村上善則教授らの共同研究グループ※は、日本人約19万人のゲノム解析を行い、身長に関わる573の遺伝的変異を同定しました。本研究成果は、日本人の身長の違いに関わる遺伝的・生物学的な特徴の理解に役立つと期待できます。今回用いた手法はさまざまな多因子疾患[1]の研究などに応用可能です。今回、共同研究グループは、これまで多因子形質のゲノム解析において評価が難しかった、日本人の頻度の低い遺伝的変異を精度良く評価できるように、「全ゲノムインピュテーション(全ゲノム予測)[2]」用の参照配列を新たに作成しました。この参照配列を用いて、日本人約19万人の身長に関わる遺伝的要因を「ゲノムワイド関連解析(GWAS)[3]」により調べた結果、573の遺伝的変異を同定しました。身長に影響するSLC27A3とCYP26B1という二つの遺伝子を新たに特定しました。低頻度の遺伝的変異は身長を高くさせる傾向にあることを明らかにしました。これは、身長を高くする遺伝的変異が日本人集団では自然淘汰を受けていたことを示唆する結果で、欧米人で検証された結果と真逆であり、高身長が日本人にとって何らかの不利な影響を及ぼしていた可能性を示しています。Communications』(9月27日付け)に掲載されました。探索を効率化するための遺伝子多型情報の高度化(研究開発代表者:久保充明)」の支援のもと行われました。身長や体重など、遺伝的要因と環境的要因が相互に影響して個人の違いを生じる特徴は「多因子形質」と呼ばれます。身長は、多因子形質の中でも遺伝的な影響が強いことが知られており、欧米人の双子を用いた研究では、身長の個人差の8割程度は遺伝的要因によって生じていると報告されています注1)。らはこれまでにGWASにより、日本人の肥満注3)や臨床検査値注4)、喫煙注5)などの多因子形質について報告してきました。これまでに実施したGWASでは、日本人で比較的よく見られる塩基の違いについてのみ調べており、頻度が低い遺伝的変異については、精度が低く十分な検討ができませんでした。これまでの身長に関係する遺伝的要因の大規模な検索は、欧米人を中心としたものであり、日本人を対象とした研究は小規模なものに限られていました注6)。そこで、共同研究グループは、日本人の頻度の低い遺伝的変異を精度良く評価することを試み、多因子形質の一つである身長に関連するものを検索しました。「全ゲノムインピュテーション(全ゲノム予測)」は、実験で測定されていない遺伝的変異を推定する遺伝統計学的手法です。GWASを行う際に、実験で測定された遺伝子変異だけを用いると、数十万カ所の遺伝的変異しか比較できませんが、全ゲノムインピュテーションを行うと、比較できる遺伝的変異の数を数千万カ所にも増やすことができます。共同研究グループは、まず全ゲノムインピュテーションの精度を改善するために、バイオバンク・ジャパン[4]で実施された日本人1,037人の全ゲノムシークエンスデータ注7)と国際プロジェクトの1,000ゲノムプロジェクト注8)で実施されたさまざまな人種を対象とした2,504人の公開されている全ゲノムシークエンスデータを統合し、日本人の全ゲノムインピュテーション用の参照配列を新たに構築しました。バイオバンク・ジャパンの参照配列に用いたサンプルとは別のサンプルで精度を検証したところ、既存の参照配列と比較して高精度に遺伝的変異を推定できることを確認しました(図1)。アレル頻度[5]が低い遺伝的変異においては、精度が著しく向上していました。今回構築した全ゲノムインピュテーション用参照配列(赤)、統合前の日本人の全ゲノムシークエンスデータの参照配列(青)、1000ゲノムプロジェクトの公開データの参照配列(水色)、1000ゲノムプロジェクトの東アジア人データの参照配列(緑)でインピュテーションした結果について、横軸にアレル頻度、縦軸にその精度を示した。アレル頻度が5%を超えたところでは大きな差は見られないが、それ未満の低アレル頻度の遺伝的変異は今回の参照配列を用いた方が高いことが分かる。