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遺伝疫学研究デザイン  東京大学 医学系研究科    M1 倉橋一成                1
遺伝研究   2003年にヒトゲノム計画が完了   ヒトゲノム:約30億塩基対,約22,000遺伝子   これら遺伝子の形質を知りたい    (ポストゲノム計画)     Knowledge-based approach    →実験的...
遺伝統計学の倫理的問題   三省庁(文部科学省,厚生労働省,経済産業    省)による倫理指針   「ヒトゲノム,遺伝子解析のための倫理指針」       倫理審査委員会による審査       インフォームドコンセントの徹底     ...
遺伝カウンセリング   情報開示に伴う個人の心理的障害に対処   遺伝子は…     生涯変化しない     個人だけでなく血縁者にも関係する    →特に生殖細胞遺伝子の取り扱いに注意                         4
遺伝統計学   DNAアレイ,SNPアレイなどの発現解析   遺伝疫学       薬物の感受性       有害事象の頻度       遺伝子と環境との交互作用                           5
遺伝子と環境の交互作用 遺伝子や環境単独ではリスク無し 遺伝子と環境の交互作用リスクは有り例)妊娠期の喫煙,TGFα多型と口蓋リスクとの関係        喫煙,TGFα多型のみではリスク無し        喫煙とTGFα多型の交互作用...
遺伝疫学の特徴   疾患感受性遺伝子       ケースコントロール研究       マーカーによって疾患と相関のある遺伝子を同定   遺伝子と環境との疾患に対する交互作用   遺伝子診断はしばしば高価   妥当なコントロールが不明...
今回紹介する研究デザイン   Case-control study   Case-only study   Case-parental control study       伝達不平衡テスト(TDT)       家族内相関解析(A...
遺伝に関する基礎知識   DNA       染色体       遺伝子多型       アレル       座位(遺伝子座)       塩基   遺伝       メンデルの法則       表現型と形質       連...
細胞   生物の最小単位   ヒトでは       約数10兆個        (体重1kgにつき1兆個)       約220種                        10
染色体   DNAの集合体   ほとんどが核の中に存在   通常の細胞:23対(46本)   全DNAを1ゲノムと表現   約22,000の遺伝子   遺伝子はゲノムの約数%               染色体           ...
遺伝子   染色体の一部   遺伝子座(locus):遺伝子が存在する場所   形質(trait):ある遺伝子座の役割       疾患,薬剤感受性   表現型(phenotype):形質を細かく表現       疾患の有無,薬剤感...
遺伝子(つづき)   アレル(allele):同遺伝子座に存在する対立遺伝子   遺伝子型:2つのアレルで表現される   多型(polymorphism):遺伝子やその産物の違い   マーカー遺伝子:測定が容易な遺伝子    遺伝子座 ...
ハプロタイプ(haplotype)   2つの遺伝子座でのアレルの組み合わせ   ディプロタイプ形:2つのハプロタイプの組み合わせ            1    2       1       2                     ...
Case-control study   前提:適切なコントロールの選出   曝露(環境)と遺伝子型はそれぞれ2分類       遺伝子型:1つまたはいくつかの遺伝子座        に存在するアレルによって決定   曝露,遺伝子型,発...
オッズ比    曝露          遺伝子型        ケース   コントロール                  +          a       b        +                  -          c ...
遺伝子と疾患との関連   交絡変数を調整したオッズ比   まれな疾患の場合はリスク比に近似   疾患と関連のあるアレルが疾患の原因とは    限らない       本当の疾患遺伝子と連鎖不平衡であるため検出        された可能性 ...
連鎖(linkage)   連鎖:アレル同士の子への分配が非独立       遺伝子座Aとマーカー:連鎖不平衡       遺伝子座Bとマーカー:連鎖平衡    Pr :あるアレルが子供へ継承される確率    m1 , m2 :マーカー1...
妊娠期の喫煙,TGFα多型と     口蓋リスクとの関係                             Hwang et al. 1995        喫煙,遺伝子型のみではリスクなし        同時リスクは約5.5倍(2....
Case-only study   曝露(環境)と遺伝子型の交互作用に興味   ケースのみを用いた2×2表曝露       遺伝子型   ケース           遺伝子型           +     a     曝露+       ...
