2012 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Systems Cancer Research by Computation and Simulation
| Project Area | Integrative Systems Understanding of Cancer for Advanced Diagnosis, Therapy and Prevention |
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| Project/Area Number |
22134004
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
宮野 悟 東京大学, 医科学研究所, 教授 (50128104)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井元 清哉 東京大学, 医科学研究所, 准教授 (10345027)
山口 類 東京大学, 医科学研究所, 講師 (90380675)
玉田 嘉紀 東京大学, 情報理工学(系)研究科, 助教 (80435495)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | がん / システム生物学 / ゲノム科学 / バイオインフォマティクス / 遺伝統計学 / スーパーコンピュータ / 遺伝子ネットワーク / シークエンス解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
がんを統合的に理解するためのシステム的方法論の構築に関して、次の成果を得た。
（１）シークエンスデータ解析法：Pairedのコントロールデータがないがんサンプルの場合にも有効な、リカレントなゲノム変異を検定するParametric Aberration Recurrent Test for unpaired data (PART-up) を開発した。また、whole Transcriptome シークエンスの結果であるFASTQファイルのマッピング、融合遺伝子の検出、融合遺伝子候補の一覧を出力するソフトウェアGenomon-fusionを開発した。
（２）がん遺伝子ネットワーク解析：遺伝子発現プロファイルデータセットから、二値のフェノタイプを特徴付けるパスウェイを見つける統計的方法を開発した。まずSparse Probabilistic Principal Component Analysisにより各パスウェイの活性度を推定する。次にフェノタイプと強く関連する遺伝子ネットワークをリバースエンジニアする。そしてパスウェイ活性度とフェノタイプに基づいたロジスティック回帰モデルを作る。パラメータの推定にはelastic netを用いた。738個の乳がんデータセットとER陽性/陰性を二値フェノタイプとして、全プロセスをスーパーコンピュータ上で実装し、方法の有効性を確認した。
（３）時系列データから動的ネットワークを抽出してシステムとして解析するプロセスなどをパイプラインとしてグラフィカルに作成し、データ解析・可視化・シミュレーション解析を統合的に行うツールXiPを開発した。Rを使った処理が可能であり、Galaxyツールをコンポーネントとして組み込むことも可能となっている。
（４）班員、及び連携研究者等とのシステムがんの共同研究を進め、データ解析を通して、腫瘍抑制遺伝子などの探索に貢献した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで継続して開発してきたシステム解析のための個々の要素技術開発は、ほぼ完了した。一方、あらたな問題として、がんのヘテロ性をシステム的に理解するための方法論の開発が必要となった。また、班員、及び連携研究者との共同研究が大きく進み、その成果が多くでている。また、オミクスデータのシステム的統合理解への方法論も徐々に構築されてきており、今後期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
システムがん全体における情報系・統計科学研究者のデータ処理の負荷がますます大きくなり、新たな方法論の開発に余力がなくなっていることが問題である。また、計算資源はおもに東京大学医科学研究所ヒトゲノム解析センターのスパコンを利用しているが、ストレージを始めとして計算資源の不足が次第に深刻になっている。若干のストレージの追加はおこなったが、データの増加に十分とはいえない状況である。
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[Journal Article] Vasohibin-1 is identified as a master-regulator of endothelial cell apoptosis using gene network analysis2013
Author(s)
Affara M, Sanders D, Araki H, Tamada Y, Dunmore B, Humphreys S, Imoto S, Savoie C, Miyano S, Kuhara S, Print C, Charnock-Jones DS
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Journal Title
BMC Genomics
Volume: 14(1)
Pages: 23
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Molecular features of triple negative breast cancer cells by genome-wide gene expression profiling analysis2013
Author(s)
Komatsu M, Yoshimaru T, Matsuo T, Kiyotani K, Miyoshi Y, Tanahashi T, Rokutan K, Yamaguchi R, Saito A, Imoto S, Miyano S, Nakamura Y, Sasa M, Shimada M, Katagiri T
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Journal Title
Int J Oncol
Volume: 42(2)
Pages: 478-506
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Whole-genome sequencing of liver cancers identifies etiological influences on mutation patterns and recurrent mutations in chromatin regulators2012
Author(s)
Fujimoto A, Totoki Y, （11名）, Nagasaki M, Shibuya T, （2名）, Tanaka H, （19名）, Miyano S, Nakagama H, Nakamura Y, Tsunoda T, Shibata T, Nakagawa H
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Journal Title
Nature Genetics
Volume: 44(7)
Pages: 760-764
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Gene network inference and visualization tools for biologists: application to new human transcriptome datasets2012
Author(s)
Hurley D, Araki H, Tamada Y, （４名）, Imoto S, Yasuda K, Tomiyasu Y, Tashiro K, Savoie C, Cho V, Smith S, Kuhara S, Miyano S, Charnock-Jones DS, Crampin EJ, Print CG
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Journal Title
Nucleic Acids Res
Volume: 40(6)
Pages: 2377-2398
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Cell cycle gene networks are associated with melanoma prognosis2012
Author(s)
Wang L, Hurley D, Watkins W, Araki1 H, Tamada Y, Muthukaruppan A, Ranjard L, Derkac E, Imoto S, Miyano S, Crampin E, Print C
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Journal Title
PLoS One
Volume: 7(4)
Pages: e34247
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Epidermal growth factor receptor tyrosine kinase defines critical prognostic genes of stage I lung adenocarcinoma2012
Author(s)
Yamauchi M, Yamaguchi R, Nakata A, Kohno T, Nagasaki M, Shimamura T, Imoto S, Saito A, Ueno K, Hatanaka Y, Yoshida R, Higuchi T, Nomura M, Beer DG, Yokota J, Miyano S, Gotoh N
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Journal Title
PLoS One
Volume: 7(9)
Pages: e43923
DOI
Peer Reviewed
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