Published March 26, 2020 | Version v1
Publication Open

Dimensionality reduction reveals fine-scale structure in the Japanese population with consequences for polygenic risk prediction

  • 1. Osaka University
  • 2. RIKEN Center for Integrative Medical Sciences
  • 3. Ministry of Health
  • 4. Institute for Medical Research
  • 5. Weill Cornell Medical College in Qatar
  • 6. Hamad Medical Corporation
  • 7. Jordan Hospital
  • 8. King Faisal Specialist Hospital & Research Centre
  • 9. Dr. Humeira Badsha Medical Center
  • 10. American University of Beirut
  • 11. Massachusetts General Hospital
  • 12. Harvard University
  • 13. Karolinska University Hospital
  • 14. Karolinska Institutet
  • 15. The University of Tokyo

Description

Abstract The diversity in our genome is crucial to understanding the demographic history of worldwide populations. However, we have yet to know whether subtle genetic differences within a population can be disentangled, or whether they have an impact on complex traits. Here we apply dimensionality reduction methods (PCA, t -SNE, PCA- t -SNE, UMAP, and PCA-UMAP) to biobank-derived genomic data of a Japanese population ( n = 169,719). Dimensionality reduction reveals fine-scale population structure, conspicuously differentiating adjacent insular subpopulations. We further enluciate the demographic landscape of these Japanese subpopulations using population genetics analyses. Finally, we perform phenome-wide polygenic risk score (PRS) analyses on 67 complex traits. Differences in PRS between the deconvoluted subpopulations are not always concordant with those in the observed phenotypes, suggesting that the PRS differences might reflect biases from the uncorrected structure, in a trait-dependent manner. This study suggests that such an uncorrected structure can be a potential pitfall in the clinical application of PRS.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد التنوع في جينومنا أمرًا بالغ الأهمية لفهم التاريخ الديموغرافي للسكان في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، لا يزال يتعين علينا معرفة ما إذا كان يمكن فصل الاختلافات الجينية الدقيقة بين السكان، أو ما إذا كان لها تأثير على السمات المعقدة. نطبق هنا طرق تقليل الأبعاد (PCA و t - SNE و PCA - t - SNE و UMAP و PCA - UMAP) على البيانات الجينية المشتقة من البنك الحيوي للسكان اليابانيين ( العدد = 169،719). يكشف تقليل الأبعاد عن بنية سكانية دقيقة، مما يميز بشكل واضح السكان الجزيريين المتجاورين. نحن نزيد من توضيح المشهد الديموغرافي لهذه المجموعات السكانية الفرعية اليابانية باستخدام تحليلات علم الوراثة السكانية. أخيرًا، نجري تحليلات درجة المخاطر متعددة الجينات على مستوى الفينوم (PRS) على 67 سمة معقدة. لا تتوافق الاختلافات في درجة المخاطر متعددة الجينات (PRS) بين المجموعات الفرعية غير الملتفة دائمًا مع تلك الموجودة في الأنماط الظاهرية المرصودة، مما يشير إلى أن اختلافات درجة المخاطر متعددة الجينات (PRS) قد تعكس تحيزات من البنية غير المصححة، بطريقة تعتمد على السمات. تشير هذه الدراسة إلى أن مثل هذا الهيكل غير المصحح يمكن أن يكون عثرة محتملة في التطبيق السريري لـ PRS.

Translated Description (French)

Résumé La diversité de notre génome est cruciale pour comprendre l'histoire démographique des populations mondiales. Cependant, nous ne savons pas encore si les différences génétiques subtiles au sein d'une population peuvent être démêlées ou si elles ont un impact sur des traits complexes. Ici, nous appliquons des méthodes de réduction de la dimensionnalité (PCA, t -SNE, PCA- t -SNE, UMAP et PCA-UMAP) aux données génomiques dérivées des biobanques d'une population japonaise ( n = 169 719). La réduction de la dimensionnalité révèle une structure de population à échelle fine, différenciant nettement les sous-populations insulaires adjacentes. Nous enrichissons davantage le paysage démographique de ces sous-populations japonaises à l'aide d'analyses de génétique des populations. Enfin, nous effectuons des analyses de score de risque polygénique (PRS) à l'échelle du phénome sur 67 traits complexes. Les différences de PRS entre les sous-populations déconvoluées ne concordent pas toujours avec celles des phénotypes observés, ce qui suggère que les différences de PRS pourraient refléter des biais de la structure non corrigée, de manière dépendante des traits. Cette étude suggère qu'une telle structure non corrigée peut être un piège potentiel dans l'application clinique de la PRS.