CORの解釈   コントロール群で曝露と遺伝子型が独立= 1, COR SIM Z =       交互作用として解釈できる   曝露や遺伝子型の単独の効果はわからない   ロジスティックモデルにより共変量を考慮           ...
妊娠期の喫煙,TGFα多型と     口蓋リスクとの関係                     Hwang et al. 1995喫煙    遺伝子型   ケース   コントロール   オッズ比    95%信頼区間        +    ...
Case-only studyの注意点1   ケースの選出法       発症ケースが最も良い   コントロール群での仮定       通常の状況に比べて満たされる場合が多い           栄養状態,喫煙,職業曝露,飲酒    ...
Case-only studyの注意点2   検出されたアレルや遺伝子型と疾患との関係       真の疾患感受性遺伝子との連鎖不平衡   CORは乗法モデルでの交互作用と解釈       疫学における正しい交互作用とは?      ...
Parental control study   コントロールの定義が不明確   ケースの親類がコントロールとして理想的かも       先祖が同じである       親や兄弟をコントロールとする   親をコントロールとする    ...
TDT    (transmission disequilibrium test)                                           non-transmitted allele                ...
HHRR    (Haplotype-based haplotype relative risk)                                                allele    M/M         M/m...
AFBAC       (affected family based control study)   HRR(haplotype relative risk)に基づく   両親の遺伝子型を基に仮想コントロールを設定            ...
TDT,HHRR,AFBAC   TDT       アレルと疾患(遺伝子)との連鎖を検定       少なくとも相関はあることが前提           相関が無いと連鎖していても検出できない   HHRR,AFBAC      ...
AFBAC        (Case-parental control study)   ケースとコントロールを分割表に分類           genotype in   genotype in case             contr...
環境との交互作用   曝露で層別                   genotype in   genotype in case        exposure                     control       +    ...
Flanders and Khouryの方法                         32
Case-parental control study        の特徴1   コントロールが妥当であるか       仮想コントロールの遺伝子型が生殖機能に関わっ        ている場合   生存や生殖に影響を及ぼさない遺伝子型 ...
Case-parental control study         の特徴2   環境単独の効果はわからない       曝露の有り無しで遺伝子型の効果が異なるかどうか       環境と遺伝子型の交互作用はわかる   遺伝子型単独...
Sib control study   ケースの親族がコントロールとして適切   発症年齢が高い疾患       親の遺伝子型を調べることは困難       罹患していない兄弟をコントロールとする   同胞伝達不平衡テスト(S-TDT...
S-TDT   家族毎(i)に分割表を考える                                            genotype                disease                  +     ...
Affected sib-pair analysis   兄弟間のIBD(identity by descent)を考える       IBD:アレルが同祖である状態       兄弟のIBDは期待的に・・・           IBD...
環境との交互作用                                            odds ratio                 exposed     IBD                       expec...
Affected sib-pair analysisの特徴   疾患感受性を増加させる遺伝子座を調査       家族に2人以上の患者が必要       サンプルサイズの減少   ケース同士のIBD       親や親戚の情報が必要...
まとめ   遺伝子と環境の交互作用を確かめる様々な方法   外的なコントロールは利用しない   疾病の機序が複雑な場合       特定の交互作用を検出することは難しい   ケースコントロール研究に勝ることは無い   交互作用を調べ...
