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. 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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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 h
ORe = 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. 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. 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. 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× 36
SIM = 6.57
( 7 ×167 34 × 36 ) × (13 ×167 69 × 36 )
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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. 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. 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. 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
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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. 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. 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. 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. 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. 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. 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
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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. Flanders and Khouryの方法
32

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. 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
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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）
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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
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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
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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
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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
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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
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