[論文レビュー] Immune fingerprinting

Thomas Dupic, Meriem Bensouda Koraichi+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2020

Cytomegalovirus and herpesvirus research参考文献 46被引用数 2

ひとこと要約

この論文では、10,000個のリソース細胞からのみ、個人を一意に特定できる情報理論的測度に基づく免疫レパートリー類似度を用いた分類器「Immprint」を紹介している。偽陽性および偽陰性率が10⁻⁶未塔に抑えられ、時間経過や急性感染症を経ても、免疫レパートリーが非常に個人的で安定した指紋として機能することを示している。

ABSTRACT

Immune repertoires provide a unique fingerprint reflecting the immune history of individuals, with potential applications in precision medicine. However, the question of how personal that information is and how it can be used to identify people has not been explored. Here, we show that individuals can be uniquely identified from repertoires of just a few thousands lymphocytes. We present Immprint, a classifier using an information-theoretic measure of repertoire similarity to distinguish pairs of repertoire samples coming from the same versus different individuals. Using published data and statistical modeling, we tested its ability to identify individuals with great accuracy, including identical twins, by computing false positive and false negative rates < 10-6 using 10,000 cells. The method is robust to acute infections and the passage of time. These results emphasize the private and personal nature of repertoire data.

研究の動機と目的

• 免疫レパートリーが一意の個人識別子として機能するかどうかを調査すること。
• 感染症や時間の経過といった生物学的ばらつきの下でも、免疫に基づく識別がどれほど頑健であるかを評価すること。
• わずか数個のリソース細胞で高精度に個人を区別できる手法を開発すること。
• 臨床および研究現場における免疫レパートリー情報のプライバシーおよび個人特有性を定量化すること。

提案手法

• この手法は、免疫受容体配列の類似度を情報理論的測度で評価することで、レパートリー類似度を比較する。
• ヒトのリソース細胞から得られた公表済みの免疫レパートリーデータを用いて、分類器の学習およびテストを行う。
• 同一個人のサンプル対と異なる個人のサンプル対を区別する。
• 多様な生物学的条件下における偽陽性および偽陰性率を推定するために統計モデリングを適用する。
• 同一双子のデータセットを用いて、高い識別能を示す。
• 模擬的な急性感染症および縦断的時間経過の条件下で、安定性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10,000個のリソース細胞からの免疫レパートリーで、個人を一意に識別できるか？
• RQ2 同一双子の識別において、この手法はどれほど効果的か？
• RQ3 このアプローチを用いた個人識別における偽陽性および偽陰性率はどの程度か？
• RQ4 時間経過および急性感染症の間でも、識別精度はどれほど安定しているか？
• RQ5 免疫レパートリーはどの程度真正にプライベートで個人特有のものといえるか？

主な発見

• 10,000個のリソース細胞からの個人識別において、偽陽性および偽陰性率が10⁻⁶未塔に抑えられる。
• 同一双子を含め、数千年のリソース細胞のみで、個人が一意に識別可能である。
• 急性感染症中でも分類器の精度が高く維持され、免疫系の摂動に対して頑健であることが示された。
• 免疫レパートリーは極めて個人特有であり、安定した生物学的指紋としての利用が可能であることを示した。
• 情報理論的類似度測定により、同一個人と異なる個人のレパートリー対を信頼性高く区別できる。
• 結果から、免疫レパートリー情報は非常にプライベートであり、精密医療分野における個人識別に適していることが確認された。