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遺伝疫学研究デザイン isseing333

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遺伝疫学研究デザイン isseing333

  1. 1. 遺伝疫学研究デザイン 東京大学 医学系研究科 M1 倉橋一成 1
  2. 2. 遺伝研究 2003年にヒトゲノム計画が完了 ヒトゲノム:約30億塩基対,約22,000遺伝子 これら遺伝子の形質を知りたい (ポストゲノム計画)  Knowledge-based approach →実験的手法  Statistics-based approach →統計的手法 2
  3. 3. 遺伝統計学の倫理的問題 三省庁(文部科学省,厚生労働省,経済産業 省)による倫理指針 「ヒトゲノム,遺伝子解析のための倫理指針」  倫理審査委員会による審査  インフォームドコンセントの徹底  個人情報の保護  情報の開示  遺伝カウンセリング http://www.mhlw.go.jp/houdou/0103/h0329-3.html 3
  4. 4. 遺伝カウンセリング 情報開示に伴う個人の心理的障害に対処 遺伝子は…  生涯変化しない  個人だけでなく血縁者にも関係する →特に生殖細胞遺伝子の取り扱いに注意 4
  5. 5. 遺伝統計学 DNAアレイ,SNPアレイなどの発現解析 遺伝疫学  薬物の感受性  有害事象の頻度  遺伝子と環境との交互作用 5
  6. 6. 遺伝子と環境の交互作用 遺伝子や環境単独ではリスク無し 遺伝子と環境の交互作用リスクは有り例)妊娠期の喫煙,TGFα多型と口蓋リスクとの関係  喫煙,TGFα多型のみではリスク無し  喫煙とTGFα多型の交互作用リスクは有り 喫煙 遺伝子型 ケース コントロール オッズ比 95%信頼区間 + + 13 11 5.5 2.1-14.6 + - 13 69 0.9 0.4-1.8 - + 7 34 1.0 0.3-2.4 - - 36 167 1.0 6
  7. 7. 遺伝疫学の特徴 疾患感受性遺伝子  ケースコントロール研究  マーカーによって疾患と相関のある遺伝子を同定 遺伝子と環境との疾患に対する交互作用 遺伝子診断はしばしば高価 妥当なコントロールが不明  ケースオンリー研究  ケースの親族をコントロールとした研究 7
  8. 8. 今回紹介する研究デザイン Case-control study Case-only study Case-parental control study  伝達不平衡テスト(TDT)  家族内相関解析(AFBAC) Affected relative-pair study  罹患同胞対解析 8
  9. 9. 遺伝に関する基礎知識 DNA  染色体  遺伝子多型  アレル  座位(遺伝子座)  塩基 遺伝  メンデルの法則  表現型と形質  連鎖 9
  10. 10. 細胞 生物の最小単位 ヒトでは  約数10兆個 (体重1kgにつき1兆個)  約220種 10
  11. 11. 染色体 DNAの集合体 ほとんどが核の中に存在 通常の細胞:23対(46本) 全DNAを1ゲノムと表現 約22,000の遺伝子 遺伝子はゲノムの約数% 染色体 染色分体 11
  12. 12. 遺伝子 染色体の一部 遺伝子座(locus):遺伝子が存在する場所 形質(trait):ある遺伝子座の役割  疾患,薬剤感受性 表現型(phenotype):形質を細かく表現  疾患の有無,薬剤感受性の強弱 形質 染色体 ポストゲノム時代の遺伝統計学 12
  13. 13. 遺伝子(つづき) アレル(allele):同遺伝子座に存在する対立遺伝子 遺伝子型:2つのアレルで表現される 多型(polymorphism):遺伝子やその産物の違い マーカー遺伝子:測定が容易な遺伝子 遺伝子座 アレル 遺伝子型が決定 表現型が決定 染色体 13
  14. 14. ハプロタイプ(haplotype) 2つの遺伝子座でのアレルの組み合わせ ディプロタイプ形:2つのハプロタイプの組み合わせ 1 2 1 2 1 2 ある遺伝子座のアレル ハプロタイプ ディプロタイプ形 ポストゲノム時代の遺伝統計学 14
  15. 15. Case-control study 前提:適切なコントロールの選出 曝露(環境)と遺伝子型はそれぞれ2分類  遺伝子型:1つまたはいくつかの遺伝子座 に存在するアレルによって決定 曝露,遺伝子型,発病の2×4表を作成 曝露 遺伝子型 ケース コントロール + a b + - c d + e f - - g h 15
  16. 16. オッズ比 曝露 遺伝子型 ケース コントロール + a b + - c d + e f - - g hORe = ch dg , ORg = eh fg , OReg = ah bg 交互作用の指標(synergy index) ORge SIM = ORg × ORe  1でなければ乗法モデルで交互作用有り 16
