチェット病 HLA-B51: 関節リウマチ HLA-DRB1*04:05 HLA-DQB1*04: 型糖尿病 HLA-B*54: HLA-DRB1*04: HLA-DQB1*04: グレーヴス病 HLA-DPB1*05: 橋本病 HLA-DRB4*01: 多発性硬化症 ( 大脳小脳型 ) HLA-DRB1*15: 多発性硬化症 ( 眼神経脊髄型 ) HLA-DPB1*05: 潰瘍性大腸炎 HLA-B*52: HLA-DRB1*15: HLA-DPB1*09: 原発性胆汁性肝硬変 HLA-DRB1*08: SLE HLA-B HLA-DRB1*15: 混合結合組織病 (MCTD) HLA-DRB1*04: 亜急性甲状腺炎 HLA-B*35: HLA-B*67: 高安動脈炎 ( 高安病 ) HLA-B*52: HLA-B*39: バージャー病 HLA-DRB1*15: 川崎病 HLA-DPB1*02:

14 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: Carbamazepine( 抗痙攣剤 ) と Stevens-Johnson 症候群 HLA-B*15: 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: Allopurinol( 抗痛風抗尿酸血症剤 ) と薬疹 HLA-B*58: Ticlopidine( 抗血小板剤 ) と肝障害 HLA-A*33: Amoxicillin-clavulanate potassium ( 抗生物質 ) と肝障害 HLA-DRB1*15: Flucloxacillin( 抗生物質 ) と肝障害 HLA-B*57: 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

15 現行の HLA タイピング法 PCR-SSO (sequence specific oligonucleotide ) 5 UTR ex1 ex2 ex3 ex4 ex5 ex6 ex7 ex8 3 UTR PCR 増幅 + ハイブリダイズ HLA アレルの決定 B*51:02:01 B*58:01:01

複数の組み合わせ候補 Combination 1 B*07:021 + B*35:011 Combination 2

16 現行のHLAタイピング法 PCR-SBT (sequencing based typing) 5 UTR ex1 ex2 ex3 ex4 ex5 ex6 ex7 ex8 3 UTR シーケンス PCR 増幅 HLA アレルの推定複数の組み合わせ候補 Combination 1 B*07:021 + B*35:011 Combination 2 B*07:18 + B*35:05 Combination 3 B*07:09 + B*35:34 Combination 4 B*07:24 + B*35:15?

17 対象データおよび対象データベース

18 研究開発内容 1. 研究開発の必要性 2. 予備的な知見 3. 研究項目とその進め方 haplotype phasingプログラムの開発解析手法のパイプライン化 4. 期待される成果

19 予備的な知見

20 HLA-B エクソン 2 および 3 のアライメント Heterozygous SNVs

21 HLA 遺伝子配列完全決定のワークフロー Sequence reads Mapping SNVs HLA-B Diplotype sequence GCG TAC 250bp 600bp CAA TTG CAA TTG 800bp TAC AGG TAC AGG 1000bp T C

22 HLA 遺伝子配列完全決定のワークフロー Sequence reads Mapping SNVs HLA-B Diplotype sequence GCG CAA CAA TAC TAC T TAC TTG 250bp 600bp TTG 800bp AGG AGG 1000bp C

23 HLA 遺伝子配列完全決定のワークフロー Sequence reads Mapping SNVs HLA-B Diplotype sequence GCG CAA TAC T TAC TTG AGG C 250bp 600bp 800bp 1000bp

24 HLA 遺伝子配列完全決定のワークフロー HLA-B ex7 ex6 ex5 ex4 ex3 ex2 ex1 Before phasing Phased haplotype 1 B*51:01:01 Phased haplotype 2 B*15:02:01

25 研究開発内容 1. 研究開発の必要性 2. 予備的な知見 3. 研究項目とその進め方 haplotype phasingプログラムの開発解析手法のパイプライン化 4. 期待される成果

26 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

27 研究開発内容 1. 研究開発の必要性 2. 予備的な知見 3. 研究項目とその進め方 haplotype phasingプログラムの開発解析手法のパイプライン化 4. 期待される成果

28 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: Carbamazepine( 抗痙攣剤 ) と Stevens-Johnson 症候群 Abacavir( 抗 HIV 剤 ) と胃腸障害嗜眠低血圧による致死副作用 HLA-B*15: HLA-B*57: Allopurinol( 抗痛風抗尿酸血症剤 ) と薬疹 HLA-B*58: Ticlopidine( 抗血小板剤 ) と肝障害 HLA-A*33: Amoxicillin-clavulanate potassium ( 抗生物質 ) と肝障害 HLA-DRB1*15: Flucloxacillin( 抗生物質 ) と肝障害 HLA-B*57: 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

29 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 positive 23 0 ADR negative ADR Positive % 48% 0% Mallal S et al. N Engl J Med. 2008

30 NGS による骨髄バンクサンプルの HLA タイピング日本骨髄バンク移植 40 万検体

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nagasaki_GMT2015_key09 Workflow Variant Calling 03 長崎は遺伝研大量遺伝情報研究室の所属です国立遺伝学研究所生命情報研究センター 3F 2F 欧州EBIと米国NCBIと密接に協力しながら DDBJ/EMBL/GenBank国際塩基配列データベースを構築しています私たちは塩基配列登録を支援するシステムづくり登録データを活用するシステムづくり高速シーケンス配列の情報解析を行なっています

平成２６年度「統合化推進プログラム（統合データ解析トライアル）」 研究開発課題名: HLA遺伝子完全配列決定パイプラインの構築

平成２６年度「統合化推進プログラム（統合データ解析トライアル）」研究開発課題名: HLA遺伝子完全配列決定パイプラインの構築