次に、作成したインピュテーション参照配列を用いて、バイオバンク・ジャパンに参加した159,195人を対象に、約2800万カ所の遺伝的変異が身長に及ぼす影響についてGWASを実施しました。10-8)[6]を超えており、身長に関わることが分かりました。同定された遺伝的変異の再現性について検証するために、日本の四つの研究に参加した32,692人について同様の解析を行った結果、609のうち573の遺伝的変異が日本人の身長に関わることが分かりました(図2)。このうち64の遺伝的変異はアレル頻度が5%未満であり、これまでの方法では検出が難しいものでした。本研究で同定された遺伝的変異について、横軸にアレル頻度、縦軸にその影響をプロットした。cm近く高くなったり低くなったりすることに影響を与える遺伝的変異が同定された。発見されたそれぞれの領域には複数の遺伝子が存在しているため、どの遺伝子が身長の違いに影響しているかまでは判定することができません。そこで、タンパク質に影響する遺伝的変異の情報を用いて遺伝子単位で関連を調べる手法により、どの遺伝子が身長へ影響しているかを検証しました。その結果、CYP26B1とSLC27A3というニつの遺伝子が身長に影響していることが明らかになりました(図3)。興味深いことに、これらの遺伝子の遺伝的変異は、いずれも身長を高くすることに関わっていると推察されました。[7]に影響すること、SLC27A3遺伝子はコレステロールや中性脂肪に影響することが判明しました。それぞれ別の生物学的機序により身長に影響する可能性が示されました。遺伝子ごとの身長の関連について網羅的に検討を行った。図では一つの点が遺伝子を意味しており、横軸に染色体上の位置、縦軸に遺伝子の関連の強さを示している。CYP26B1遺伝子とSLC27A3遺伝子が身長に影響していることが分かった。人種を超えて共通していることが確認されました。最後に、アレル頻度が低い遺伝的変異の影響に着目し、日本人の身長に関わる遺伝的要因がどのような影響を受けてきたかを調べました。遺伝的変異をアレル頻度に従って100種に分け、それぞれの身長へ与える影響の平均値を調べたところ、アレル頻度が低い遺伝的変異では身長を高くする傾向にあることが分かりました(図4)。この結果は、身長を高くする効果を持った遺伝的変異が日本人集団では自然淘汰を受けていたことを示唆する結果であり、高身長が日本人にとって何らかの不利な影響を及ぼしていた可能性を示しています。アレル頻度と身長に及ぼす効果量の関係ゲノムワイド関連解析で得られた遺伝的変異の身長への影響について、アレル頻度順に100に分割し検証した。X軸は、常用対数スケールのアレル頻度の平均、Y軸は効果サイズの平均(遺伝的変異の身長に及ぼす影響の平均)を示している。アレル頻度が低い遺伝的変異は、身長を高くする傾向を示す。本研究成果は、身長に関する遺伝的要因の人種差の理解や生物学的機序の解明に貢献すると考えられます。Archive(JGA)より公開される予定です。GWASの結果は、NBDCと理研が独自に構築した日本人集団ゲノム関連解析情報データベース「Jenger」より公開される予定です。これらのデータ公開により、さらなる研究成果につながることが期待できます。日常的にみられる多くの疾患が該当する。全ゲノムシークエンス解析を行う必要がなく、時間・費用が抑えられるというメリットがある。この手法では、全ゲノムシークエンスデータを参照して推定を行うが、研究グループは精度改善を目的に、今回日本人の全ゲノムシークエンスデータを用いた参照配列を新たに構築した。ゲノムワイド関連解析(GWAS)疾患や身長・体重などの量的な形質に影響があるゲノム上のマーカー(遺伝的変異)を、網羅的に検索する手法。2002年に、理研が世界に先駆けて報告を行っており、以降、さまざまな疾患や量的形質に関連するゲノムマーカー同定に貢献している。