Translated Description (Spanish)

Resumen La diversidad de nuestro genoma es crucial para comprender la historia demográfica de las poblaciones de todo el mundo. Sin embargo, aún no sabemos si las diferencias genéticas sutiles dentro de una población se pueden desenredar o si tienen un impacto en los rasgos complejos. Aquí aplicamos métodos de reducción de dimensionalidad (PCA, t-SNE, PCA-t-SNE, UMAP y PCA-UMAP) a datos genómicos derivados de biobancos de una población japonesa ( n = 169,719). La reducción de la dimensionalidad revela una estructura de población a pequeña escala, diferenciando visiblemente las subpoblaciones insulares adyacentes. Además, analizamos el panorama demográfico de estas subpoblaciones japonesas mediante análisis de genética de poblaciones. Finalmente, realizamos análisis de puntuación de riesgo poligénico (PRS) en todo el fenoma en 67 rasgos complejos. Las diferencias en PRS entre las subpoblaciones desconvolucionadas no siempre son concordantes con las de los fenotipos observados, lo que sugiere que las diferencias en PRS podrían reflejar sesgos de la estructura no corregida, de una manera dependiente de los rasgos. Este estudio sugiere que tal estructura no corregida puede ser un escollo potencial en la aplicación clínica de PRS.

Files

s41467-020-15194-z.pdf.pdf

Files (4.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:ef48b5206d21f5fd2afb99b548be5090
4.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يكشف تقليل الأبعاد عن بنية دقيقة في السكان اليابانيين مع عواقب على التنبؤ بالمخاطر متعددة الجينات
Translated title (French)
La réduction de la dimensionnalité révèle une structure à échelle fine dans la population japonaise avec des conséquences pour la prédiction du risque polygénique
Translated title (Spanish)
La reducción de la dimensionalidad revela una estructura a escala fina en la población japonesa con consecuencias para la predicción del riesgo poligénico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3013112475
DOI
10.1038/s41467-020-15194-z

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1972000177
  • https://openalex.org/W1990063233
  • https://openalex.org/W1999623479
  • https://openalex.org/W2033151532
  • https://openalex.org/W2049611977
  • https://openalex.org/W2053154970
  • https://openalex.org/W2093044565
  • https://openalex.org/W2104549677
  • https://openalex.org/W2104688201
  • https://openalex.org/W2106100115
  • https://openalex.org/W2116360795
  • https://openalex.org/W2119112570
  • https://openalex.org/W2119444539
  • https://openalex.org/W2130357582
  • https://openalex.org/W2152061115
  • https://openalex.org/W2153860431
  • https://openalex.org/W2157752701
  • https://openalex.org/W2161633633
  • https://openalex.org/W2163722216
  • https://openalex.org/W2164777277
  • https://openalex.org/W2284253967
  • https://openalex.org/W2425732405
  • https://openalex.org/W2529241974
  • https://openalex.org/W2581817027
  • https://openalex.org/W2586504828
  • https://openalex.org/W2587257410
  • https://openalex.org/W2604811845
  • https://openalex.org/W2755116403
  • https://openalex.org/W2763344981
  • https://openalex.org/W2766436659
  • https://openalex.org/W2789833091
  • https://openalex.org/W2800261619
  • https://openalex.org/W2802442746
  • https://openalex.org/W2808845891
  • https://openalex.org/W2889326414
  • https://openalex.org/W2895486342
  • https://openalex.org/W2913411807
  • https://openalex.org/W2924359406
  • https://openalex.org/W2932671560
  • https://openalex.org/W2950577582
  • https://openalex.org/W2952596949
  • https://openalex.org/W2966010373
  • https://openalex.org/W2973113902
  • https://openalex.org/W2987322729
  • https://openalex.org/W3012758303
  • https://openalex.org/W4205170775