Statistical modeling for cross-cutting understanding of life phenomena

• Project Area: Transomic Analysis of Metabolic Adaptation
• Project/Area Number: 18H04798
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 島村 徹平 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (00623943)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: マルチオミクス / ベイズモデリング / メタボローム / フローサイトメトリー / 一細胞解析 / システム生物学 / ネットワーク解析 / 代謝

Outline of Annual Research Achievements

著しく変動する外界の環境変化に応じて、細胞は代謝経路を流動的に調整することで生体内の恒常性を維持しているが、その詳細な分子機構は未解明のままである。本研究課題では、さまざまなオミクスの階層横断的な情報統合を行い、代謝アダプテーションの分子機序を解明するための統計的モデリング技術を開発する。また、計画班との有機的な連携のもと、代謝アダプテーションへの知見と理解を深め、階層横断的な情報統合を行う数理アプローチによる知識発見・仮説生成から生命科学のイノベーションを創出する情報解析基盤の構築を目指す。令和元年度は以下の進展があった。①時系列一細胞解析のためのクラスタリング手法の開発：一細胞時系列フローサイトメトリーデータから、細胞集団と集団時系列推移を同時に同定するためのベイズモデリング技術を開発し、シミュレーションデータおよび実データで、開発技術の有用性を示した。②栄養飢餓耐性に寄与するがん代謝物の発見：マルチオミクス解析により、低栄養状態のがん組織において、栄養飢餓の中でも特にグルタミンの欠乏が、がんの悪性化に関わることを示した。また、がん細胞がグルタミンの欠乏に対して特異的にがん代謝物（オンコメタボライト）を蓄積して飢餓耐性を獲得するメカニズムとともに、ある特定のがん代謝物が患者予後に相関することを明らかにするとともに、代謝制御に基づく新たながん治療法の可能性を示すなどの成果を得た。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Coordinated demethylation of H3K9 and H3K27 is required for rapid inflammatory responses of endothelial cells (2020)
  • Author(s): Higashijima Y, Matsui Y, Shimamura T, Nakaki R, Nagai N, Tsutsumi S, Abe Y, Link VM, Osaka M, Yoshida M, Watanabe R, Tanaka T, Taguchi A, Miura M, Ruan X, Li G, Inoue T, Nangaku M, Kimura H, Furukawa T, Aburatani H, Wada Y, Ruan Y, Glass CK, Kanki Y
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 39 Issue: 7 Pages: 1-1
  • DOI: 10.15252/embj.2019103949
  • NAID: 120006902140
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Model-based cell clustering and population tracking for time-series flow cytometry data. (2019)
  • Author(s): Minoura K, Abe K, Maeda Y, Nishikawa H, Shimamura T.
  • Journal Title: BMC Bioinformatics Volume: 20(Suppl 23) Issue: S23 Pages: 633-633
  • DOI: 10.1186/s12859-019-3294-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphoethanolamine Accumulation Protects Cancer Cells under Glutamine Starvation through Downregulation of PCYT2 (2019)
  • Author(s): Osawa T, Shimamura T, Saito K, Hasegawa Y, Ishii N, Nishida M, Ando R, Kondo A, Anwar M, Kato K, Endo K, Yamano S, Kanki Y, Matsumura Y, Minami T, Tanaka T, Anai M, Wada Y, Wanibuchi H, Hayashi M, Hamada A, Yoshida M, Yachida S, Nakao M, Sakai J, Aburatani H, Shibuya M, Hanada K, Miyano S, Soga T, Kodama T
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 29(1) Issue: 1 Pages: 89-103
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.08.087
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Replication stress triggers microsatellite destabilization and hypermutation leading to clonal expansion in vitro (2019)
  • Author(s): Matsuno Yusuke、Atsumi Yuko、Shimizu Atsuhiro、Katayama Kotoe、Fujimori Haruka、Hyodo Mai、Minakawa Yusuke、Nakatsu Yoshimichi、Kaneko Syuzo、Hamamoto Ryuji、Shimamura Teppei、Miyano Satoru、Tsuzuki Teruhisa、Hanaoka Fumio、Yoshioka Ken-ichi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Issue: 1 Pages: 3925-3925
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11760-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Distinct methylation levels of mature microRNAs in gastrointestinal cancers (2019)
  • Author(s): Konno Masamitsu、Koseki Jun、Asai Ayumu、Yamagata Akira、Shimamura Teppei、Motooka Daisuke、Okuzaki Daisuke、Kawamoto Koichi、Mizushima Tsunekazu、Eguchi Hidetoshi、Takiguchi Shuji、Satoh Taroh、Mimori Koshi、Ochiya Takahiro、Doki Yuichiro、Ofusa Ken、Mori Masaki、Ishii Hideshi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Issue: 1 Pages: 3888-3888
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11826-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Meflin-Positive Cancer-Associated Fibroblasts Inhibit Pancreatic Carcinogenesis. (2019)
  • Author(s): Mizutani Y, Kobayashi H, Iida T, Asai N, Masamune A, Hara A, Yamaguchi J, Wang T, Woods SL, Worthley D, Shimamura T, Fujishiro M, Hirooka Y, Enomoto A, Takahashi M. et al.