  17. 17. 遺伝子と疾患との関連 交絡変数を調整したオッズ比 まれな疾患の場合はリスク比に近似 疾患と関連のあるアレルが疾患の原因とは 限らない  本当の疾患遺伝子と連鎖不平衡であるため検出 された可能性  集団の特徴によって変わる 17
  18. 18. 連鎖(linkage) 連鎖:アレル同士の子への分配が非独立  遺伝子座Aとマーカー:連鎖不平衡  遺伝子座Bとマーカー:連鎖平衡 Pr :あるアレルが子供へ継承される確率 m1 , m2 :マーカー1,2 Pr ( A1m1 ) ≠ Pr ( A1 ) × Pr ( m1 ) Pr (= Pr ( B1 ) × Pr ( m1 ) B1m1 ) 18
  19. 19. 妊娠期の喫煙,TGFα多型と 口蓋リスクとの関係 Hwang et al. 1995  喫煙,遺伝子型のみではリスクなし  同時リスクは約5.5倍(2.1-14.6倍)  交互作用有り喫煙 遺伝子型 ケース コントロール オッズ比 95%信頼区間 + 13 11 5.5 2.1-14.6+ - 13 69 0.9 0.4-1.8 + 7 34 1 0.3-2.4- - 36 167 1 13 ×167 11× 36SIM = 6.57 ( 7 ×167 34 × 36 ) × (13 ×167 69 × 36 ) 19
  20. 20. Case-only study 曝露(環境)と遺伝子型の交互作用に興味 ケースのみを用いた2×2表曝露 遺伝子型 ケース 遺伝子型 + a 曝露+ + - - c + e + a c- - e g - g adfg bh COR SIM × Z = = × = ag ce bceh df Z = 1 であればSIMとCORは一致する  Z:コントロール群での曝露と遺伝子型とのオッズ比 20
  21. 21. CORの解釈 コントロール群で曝露と遺伝子型が独立= 1, COR SIM Z =  交互作用として解釈できる 曝露や遺伝子型の単独の効果はわからない ロジスティックモデルにより共変量を考慮 Piegorsh et.al. 1944  精密な推定値 SIMは疾患に潜む病因の異質性を表現 Begg and Zhang 1994 交絡要因を調整する事も可能 21
  22. 22. 妊娠期の喫煙,TGFα多型と 口蓋リスクとの関係 Hwang et al. 1995喫煙 遺伝子型 ケース コントロール オッズ比 95%信頼区間 + 13 11 5.5 2.1-14.6+ - 13 69 0.9 0.4-1.8 + 7 34 1 0.3-2.4- - 36 167 1 13 × 36 = = 5.14 COR 13 × 7 11×167 5.14 = = 0.78, SIM = 6.59 Z = 69 × 34 0.78 独立の仮定は満たされているであろう 22
  23. 23. Case-only studyの注意点1 ケースの選出法  発症ケースが最も良い コントロール群での仮定  通常の状況に比べて満たされる場合が多い  栄養状態,喫煙,職業曝露,飲酒  満たされない場合  アルコール代謝酵素によるアルコール依存症や肝硬変 などへのリスク 曝露や遺伝子型単独の効果はわからない 23
  24. 24. Case-only studyの注意点2 検出されたアレルや遺伝子型と疾患との関係  真の疾患感受性遺伝子との連鎖不平衡 CORは乗法モデルでの交互作用と解釈  疫学における正しい交互作用とは?  SIMも加法モデルでの交互作用とは解釈できない  多くの環境-遺伝交互作用は乗法モデルで記述 24
  25. 25. Parental control study コントロールの定義が不明確 ケースの親類がコントロールとして理想的かも  先祖が同じである  親や兄弟をコントロールとする 親をコントロールとする  伝達不平衡テスト(TDT)  ハプロタイプ相対リスク(HHRR)  家族内相関解析(AFBAC) 25
  26. 26. TDT (transmission disequilibrium test) non-transmitted allele transmitted allele M/M M/m M m M a b a+b m c d c+d a+c b+d 2n M/m マーカー座位MにアレルMとm 両親を分割表に分類する  父親:a,母親:c McNemar検定: 2 ( b − c ) 2 χ td = ~ χ12 b+c 26
  27. 27. HHRR (Haplotype-based haplotype relative risk) allele M/M M/m M m transmitted a+b c+d 2n nontransmitted a+c b+d 2n 2a+b+c b+c+2d 4n M/m 興味あるアレルの頻度を知りたい  伝達された,又はされてないアレル中の頻度 Pearsonの χ 検定を行う 2 27
  28. 28. AFBAC (affected family based control study) HRR(haplotype relative risk)に基づく 両親の遺伝子型を基に仮想コントロールを設定 仮想コントロール M/M M/m M/M M/m Case-parental control studyも仮想コントロール を設定 28
  29. 29. TDT,HHRR,AFBAC TDT  アレルと疾患(遺伝子)との連鎖を検定  少なくとも相関はあることが前提  相関が無いと連鎖していても検出できない HHRR,AFBAC  アレルと疾患(遺伝子)との相関を検定  相関しているからといって連鎖しているとは限らない  この方法を連鎖の検定に用いるとαエラーは大 29
  30. 30. AFBAC (Case-parental control study) ケースとコントロールを分割表に分類 genotype in genotype in case control + - + a b - c d  あるアレルや遺伝子型を持っているor持っていない マッチング表の解析  全セルの合計はn(ペア) オッズ比: c b 30
  31. 31. 環境との交互作用 曝露で層別 genotype in genotype in case exposure control + - + a b + - c d + e f - - g h  曝露有り群のオッズ比:c b  曝露無し群のオッズ比:g f cb  これらの比 によって交互作用を確認 g f 31
  32. 32. Flanders and Khouryの方法 32
  33. 33. Case-parental control study の特徴1 コントロールが妥当であるか  仮想コントロールの遺伝子型が生殖機能に関わっ ている場合 生存や生殖に影響を及ぼさない遺伝子型  大人になって発病するような疾患に有用 親の遺伝子型が必要  周産期に関わる疾患(先天異常など)に有用 33
  34. 34. Case-parental control study の特徴2 環境単独の効果はわからない  曝露の有り無しで遺伝子型の効果が異なるかどうか  環境と遺伝子型の交互作用はわかる 遺伝子型単独の効果がわかる  Case-only studyではわからなかった 検出されたアレルや遺伝子型と疾患との関係  真の疾患感受性遺伝子との連鎖不平衡 34
  35. 35. Sib control study ケースの親族がコントロールとして適切 発症年齢が高い疾患  親の遺伝子型を調べることは困難  罹患していない兄弟をコントロールとする 同胞伝達不平衡テスト(S-TDT) 罹患同胞対解析(affected sib-pair analysis) 35
  36. 36. S-TDT 家族毎(i)に分割表を考える genotype disease + - total + r+ i r− i r⋅i - n+ i − r+ i n− i − r− i n⋅i − r⋅i total n+ i n− i n⋅i ある遺伝子型の期待値からのずれをMantel- Haenszel testによって検定   2 ∑ ( r+ i − e+ i )  n+ i n− i r⋅i ( n⋅i − r⋅i )e+ i = r⋅i n+ i n⋅i , V [ r+ i − e+ i ] = 2 , χ S −TDT =  i 2  n⋅i ( n⋅i − 1) ∑V [ r+i − e+i ] i 36
  37. 37. Affected sib-pair analysis 兄弟間のIBD(identity by descent)を考える  IBD:アレルが同祖である状態  兄弟のIBDは期待的に・・・  IBD=0:25%  IBD=1:50%  IBD=2:25% 期待値からの乖離:連鎖の存在を示唆 環境で層別することで交互作用を確認  兄弟間で曝露が異なっていたら複雑になる 37
  38. 38. 環境との交互作用 odds ratio exposed IBD expected exposed + - + - 0 a d 0.25 1 1 1 b e 0.5 b/2a e/2d 2 c f 0.25 c/a f/d ここの比で交互作用を調べる IBDの分布の偏りは尤度比で検定する  尤度比の対数:LOD値 38
  39. 39. Affected sib-pair analysisの特徴 疾患感受性を増加させる遺伝子座を調査  家族に2人以上の患者が必要  サンプルサイズの減少 ケース同士のIBD  親や親戚の情報が必要 特定のアレルの疾病への影響はわからない 環境単独の効果はわからない メンデルの法則が崩れると妥当ではない 39
  40. 40. まとめ 遺伝子と環境の交互作用を確かめる様々な方法 外的なコントロールは利用しない 疾病の機序が複雑な場合  特定の交互作用を検出することは難しい ケースコントロール研究に勝ることは無い 交互作用を調べるためには充分に有用である 40

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