  • Journal Title: Cancer Res. Volume: 79 Issue: 20 Pages: 5367-5381
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-19-0454
  • NAID: 120006786261
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pathogenic Epigenetic Consequences of Genetic Alterations in IDH-Wild-Type Diffuse Astrocytic Gliomas (2019)
  • Author(s): Ohka Fumiharu、Shinjo Keiko、Deguchi Shoichi、Matsui Yusuke et al.
  • Journal Title: Cancer Research Volume: 79 Issue: 19 Pages: 4814-4827
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-19-1272
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Divergent lncRNA MYMLR regulates MYC by eliciting DNA looping and promoter-enhancer interaction (2019)
  • Author(s): Kajino T, Shimamura T, Gong S, Yanagisawa K, Ida L, Nakatochi M, Griesing S, Shimada Y, Kano K, Suzuki M, Miyano S
  • Journal Title: EMBO J Volume: 38 Issue: 17 Pages: 1-13
  • DOI: 10.15252/embj.201798441
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ENIGMA: An Enterotype-Like Unigram Mixture Model for Microbial Association Analysis. (2019)
  • Author(s): Abe K, Hirayama H, Ohno K, Shimamura T.
  • Journal Title: BMC Genomics Volume: 20(Suppl 2) Issue: S2 Pages: 191-191
  • DOI: 10.1186/s12864-019-5476-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regnase-1-mediated post-transcriptional regulation is essential for hematopoietic stem and progenitor cell homeostasis (2019)
  • Author(s): Kidoya H, Muramatsu F, Shimamura T, Jia W, Satoh T, Hayashi Y, Naito H, Kunisaki Y, Arai F, Seki M, Suzuki Y, Osawa T, Akira S., Takakura N.
  • Journal Title: Nature Commun, Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1072-1072
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09028-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Network of Networks Approach for Modeling Interconnected Brain Tissue-Specific Networks. (2019)
  • Author(s): Kawakubo H, Matsui Y, Kushima I, Ozaki N, Shimamura T.
  • Journal Title: Bioinformatics Volume: - Issue: 17 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btz032
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] GIMLET: Identifying biological modulators in context-specific gene regulation using local energy statistics. (2018)
  • Author(s): Shimamura T, Matsui Y, Kajino T, Ito S, Takahashi T, Miyano S.
  • Journal Title: Lecture Notes in Bioinformatics Volume: 10834 Pages: 115-123
  • DOI: 10.1101/349928
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tumor subclonal progression model for cancer hallmark acquisition. (2018)
  • Author(s): Matsui Y, Miyano S, Shimamura T.
  • Journal Title: Lecture Notes in Bioinformatics Volume: 10834 Pages: 124-137
  • DOI: 10.1101/149252
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparative Analyses of Copy-Number Variation in Autism Spectrum Disorder and Schizophrenia Reveal Etiological Overlap and Biological Insights. (2018)
  • Author(s): Kushima I, (27名中略）, Hashimoto R,(80名中29番目) , et al.
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 24(11) Issue: 11 Pages: 2838-2856
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.08.022
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A latent allocation model for the analysis of microbial composition and disease (2018)
  • Author(s): Abe K, Hirayama H, Ohno K, Shimamura T.
  • Journal Title: BMC Bioinformatics Volume: 19(Suppl 19) Issue: S19 Pages: 519-519
  • DOI: 10.1186/s12859-018-2530-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A temporal shift of the evolutionary principle shaping intratumor heterogeneity in colorectal cancer (2018)
  • Author(s): Saito T, Niida A, Uchi R, Hirata H, Kodama M, Okimoto T, Murakami K, Suzuki Y, Ogawa S, Miyano S, Mimori K, et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 2884-2884
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05226-0
  • NAID: 120006551763
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] hibition controls aggressive prostate tumors deficient in Y-linked histone demethylase KDM5D. (2018)
  • Author(s): Komura K、Yoshikawa Y, Shimamura T, Chakraborty G, Gerke TA, Hinohara K, Chadalavada K, Jeong SH, Armenia J, Du SY, Mazzu YZ, Taniguchi K, Ibuki N, Meyer CA, Nanjangud GJ, Inamoto T, Lee GM, Mucci LA, Azuma H, Sweeney CJ, Kantoff PW.
  • Journal Title: Journal of Clinical Investigation Volume: 128(7) Issue: 7 Pages: 2979-95
  • DOI: 10.1172/jci96769
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of Cardiomyocyte-Fated Progenitors from Human-Induced Pluripotent Stem Cells Marked with CD82 (2018)
  • Author(s): Takeda Masafumi、Kanki Yasuharu、Masumoto Hidetoshi、Funakoshi Shunsuke、Hatani Takeshi、Fukushima Hiroyuki、Izumi-Taguchi Akashi、Matsui Yusuke、Shimamura Teppei、Yoshida Yoshinori、Yamashita Jun K.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 22 Issue: 2 Pages: 546-556
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.12.057
  • NAID: 120006460050
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] データサイエンスを駆動力とした多細胞ダイナミクスの数理モデリング (2020)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 新学術領域「細胞ダイバース」第3回若手ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 数理モデリングによる生命現象の理解と制御 (2020)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 東北大学加齢研究所セミナー・キャノンメディカルシステムズARL共催セミナー
  • Invited
• [Presentation] 多細胞時空間動態のベイズモデリングとその応用 (2020)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 第2回日本メディカルAI学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 多細胞時空間解析のためのデータサイエンス (2019)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 第11回がんゲノム・エピゲノム数理統計研究会
  • Invited
• [Presentation] 多細胞時空間解析のためのデータサイエンス (2019)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 医学と予兆学～疾病発生および治癒効果の予兆に向けて～ (2019)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 名古屋大学予兆学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 一細胞遺伝子発現プロファイルからの細胞集団および細胞間コミュニケーションの動態モデリング (2019)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 第57回日本生物物理学会
  • Invited
• [Presentation] 一細胞時空間オミクス解析のためのデータサイエンス (2019)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] がん免疫療法の耐性化ダイナミクスを理解するための数理モデリング (2019)
  • Author(s): 阿部興、島村徹平
  • Organizer: 日本バイオインフォマティクス学会2019年年会・第8回生命医薬情報学連合大会
  • Invited
• [Presentation] 拡張された非負値行列因子分解によるオミクスデータの解析 (2019)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 2019年度統計関連学会連合大会
  • Invited
• [Presentation] データサイエンスを駆動力とした多細胞時空間動態のモデリング (2019)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: Single-Cell 2019 OSAKAセミナー
  • Invited
• [Presentation] データサイエンスとAIで迫る時空間オミクス研究の現在と未来 (2019)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「がん研究の新機軸」
  • Invited
• [Presentation] Sparse Regression Modeling of Drug Response with A Localized Estimation Framework (2018)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: The Pacific Symposium on Biocomputing (PSB) 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] データサイエンスとの連携・融合による生命科学研究の新時代 (2018)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 第61回日本神経化学会大会
  • Invited
• [Presentation] バイオインフォマティクスにおけるスパースモデリング (2018)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 日本行動計量学会 第46回大会
  • Invited
• [Presentation] がん微小環境における細胞間相互作用のモデリング (2018)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 2018年度統計関連学会連合大会
  • Invited
• [Presentation] 疾患メタゲノム解析のためのベイズモデリング (2018)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 第7回生命医薬情報学連合大会(IIBMP2018)
  • Invited
• [Presentation] 腫瘍内不均一性の一細胞トランスクリプトーム解析のためのバイオインフォマティクス (2018)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 第77回日本癌学会学術総会
  • Invited
• [Presentation] がん免疫システムの時間・空間・個体間多様性を読み解くデータサイエンス (2018)
  • Author(s): 島村徹平
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
  • Invited